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1、西 京 学 院本科毕业设计(论文)题目：三相异步电动机的经济运行及其节能技术研究 教学单位： 机电工程系 专 业： 自动化 学 号： 0811060107 姓 名： 指导教师： 2012年5月摘要论述了三相异步电动机节能的几种方法，包括电机的合理选择与使用,保证供电电压质量和电机就地无功补偿等。论述了变频器在风机和压缩机上节能的分析与运用，能明显提高三相异步电动机的效率。恰当地运用这些方法，能较大程度地提高电动机运行时的效率和功率因数，通过运用这些方法进行节能计算能明显的显示三相异步电动机的节能效果。关键字：三相异步电动机;变频器;空气压缩机;节能 ABSTRACTDiscusses the
2、three-phase Asynchronous Motor, several methods, including the rational selection and use of the motor to ensure the quality and the motor in place of the supply voltage reactive power compensation. Discusses the analysis and utilization of the inverter energy-efficient fans and compressors, can sig
3、nificantly improve the efficiency of the three-phase asynchronous motor. The appropriate use of these methods can improve the efficiency and power factor when the motor is running, energy-efficient computing through the use of these methods to display the energy saving effect of the three-phase asyn
4、chronous motor.Keywords:three-phaseasynchronous motor; inverter; air compressor;energy-savingI目录第1章 引言11.1 三相异步电动机节能的背景11.2 三相异步电机节能目的及意义1第2章 三相异步电动机的构造及工作原理32.1 三相异步电动机的构造32.2 三相异步电动机的工作原理3第3章 变频器在节能方面的分析53.1 变频器的工作原理53.2 变频器节能原理63.2.1 变频节能63.2.2 功率因数补偿节能63.2.3 软启动节能63.3 变频器节能应用的场合63.3.1 变频器在空压机上运用
5、的节能分析73.3.2 螺杆式空气压缩机的工作原理和能耗分析73.3.3 变频器和PLC的控制模式和节能效益8第4章 电动机节能方面的分析与研究94.1 目前在电机节能方面存在的主要问题94.1.1 旧(淘汰)型电机的使用94.1.2 电机负载率低94.1.3 电机电源电压不对称或电压过低94.1.4 负荷调节与转速控制不当94.2 减少有功损耗以提高电动机效率104.3 电动机的选用104.4 电动机节能原理104.5 电动机的节能措施11第5章 三相异步电机节能分析与应用实例135.1 电动机的合理选型和节能改造 5.1.1选用节能型电动机：135.1.2 合理选用电动机类型：135.1.
6、3 合理选用电动机的额定容量：135.1.4 老式电动机的节能改造135.2 电动机启动和运行形式的合理设计145.2.2 高压笼型电动机145.2.3 大型绕线型电动机145.2.4 中、小型绕线电动机155.3 电动机的调速速节能155.3.2 绕线式电动机液体调速155.4 电动机的功率因数补偿165.4.2 应注意的问题165.5 实际应用计算165.5.1煤气循环水泵与竖炉热水泵节能的分析16第6章 空气压缩机节能的分析与研186.1 空气压缩机的工作原理186.2 加、卸载供气控制方式存在的问题186.3 空气压缩机系统的节能原理196.4 恒压供气控制方案的设计196.5 实际应
7、用计算19总结21致谢22参考文献23西京学院本科毕业设计(论文)第1章 引言1.1三相异步电动机节能的背景 能源是社会和经济发展的重要物质基础，也是提高人们的生活水平的先决条件。人类社会要发展，必须建筑在大量消耗能源的基础上。然而现有的不可再生资源已经被人类过度消耗。我国的能源政策是注重能源资源节约和合理利用。缓解我国能源资源与经济社会发展的矛盾，必须立足国内，显著提高能源资源利用效率。坚决实行开发和节约并举，把节约放在首位的方针。鼓励开发和应用节能降耗的新技术。2004年，我国为电力、煤炭、石油等能源价格上涨而付出的代价高达百亿美元，而能源短缺间接对国民经济造成的经济损失更难以用具体的数值
8、来估量。节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。电动机是电能消耗的最大用户，也是节电潜力最大的用户。1.2三相异步电机节能目的及意义 现代社会中，三相异步电动机成为现代工业生产中的主要动力设备。统计表明世界各国电动机的用电量约占发电总量的60%，我国正处于经济高速发展期,电动机的用电量占全国总发电量的60%以上。根据国家标准的有关规定，异步电动机的运行状态可分为经济运行状态、允许运行状态和非经济运行状态。目前我国相当多的异步电机及其拖动系统处于非经济运行状态，白白浪费大量的电能，极大地影响着企业发展及经济效益。经济要发展，电力要先行。近年来，随着我国经济发展速度
9、的提高，有很多经济发达地区的电力供应出现供不应求的紧张局面，这直接制约着这些地区的的经济发展。因此，我们一方面需要开发更多的的能源来缓解电能紧张的局面。面对不可再生的一次能源，如石油、煤、天然气等资源的枯竭，全世界对于节能的呼声越来越高。基于这方面的考虑。我们要更努力着手于用电设备的节能研究。电动机的运行效率与负载的大小有关。当电动机的额定负载附近运行的时候，其效率的功率因数都较高；但当负载率较低时候，其功率因数和功率都急骤降低。异步电机在空载时转子转速接近于同步转速，转差率约等于0，即归算到转子侧得等效电阻无穷大，转子相当于开路，电流接近于0；而定子电流基本上市励磁电流，其主要分量是无功的磁
10、化电流，其值越大定子电抗就越大，致使电机功率因数降低。电动机在轻载时。由于端电压过高使励磁电流大，会导致功率因数下降。实际运行中的电机，由于产品容量的不连续性，安全系数过高的选择等，经常处于负载，甚至轻载，使电动机功率因数较小，效率很低，电能的浪费十分严重。对于非满载的运行的情况下的电动机，节能的关键在于采取必要地措施提高其运行的效率，改善功率因数。利用调压的方法, 可以根据电动机的负载率来不断的降压电动机的端电压, 使其运行处于高效率的状态。高效率运行不仅可以节省电动机在非满载情况下的功率损耗, 提高工功率因数、节约能源，而且对于装置自身的冷却和控制环境污染方面也有重要的意义。 全国有上百亿
11、元的电动机市场, 而且每年还在以20%的速度增加。如果全部能够实现节能的话, 相当于每年我国增建了2到3台中型火力发电厂。 这既可以节省煤,又能减少环境污染。可见，电动机节能的经济效益和社会效益非常显著。因而研究三相异步电动机的节能技术是非常迫切和必要的，开发带有节能的产品势在必行。第2章 三相异步电动机的构造及工作原理2.1三相异步电动机的构造 三相异步电动机主要有由定子和转子两大部分组成。定子主要由三相绕组，铁心，机座，端盖组成。定子铁心一般由0.35或0.5毫米厚、表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。三相绕组由三个在空间互隔120电角度、
12、对称排列的结构完全相同的线圈连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。三相定子绕组通入三相电流，产生n1为转速的旋转磁场。机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件，其作用是固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。端盖主要起固定转子，支撑和防护作用。转子主要由铁心和绕组组成。转子铁心所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的槽，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后
13、的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，中、大型异步电动机（转子直径在300500毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。转子绕组分为鼠笼式转子和绕线式转子。（1）鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。鼠笼转子分为：阻抗型转子、单鼠笼型转子、双鼠笼型转子、深槽式转子几种，起动转矩等特性各有不同。（2）绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头
14、接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。2.2三相异步电动机的工作原理当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。第3章 变频器在节能方面的分析 变频器按直流电源的性质分为电流型变频器和电压型变频器。电流型变频器，由于在变频器的直流环节采用了电感元件而得名，其优点是具有四象限运行能力，能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，装置结构复杂，调整较为困难。另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电流谐波较大，容量大时对电网会有一定的影响。电压型变频器由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名，其特点是不能进行四象限运行，当负载电动机需要制动时，需要另行安装制动电路。功率较大时，输出还需要增设正弦波滤波器。此外变频器还可以按其供电电压、按供电电源的相数、按其功能、按输出电压调节方式、按控制方式
