《制冷空调节能技术 教学课件 ppt 作者 张建一 4. 制冷空调装置电气系统的节能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制冷空调节能技术 教学课件 ppt 作者 张建一 4. 制冷空调装置电气系统的节能（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目的：分析企业内部电网和电力设备的效率及影响因素，探讨提高效率的途径。,第4章 制冷空调装置电气系统的节能,变压器的效率损耗及影响因素 压缩机的电机功率与工况关系 功率因数与无功补偿 变频调速在制冷空调应用的注意点,重点,目 录,4.1 变压器的合理选配,用电气设备电压为 220V、380V。 城市工业供电线路一般采用多少电压供电 ？（ kV 或 kV） 所以需要变压器解决电压的不同。 变压器为静止工作设备，效率较高，一般为96%97% 以上。 但电力网中，变压器的装机容量为发电量的47 倍。变压 器的装机容量为电动机容量的58 倍。 所以，变压器的 损耗占电网总损耗的25%30%。,4.1.
2、1 变压器的效率和损耗,4.1.1 变压器的效率和损耗,式中： p1 -输入变压器的有功功率 p2 -变压器输出的有功功率 pF -空载损耗 pC -负载损耗,1985年我国已经下达文件，按上述标准生产的变压器 必须限期逐步更换。,国产变压器有各种系列：,这些产品依据GB500-64，JB1300-73生产,4.1.2 变压器的系列和容量,SL7系列比旧系列能耗平均下降1/3,S9系列比SL7系列能耗平均下降20%,表格,表格,S9变压器,注意,不同系列的配电变压器，效率差别较大。 即能耗差别较大。 选用时应注意效率，不能仅看价格。,选择多台运行时可以节能，但初投资增加。 同时，变压器的容量越
3、小，效率越低。,= f （用电负荷是否稳定、负荷与季节关系、 用电地点是否分散、近期是否扩容）,4.1.3 变压器的台数选择,变压器台数选择要点,1)变压器容量越小，效率越低。,2)视在功率计算负荷的数值在两个标准容量的等级之间时，如近期内负荷会增长，则应选大一级容量的变压器；如近期内负荷不会增加，则可选择小一级容量的变压器。,3)对于电力使用地点分散，且相隔遥远的情况，由于电路损失和电压降增大，可以考虑选择多台变压器分散设置。,4)对于制冷空调装置用于重要场合的情况，如属于一级用电负荷时，应选择多台变压器的组合。,5)在用电负荷随季节性变化较大时，应考虑选择多台变压器并联运行的方案。,4.2
4、 电动机的合理匹配,目前广泛应用的压缩式制冷，消耗的是机械能。电动机就是提供机械能，实现生产机械电气化的基本设备。 例如制冷装置中的压缩机、水泵、风机均由电动机驱动。因此，电动机的效率及各种性能，无疑是制冷装置节能中极其重要的一环。,注：负载率 = 实际负载功率/电动机额定功率,4.2.1 异步电动机的工作特性,注意：当负载率小于50%，电动机的效率和功率因数明显降低。,表4-3 负荷不同时异步电动机的特性,图4-1 异步电动机的工作特性曲线 I电流 cos功率因数 M转矩 n转速 效率 P2负荷 Pe额定功率,由表4-3和图4-1可见，当电动机负载低于额定功率的50时，效率和功率因数明显降低
5、。 因此，合理选择电动机的容量，对于运行中的节能具有重要的现实意义。,单级压缩机的工作范围 很大，蒸发温度 -30 oC +5 oC。,同一台压缩机在不同工作 条件下，制冷量和所需要 的功率差别很大。,因此，传统上同一型号的压缩机，备有两种规格的 电动机供用户选用（按标准工况、空调工况）。,4.2.2 单级制冷压缩机的电动机匹配,GB 10871-89（小型）、GB10874-89（中型）中， 把名义工况改为三种，使电动机的匹配比较合理。,表格,表格,4.2.3 两级压缩机的电动机匹配,双级压缩机分为：,表4-4 12.5系列单机两级压缩机不同工况下所需的功率,可见当蒸发温度越低，压缩机所需的
6、功率越小。,表4-5 12.5系列单机两级压缩机产品 实际配用电动机功率(单位：kW),关于Y系列电动机,什么是Y系列电动机？ 它是我国的第三代电动机，1980s开发。 与第二代的JO2电动机比较，启动转矩平均提高了30%。采用了B 级绝缘，允许温升达80，可短期超载。 1996年我国又开发了Y2系列电动机，性能更高。,Y2系列电动机,Y2系列（0.18-315kW）电动机是全封闭、自扇冷式笼型三相异步电动机，是取代Y系列（IP44）电动机的更新换代产品，产品达到90年代国际先进水平。 与Y系列电动机比较，效率高、起动转矩大、提高了防护等级（IP54）、提高了绝缘等级（F级、按B级考核）、降低
7、了噪声（用负载噪声考核），电动机外型新颖美观，结构更加合理。,2004年2月，我国又发布了Y3系列(IP55)三相异步电动机技术条件，自2004年6月1日起实施。 Y3系列电动机系全封闭、外扇冷式、笼型结构。具有设计新颖、造型美观、噪声低、转矩高、起动性能好、结构紧凑、使用维护方便等特点。采用F级绝缘，且全系列温升按B级考核，从而大大提高了安全可靠性。,Y3系列电动机,注 意,电动机具有较高的起动性能和短期超载能力这两点是最为可贵的。过去为了防止启动时超载，不得不选用较大容量的电动机。这种加大选配功率称电动机的过安装容量，易造成大马拉小车。 根据新系列电动机起动转矩明显提高、绝缘性能提高，温升
8、裕度大，具有较大的过载系数的特点，过安装容量（余量系数）可以减小，有些情况甚至可以不考虑。这样电机的运行效率将提高，能耗减少。,4.3 用户电力系统的功率因素,功率因素的概念： 在交流电路中，除了纯电阻电路外， 有功功率P总是小于总功率S ，即PS 为什么？ 因为许多电气设备需要消耗一定的无功功率（用于产生磁场、电感、电抗）。,因此，采用功率因素来反映有功功率P与总功率S的关系。 功率因素 cos = P/S = 有功功率/总功率 所以： 功率因素小就意味着无功部分大。 提高功率因素就可以减少无功损耗，可以节能。,4.3.1 电网功率因数和无功补偿,提高功率因素的效益： 1.减少了线路和变压器
9、的功率损失和电能损失。 2.提高了电气设备的送电能力。 3.改善了用户的电压质量。,图4-2 功率三角形,问题： 对于功率因数低的企业用户，供电公司要罚款（收功率因数调整电费），为什么？,表4-6 功率因数对应的减免电费(以0.90为标准),表4-7（部分）功率因数对应的增收电费(以0.90为标准),电价制度的全面改革，只是时间问题。,专家提出改革的原则： 依据电价的涵义和电力供应的特点。 电力需求侧管理的要求。 “谁消耗的，由谁负担；谁造成的，由谁改善”。 按“全电量”计量的概念 。,“自然功率因素”未经人工补偿时，电力系统的功率因素。 据统计68，在工业企业所需的全部无功功率中，感应电动机
10、取用的无功功率约占60，变压器约占20。因此，感应电动机和变压器是考虑的重点。,4.3.2 用户的自然功率因数,提高自然功率因素的措施： 高效率的变压器，并且容量适当。 高效率的电动机，并且负载率适当（ 70%）。 高效率的其它用电设备。例如灯具。,必须指出，即使采取以上措施，无功损耗仍然不能避免。我国的许多大中型制冷装置中，普遍存在用电自然功率因数较低的情况。 例如，据我国商业系统的调查，肉类联合冷加工企业的自然功率因数较高的一般在0.650.83，最低的全年平均仅为0.37。 据美国的调查统计，没有采用功率因数补偿的工厂，一般功率因数为0.70.8。,表4-8 美国公用冷库功率因数和电容补
11、偿(62个厂),.3.3 无功补偿装置及配置,无功补偿装置 能提供无功功率的设备。 调相机 移相电容器（我国常用）,移相电容器的特点： 1)移相电容器是一种在工频交流电压作用下，长时间运行的容性无功功率发生器。 2)有功功率损耗较小，一般约占无功容量的0.30.4。 3)无机械转动部分，不需专人维护管理，维护工作量小。 4)安装简便。可以做到自动投切，自动增减其补偿容量。 5)一次性投资较少。 6)过高的环境温度和运行电压会影响它的使用寿命，甚至造成事故。 7)使用寿命较短，损坏后不便修复。 8)电容器的无功出力与电压平方成正比。当系统电压降低，需要更多的无功功率时，它的无功出力恰恰在此时降低
12、，这也是它的一个不足之处。,移相电容器有不同的安装（补偿）方式，各有其特点。 集中式安装； 分组式安装； 个别式安装（就地安装）； 集散式安装。,图4-4 集散补偿原理图 C1集散补偿集中部分的电容器 C2集散补偿分散部分的电容器,表4-9 每1kW有功负荷所需要的补偿容量,表4-9 每1kW有功负荷所需要的补偿容量,一个功率为300 kW电力系统，原功率因 数=0.76，要求修正后达到0.92。求需要 的电容器容量。,补偿电容器容量： 3000.43 kvar,查表4-9， 得0.43 kvar/kw,常用查表法。,由表4-9可见，补偿电容器的容量随着补偿深度（补偿后功率因数)提高而迅速增加
13、。 计算表明，当功率因数补偿到0.95以上时，所需的无功补偿电容量增长幅度大大提高，而补偿后的视在功率减少量却有限，即在高功率因数下进行补偿，其效益将显著下降。 注意不要将功率因数补偿到过高。,用户提高功率因数对企业十分有利:可以增加变压器的负载能力，减少变压器的装置容量；可减少用户内部配电线路的负荷电流，降低用户内部配电线路的功率损耗；可以减少电费开支，降低生产成本；可延长电器使用寿命；可提高全厂的经济效益。 另外，提高用电的功率因数，不仅关系到企业自身的利益，而且关系到发电厂和整个电网的经济运行。 所以提高功率因数，是节电的根本措施之一。制冷空调装置是耗能大户，设计者和用户对此应高度重视。
14、,变频调速，就是用变频器把50（或60）Hz的交流电变成频率可调的交流电，供给交流电动机，用于改变交流电动机转速的技术。 在制冷空调领域，使用变频调速的主要目的是节能，其次是提高控制质量。,4.4 变频调速技术及在制冷空调的应用,4.4 变频调速技术及在制冷空调的应用,4.4.1 变频调速技术原理,1889年三相交流电动机诞生时，人们就知道只要改变电源频率，就能改变其转子的旋转速度。虽然其道理简单，但实现却很难。 经过近100年的探索，直到20世纪80年代，随着大功率电力电子器件的发展，变频调速才得以快速发展起来。,三相异步电动机的转速表达式为： N = 60f(1-s)/p (4-20) 式
15、中 f电动机电源频率(Hz)； s电动机转差率； p电动机的极对数(对)； N电动机的转速(rmin)。 即改变供电频率f，就能改变电动机的转速。,20世纪80年代中期以来，电力电子器件的发展非常迅猛。20世纪90年代末以来，电力电子器件的发展进入了第四代，使变频器的发热明显减少、开关速度加快、驱动功率减小、体积明显缩小，变频器的性能明显提高。 变频调速以体积小、转矩大、精度高、功能强、可靠性高、操作简便及便于通信等功能，优于以往的任何调速方式。目前变频调速在交流调速中已占统治地位。,4.4.2 变频调速系统的方案设计,在现代社会中，电动机的用电量约占社会总用电量的70%71。提高电动机的实际
16、运行效率成为节能的基本点。 所以，传统的“电动机+工作机械”的模式许多情况下已不能满足需要，将逐渐被“电动机+调速装置+工作机械”的模式所取代。 变频调速中变频器是以上模式的核心。但必须注意，变频调速是一个系统，不是买一个变频器用上就完事。,变频调速是一种先进的，同时相对比较昂贵的技术手段。 节能方面调速的需要，应该进行技术经济比较，考察需要 多长时间能够通过节约电费收回投资。,负载特性,在确定采用变频调速系统后，必须了解电动机的机械特性，同时也必须了解电动机所带负载的特性，即电动机转速N与负载转矩T之间的函数关系N=f(T)。 不同生产机械在运动中所具有的转矩特性不同，通常将负载分为三大类型：恒转矩负载、平方转矩负载（又称二次方率负载），恒功率负载。它们的负载特性72见表4-11。,表4-11 典型的负载速度-转矩
