高效异步电机在自来水泵站节能改造中的应用.pdf

高效异步电机在自来水泵站节能改造中的应用郭 栋 于 辉 黄志超(天津水务集团华淼规划勘测设计研究院有限公司 天津)摘 要:电机作为自来水泵站能量传递的关键部件其效率高低对泵站综合能耗产生直接影响 本文介绍了高效异步电机的运行原理、主要特点和应用案例分析了其在泵站中的节能效果为高效异步电机的推广和应用提供参考 关键词:异步电机 泵站节能改造 高效 节能中图分类号:文献标志码:文章编号:():./.(.):.:面对全球日益严峻的资源短缺与环境危机我国明确提出 年“碳达峰”与 年“碳中和”目标 工信部和市场监管总局联合印发电机能效提升计划(年)明确指出要加快高效节能电机推广应用开展存量电机节能改造加大高效节能电机应用力度 异步电机是一种最常见的交流电动机早期的异步电机由于制造工艺的限制机械结构比较简单效率较低主要用于低功率场合 随着电力系统的发展电网电压和频率的稳定性提升使异步电机效率和性能也得到改进变频器和矢量控制技术的发展使异步电机的控制精度和效率进一步提高新型材料的应用也使得电机的机械强度和耐用性得到了提高 高效异步电机使用变频控制可根据实际负载需求调整电机的转速和输出功率从而使电机始终在最佳工作点运行提高了电机的效率和能源利用率实现节能降耗 此外变频控制可以通过控制电机的起动和停止过程减少电机在启动和停止时的冲击和损伤从而延长电机的使用寿命高效异步电机结构简单运行可靠具有过载能力强、便于安装维护、成本低、电机性能受环境影响小和无高温退磁风险的特点 高效异步电机相比传统异步电机效率提高了 泵站中常用的水泵有离心泵和轴流泵 离心泵是零流量启动即关阀启动待泵至额定转速之后才能调节阀门至流量额定点 离心泵在零流量工况时轴功率小为额定轴功率的 属于轻载启动 轴流泵是大流量低扬程泵叶轮在水下且有一定的淹没深第 卷 第 期 年 月 供 水 技 术 .度轴流泵大流量启动即全开阀启动 轴流泵在大流量启动时轴功率大为额定轴功率的 属于重载启动 高效异步电机启动转矩大功率因数高 因为电动机的功率因数与工作频率有关在电动机低速运行时工频电源下的功率因数远低于低频电源下的功率因数 变频器可以控制电动机从低频起步且在整个启动过程中在接近额定电流的条件下始终保持比较高的功率因数和接近额定转矩 因此高效异步电机在泵站节能改造中应用可以大大降低改造成本降低泵站能耗在电机启动的场合仍然保持高效率 此外泵站中此类型的电机具有更宽的高效区流量范围 即使在生产变化或季节变化导致水泵运行偏离设计工况点的情况下仍能保证高效运行为了更加详细地分析高效异步电机在泵站改造中的优势本文介绍了高效异步电机的结构原理和主要特点探究了将其应用到自来水泵站的节能效果高高效效异异步步电电机机的的结结构构和和原原理理异步电机的结构包括电机定子、转子铁芯、转子导条、三相交流绕组当定子绕组接通交流电源时转子就会旋转并输出动力 主要原理是定子绕组通电(交流电)后会形成一个旋转的电磁场而转子绕组是一个闭合导体在定子旋转磁场中不停切割定子的磁感应线根据法拉第定律闭合导体切割磁感线会产生电流而电流会产生一个电磁场此时就有两个电磁场:一个是接通外部交流电的定子电磁场另外一个是切割定子电磁感应线产生的转子电磁场 而根据楞次定律感应电流总要反抗引起感应电流的原因使转子上的导体不再切割定子旋转磁场的磁感应线 因此转子上的导体会“追赶”定子的旋转电磁场也就是使转子追着定子旋转磁场跑最终电动机开始旋转在此过程中转子旋转速度()和定子旋转速度()转速不同步(转速差 左右)高效异步电机高效区间 /高效区宽 /传统异步电机高效区间 /高效区宽 /高效异步电机的高效区间比传统异步电机泵的高效区间宽 倍高效异步电机效率与传统异步电机效率对比见图由图可知高效异步电机泵的效率传统异步电机泵高 100806040200小流量点（800 m3/h）设计点（1260 m3/h）大流量点（1700 m3/h）传统异步电机泵高效异步电机泵运行效率差值68.6%80%82.5%88.6%11.4%6.1%13.4%66.6%80%图 高效异步电机泵与传统异步电机泵效率差异 .案案例例分分析析 水厂的基本情况及改造方案为了进一步分析高效异步电机在自来水泵站节能改造的节能效果本文以某水厂为例进行详细介绍 某水厂泵站共有 台 供水泵 台 供水泵水泵系统型号及参数见表 表 某水厂水泵系统型号及参数 .系统名称水泵参数电机参数额定流量/()额定扬程/额定功率/额定电压/额定电流/电机转速/()供水泵 供水泵 在满足生产基础上降低电机的功率消耗达到节能要求实施改造将 台 供水泵 台 供水泵改成 台功率 的变频控制高效异步电机节能水泵 电机节电分析()电机输入功率计算方法()式中为输入功率 为电机电压 为电机第 卷 第 期 供 水 技 术 年 月电流 为电机功率因数()水泵功率计算方法()式中为水泵功率 为介质密度 为重力加速度 /为流量/为扬程 为水泵效率()节电率计算方法()式中为改造前用电量为改造后用电量为节电率()节电金额计算方法()式中 为节电金额元 为运行时间 为电价元根据上述公式按照现有电价 元/一年按 运行计算考虑最大供水量计算的节能改造收益汇总见表 由表可知高效异步电机水泵平均节电率达 按水泵每年运行 计算全年共节省用电 年节电费用约为 元表 某水厂节能改造收益汇总 .系统名称设备号改造前年耗电量/改造后年耗电量/节电效益分析年节电量/年节电费/元节电率/供水泵 供水泵 .备用备用备用备用合计 .根据国家发改委数据生产 电需要消耗标煤 吨每吨标煤排放 吨二氧化碳 该项目产生的节能环保效益每年可节省标煤约 吨减少二氧化碳排放量约 吨结结论论高效异步电机通过改善电机结构设计、提高材料性能和制造工艺等手段在保证电机性能的前提下能够提高效率、降低能耗 本文通过对高效异步电机的结构原理的介绍和分析并以某水厂为例分析了高效异步电机的节能效果分析的案例中平均节电率达 节能效果明显采用高效异步电机对水厂进行节能改造能够有效降低水厂能耗有利于节能减排参考文献:工业和信息化部办公厅市场监督管理总局办公厅.电机能效提升计划(年)/.().:/./.强昌林孙玉华.城市供水加压泵站节能降耗的探索与实践.中国给水排水():.冯祖康.自来水厂机泵升级改造实例分析.供水技术():.任建民.取水泵站节能降耗改造实践.供水技术():.作者简介:郭栋()男河北迁安人本科研究方向为自来水厂电气设计、污水处理厂电气设计、光伏发电站电气设计:.收稿日期:年 月郭 栋等:高效异步电机在自来水泵站节能改造中的应用第 卷 第 期