低效率電機(jī)也有可能節(jié)電嗎?其實(shí),這是偽命題
發(fā)布時(shí)間:2020-12-08 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】三相交流異步電動(dòng)機(jī)的效率越高,其轉(zhuǎn)差率越小。也即在額定頻率與電壓下,相同負(fù)載的轉(zhuǎn)速越高。對于某些功率與轉(zhuǎn)速成正比,甚至成高次方比的負(fù)載來說,也就意味著電動(dòng)機(jī)的輸出功率的提高。反過來說,低效率電動(dòng)機(jī)因其轉(zhuǎn)差率的增大而使負(fù)載轉(zhuǎn)速下降,就可使電動(dòng)機(jī)的輸出功率減少,從而達(dá)到節(jié)電目的。此類逆向思維結(jié)果產(chǎn)生的節(jié)電措施常為人所忽視。
眾所周知,電動(dòng)機(jī)的效率高低決定了電動(dòng)機(jī)自身損耗的多少,也即產(chǎn)生了節(jié)電的效果。但是,在某些特定情況或條件下,低效率電動(dòng)機(jī)也會(huì)產(chǎn)生節(jié)電效果。這是為什么呢?現(xiàn)就低效率電機(jī)“節(jié)能”機(jī)理及工程應(yīng)用中的幾個(gè)實(shí)例作一簡略分析,以饗讀者。
電機(jī)節(jié)能就是減少輸入功率
電動(dòng)機(jī)的核心價(jià)值是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,在轉(zhuǎn)化過程中支付的代價(jià)就是電動(dòng)機(jī)的自身損耗。電動(dòng)機(jī)的效率越高,其自身的損耗就越低。
電動(dòng)機(jī)的輸入功率為輸出功率與自身損耗之和。降低電動(dòng)機(jī)的損耗自然減少了電動(dòng)機(jī)的輸入功率,但未必取得節(jié)能效果。因?yàn)樵谀撤N場合下,電動(dòng)機(jī)輸出功率提升程度有可能超過損耗的降低,就達(dá)不到減少輸入功率的目的。
電動(dòng)機(jī)的負(fù)載分三種。一種是恒功率負(fù)載,一種是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,還有一種就是風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載。這后一種負(fù)載的機(jī)械特性是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的2次方成正比,功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比(見圖1)。也就是說,在額定電壓、額定頻率情況下只要能夠降低負(fù)載的轉(zhuǎn)速,即是多付出了一些電機(jī)損耗的代價(jià),也有可能獲得系統(tǒng)的節(jié)能效果。
圖1 不同負(fù)載的機(jī)械特性曲線
電動(dòng)機(jī)效率與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系
三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線(見圖1) 是一條描述在額定電壓、額定頻率條件下電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的特性曲線。A點(diǎn)表征電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)速, 也即電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0;B點(diǎn)表征電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Mmax;C點(diǎn)表征電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
圖2 電機(jī)的工作特性曲線
由此可見,負(fù)載轉(zhuǎn)速降低,電動(dòng)機(jī)的輸出功率也就有所減少。雖然電動(dòng)機(jī)對應(yīng)的效率有所降低,但對應(yīng)的輸入功率卻同時(shí)有所下降,也就達(dá)到了節(jié)能目的。
低效率電動(dòng)機(jī)節(jié)能實(shí)例分析
電錠電動(dòng)機(jī)屬紡織專用電動(dòng)機(jī)(見圖3),年運(yùn)行時(shí)間超過7000h,利用率較高。所以電機(jī)效率的高低對于節(jié)能效益影響較大。
圖3 FYD型電錠電動(dòng)機(jī)
目前國內(nèi)化纖企業(yè)普遍使用的幾款“節(jié)能”電錠電動(dòng)機(jī)的功率都是140W,效率低于74%(甚至70%)。由于這幾款電錠電動(dòng)機(jī)“重量輕,體積小”,制造成本低,售價(jià)低,加上所謂現(xiàn)場“實(shí)際應(yīng)用”對比測試,似乎比起正規(guī)的FYD型電錠電動(dòng)機(jī)來“節(jié)能”可達(dá)25~30%以上,所以深受用戶青睞。
圖4 不同功率、效率電機(jī)的工作特性曲線
事實(shí)上,這種電動(dòng)機(jī)的負(fù)載是離心罐,電動(dòng)機(jī)的輸出功率與離心罐轉(zhuǎn)速的2.7次方成正比。對于這類風(fēng)機(jī)、水泵類特征的負(fù)載,轉(zhuǎn)速受電動(dòng)機(jī)效率影響很大:電機(jī)效率越低,損耗越大,輸出轉(zhuǎn)速越慢,輸出功率就越少(見圖4)。
從表面上看,電動(dòng)機(jī)的輸入功率是減少了,但其實(shí)這是以犧牲電機(jī)的出力為代價(jià)的。因?yàn)榈托孰姍C(jī)的自身損耗的增大才是真正的浪費(fèi)。
從一般意義上說,電動(dòng)機(jī)輸出功率的降低,必然影響到產(chǎn)能的下降。但是,電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速的下降,只影響到絲束的捻度而不會(huì)影響絲餅的產(chǎn)量。這給人造成的錯(cuò)覺是,電錠電動(dòng)機(jī)節(jié)能了,產(chǎn)出卻沒有減少,是十分有效的節(jié)能措施。
但事實(shí)上,離心轉(zhuǎn)速下降過多,不僅是絲束捻度降低,還會(huì)造成操作工人“倒絲”困難,致使廢絲(即間接損耗)增加,由此可見,低效率電錠電動(dòng)機(jī)之所以給人有驚人的“節(jié)能”效果,就是因?yàn)榧徑z工藝上對于離心的轉(zhuǎn)速下降沒有限制,也就是電動(dòng)機(jī)的輸出功率是可以隨之減少的。
當(dāng)在相同電壓、相同頻率、相同離心形狀尺寸的工況下,低效率電錠電動(dòng)機(jī)因其自身損耗大反而使其運(yùn)行轉(zhuǎn)速減少,取得了表面上的“節(jié)能”效果。這在節(jié)能產(chǎn)品的價(jià)值評估上是有違公平原則的。
結(jié)論
所以說,“低效率電動(dòng)機(jī)也可以節(jié)能” 其實(shí)是個(gè)偽命題。要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的真正意義上的節(jié)能,就要選用高效率電動(dòng)機(jī)。在上例中,為了保持離心的實(shí)際轉(zhuǎn)速不變,可以通過變頻器對電源電壓與頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),降低電錠電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。這樣既可以滿足紡絲工藝的捻度要求,又使電錠電動(dòng)機(jī)自身的損耗維持最低。選用符合標(biāo)準(zhǔn)的高效電錠電動(dòng)機(jī),才能真正取得最具效果的綠色節(jié)能。
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