大功率电动机节能技术研究应用
摘要：介绍了大功率电动机，通过变频调速技术的应用，在炼铁炉罗茨鼓风电动机上安装了400Kw变频器;在变频柜内装设输入电感器和输出电感器;在配电室安装了630KvA变压器，解决了启动困难的问题、消除了噪音、消除了煤气放散对环境的污染，降低了耗电量，体现了节能效果。治理了变频器工作是产生的谐波及带来的污染电网和设备高温的负面影响。并对节能技术效果进行了分析。
关键词：电动机;节能;技术;应用
Keyword：motor;energysaving;technology;application 引言：
宏鑫公司在线运行的5台320KW低压电动机中频单机降压启动困难，启动时电压波动导致其它风机跳闸的现象，中频降压启动次数多，启动时间长，时有启动设备损坏或引起变电站跳闸的故障。结合各高炉车间的大功率电机的起动和运行情况，发现现有电动机的利用率偏低，能源浪费非常严重，这使得生产成本居高不下。特别是在生产过程中，无法根据高炉的生产情况实现精确控制，能源消耗大。希望通过对高炉的大功率电动机设施节能技术改造后，使高炉的设备整体能耗下降10%～20%，实现提出的降低生产成本，提高企业的综合竞争力的目标。
1.研究方法：
从流体力学的原理得知，使用感应电机驱动的风机，轴功率P与风量q，风压h的关系为P∝q×h，当电动机的转速由h1变化到h2时，q、h、P与转速的关系如下：
q2=q1×h2×/h1 （1）
h2=h1×h2/h1 （2）
P2=p1×h2/h1 （3）
可见风量P和电机的转速h是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要80%的额定风量时，通过调节电机的转速至额定转速的80%即调节频率到40Hz即可，这时所需功率将仅为原来的51.2%。
当所需风量从q1减小到q2时，如果采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积h2×q2成正比。如果采用调速控制方式，风机转速由h1下降到h2，其管网特性并不发生改变。但风机的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点，此时所需轴功率P3与面积hB×q2成正比，从理论上分析，所节约的轴功率Deit（p）与（h2-hB）×（C-B）的面积成正比。考虑减
速后效果下降和调速装置的附加损耗，通过实践的统计，风机类负载通过调节控制节约电可达20%～50%。
2.改造技术方案
在集团公司、宏鑫公司领导的关注及大力支持下，相关部门通过论证，针对引起故障的技术关键问题，制定了相应的四大项目改造技术方案。
一是引进变频技术在宏鑫公司大功率电气设备上进行应用，解决大功率电气设备启动困难及引起全厂电压波动的问题。
二是通过国内外市场调查及价格对比，2009年8月投资10万元，选择国产品牌{HLP}功率400KW/P型柜机一台，以四号炉为目标进行首次改造试验。
三是采录四号炉中频运行时的单位（24小时）平均耗电量，以生产部四号炉320KW罗茨风机电动机为目标进行首次改造试验，以前的主供电电源不变，拆除355KW中频降压启动柜，更换变频启动柜进行调试运行。
四是借鉴首次试验成功的案例，2010年初公司再次投资100多万，对全厂55KW以上的电动机进行了运行方式升级改造。决定选择WIN-PSS-P矢量型节电系统，对3个高炉的355KW的2台，315KW和132KW各1台，合计4台风机进行节能改造。
3.研究过程与结果：
3.1研究过程：
项目改造过程分为以下四个阶段：
一是空载试运行阶段：频率50HZ，电压380v，主要观察电气设备系统的运行状况及各种技术参数是否正常，一次电流150A，cos?=0.92;时间：24小时，设备运行正常，电动机温度58℃。采录24小时耗电量及系统技术参数。
二是负载试运行阶段：设定频率50HZ，根据高炉需要，关闭放散阀，在满足高炉需风压的前提下（风压350-360水银汞柱），调整频率46HZ，电压380v，一次电流380A，使电机在最佳状态下运行;时间：24小时，温度65℃，并伴有电磁噪音，设备运行正常，采录24小时耗电量及系统技术参数，COS?=0.93。采录24小时耗电量及系统技术参数。
三是超负载试运行阶段：根据高炉故障悬料时需要的风压（400-420水银汞柱）进行冲击试验，试验时间一小时，以便高炉发生悬料故障时设备能满足风压需要，观察记录了重负载时电气系统的工作状态及技术参数。频率50HZ，电压380V，一次电流460A，电动机温度71℃，温度已接近极限，电动机产生尖锐的电磁噪音，其他设备运行正常。采录24小时耗电量及系统技术参数。
四是交付正常运行阶段：变频在通过以上三个试运行阶段后，频率调至43HZ，电压380V，一次电流350A，温度65℃，交付生产部正常运行，观察记录设备的运行状况及单位（24小时）耗电量。COS?=0.92。采录24小时耗电量及系统技术参数。
3.2研究结果
此次变频技术应用改造虽然取得成功，但是出现了变频输出侧产生谐波引起电动机产生电磁噪音的新问题，经论证、谐波具有降低电气系统绝缘程度，产生非正常热量、降低设备使用寿命，污染电网系统。为此，公司再次投资采购了两台500KVA交流电抗器，分别加装在变频器输入、输出侧，解决了谐波污染电源等问题。实践证明，变频技术的应用节能效果非常明显，生产设备运行平稳、正常，即解决了能源浪费的问题，也解决了高炉放散时粉尘对环境的污染，达到了预期目地，经济效益显著，为公司及其他地方工业的节能方面起到了带头应用、示范、推广作用。通过对高炉的大功率电机设施节能技术改造后，使高炉的设备整体能耗下降10%～20%，实现提出的降低生产成本，提高企业的综合竞争力的目标。4.技术创新点
4.1控制方法应用创新
通过变频调速技术的应用，在罗茨鼓风电动机上安装了400Kw变频器，解决了启动困难的问题，更主要的是关闭了前期用以调节风压的调节阀，根据负载运行工况及高炉最大需风量调整电机转速使风压以达到最佳运行状态，消除了冷风调节阀不间断的噪音，消除了热风系统的煤气放散对环境的污染，通过调频、调压，降低了耗电量，体现了节能效果。
改造前，高炉热风助燃风机通过调整风机进风阀门开度，及调压阀开度来实现风量调节，由人工在控制室根据风量需求，在计算机上进行手动调节，或在风机现场手动调节。采用变频器后，保持进风阀全开，调节阀全关，根据风压和流量的需求，远程手动调节风机转速，系统可随时改变鼓风量，以适应高炉生产的变化，保持风机的正常经济运行，达到稳定控制，方便操作，节约能源的目的。
4.2工艺技术应用创新
在4#变频柜安装了电抗器，在4#炉配电室安装了630KvA变压器，治理了变频器工作时产生的谐波，及谐波带来的负面影响（污染电网，设备高温）。
改造时，拆除配电室原有的自耦降压启动装置，对每一台风机电机配置一套变频节电系统柜，考虑到矿区电网电压的波动范围大，在柜内装设输入电抗器和输出电抗器，在柜门上要求能实现起动、停止、调速、故障复位等功能，并能监视节电系统的频率、电压、电流、转速等信号，以便操作和监视。
4.3设备技术应用创新