某些恒转矩负载变频调速的节能研究

效率与总损耗有关，总损耗大，则效率低；反之效率高。电机总损耗由两部分组成：固定损耗和可变损耗，固定损耗不随电机的负载而变，可用电机的空载输入功率近似表示，可变损耗与电机负载率的平方成正比。

　　3.2 电机的损耗分析

　　异步电机在运行时的总损耗一般分为基本铜耗、基本铁心损耗、机械摩擦损耗、杂散损耗四类。

　　3）机械摩擦损耗Pf W 机械摩擦损耗包括通风系统损耗PV和轴承摩擦损耗PT，对于已定型的电动机，机械摩擦损耗为常量。

　　4）杂散损耗PS 一般将漏磁场在金属构件中产生的涡流损耗，以及气隙中的高次谐波磁场在定转子铁心和导体中引起的损耗，统称为杂散损耗，此类损耗与电流的平方成正比，随负载的变化而变化。

对于15 kW电动机，上述各种损耗在总损耗中所占的比例是，基本铜耗PCU占30%~50%；基本铁心损耗PFe占20%；机械摩擦损耗Pf W占20%~35%；杂散损耗PS占10%~15%。电动机运行时这四类损耗中，机械摩擦损耗基本不变，基本铜耗和杂散损耗与电流的平方成正比，即负载一定是与端电压的平方成反比；基本铁心损耗PFe与端电压的平方成正比。由此可找到一个电机损耗低的最佳点，如图1 中的U0点，在此点下，电动机的损耗最小，节能运行时变频器自动调节其输出电压到此最佳点上，使效率达到最高。

4 电动机的调压节电

　　如上所述，处于轻载的电动机可用调节供电电压的方式提高效率，由GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的调压系数计算公式

　　由此可见，球磨机变频节能运行节约的电能有限，这是因为电动机的效率本身已经很高，额定效率达93.5%，调节电压只能降低铜损、铁损和杂散损耗，仅仅是降低而已，而且占总损耗比例较大的机械摩擦损耗PfW基本上不变，因此电机效率提高很有限，如本例节约有功功率0.27 kW，节电率极低。而且，加装变频器后，变频器的效率也不是100%，这样不但不节能反而耗能。对于变频改造后还是要求50 Hz 运转的设备，不论是恒转矩特性的负载，还是风机、水泵平方转矩特性的负载，仅从节能考虑没有意义。改造的目的应该是提高设备的性能和提升设备的自动化水平，这样不仅使得生产率提高， 而且产品质量也能得到保障。这样的工况在实际生产中比比皆是，如水泥厂和瓷砖厂的球磨机，料筒的转速由计算或实验数据确定，一般为16~18 r/min，转速偏离都会不同程度影响球磨机效率，因此给这类机械设备即使装上变频器，运转速度如果和原来的速度相同就没有节能。纺织行业的细纱机也是如此，细纱机的传动电机一般为15 kW，工作电流15 A左右。为保证工作效率，变频调速后仍然要求有相同的转速，变频器在50 Hz 频率“节能运行”不会有多少电能节省，所以对此类设备进行变频调速改造的目的，应是为了提高自动化水平，以便于组网控制，使原材料或工艺变更后方便调速控制等。

5 液力耦合器和变频调速节能

　　液力耦合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化，来传递电动机能量，电动机通过液力耦合器的输入轴拖动其主动工作轮，对工作油进行加速，被加速的工作油再带动液力耦合器的从动工作涡轮，把能量传递到输出轴和负载。液力耦合器有调速型和限矩型之分，前者用于电气传动的调速，后者用于电机的起动。系统中的液力耦合器在电机起动时起缓冲作用，其效率理论值为95%，变频器的效率为96%，也就是说，在传动环节中去掉液力耦合器，用交流调速变频器驱动球磨机电机，可以在额定电流或略高于额定电流下顺利起动球磨机，并且，理论上效率可以提高1%。

　　实际上液力耦合器的效率与液力耦合器腔内注入油量有关，在运转过程中液力耦合器有一定的温升，存在密封不严有泄漏等因素，其效率一般都小于理论值95%，故减少2%耀3%是常有的事。

　　如果球磨机的电机转速为1 440 r/min，经液力耦合器和减速器减速后，料筒的运转速度为16 r/min，则液力耦合器的效率计算公式为

　　其效率为输出轴和输入轴的速度之比，等于0.95，在传动环节中去掉液力耦合器，用弹性联轴器直接连接，这时料筒的速度会超过原来的速度，为维持原来的工艺状况，电机应减速，变频器的输出频率下降到50伊0.95=47.5 Hz，由于球磨机是恒转矩负载，由三相电机功率计算式

　　可知电机运转频率下降，其电流基本不变或略有下降，但输出电压大体按比例下降，现场有就地补偿电容，电机的功率因数比较高，用变频器后去掉就地补偿电容，由于变频器本身的功率因数较高，因此，系统的功率因数变化不大。这样，节电率应在5%左右，加上前面的1%，共有6%的节能。