一、引言 我國(guó)電力工業(yè)目前發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到3.16億kW，年發(fā)電量達(dá)到了13500億kWh。我國(guó)的電力消耗僅次于美國(guó)位居世界第二位，但我國(guó)人均用電只有1038kWh，還不到發(fā)達(dá)國(guó)家用電水平的10%。 夏天持續(xù)高溫酷熱，導(dǎo)致部分城市由于電力供應(yīng)緊張拉閘限電。用電緊張從往年的季節(jié)性轉(zhuǎn)變?yōu)槿晷?，出現(xiàn)電力、電量雙缺口，機(jī)組長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，故障增多。我國(guó)正處于向大規(guī)模工業(yè)化和城市化過(guò)渡的快速發(fā)展階段，能源消費(fèi)增長(zhǎng)巨大。目前我國(guó)電力能源利用效率較低、消耗高、浪費(fèi)大。在過(guò)去的20年里，我國(guó)已在能源利用上取得“GDP翻兩番而能源消費(fèi)僅翻一番”的令人矚目的成績(jī)，但我國(guó)能源消耗，尤其工業(yè)用電設(shè)備浪費(fèi)電能嚴(yán)重。據(jù)有關(guān)專家介紹：2002年我國(guó)能源消費(fèi)強(qiáng)度為1.18噸標(biāo)準(zhǔn)煤/千美元GDP，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家；創(chuàng)造每萬(wàn)美元GDP所消耗的能源數(shù)量，我國(guó)是美國(guó)的3倍、德國(guó)的5倍、日本的近6倍；能源系統(tǒng)效率為33.4%，低于國(guó)際先進(jìn)水平10個(gè)百分點(diǎn)左右。面對(duì)用電效率不高，電力供應(yīng)形勢(shì)不容樂(lè)觀的現(xiàn)實(shí)，如何科學(xué)節(jié)約用電的話題今天又引起各行各業(yè)的高度關(guān)注。 為了提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，保護(hù)電機(jī)的安全運(yùn)行，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)的多方考查，陽(yáng)煤集團(tuán)決定在二礦選煤廠的主要設(shè)備－煤泥離心機(jī)采用北京中礦節(jié)能技術(shù)有限公司研發(fā)生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)專用節(jié)電器，檢測(cè)實(shí)際效果，為大規(guī)模的技術(shù)改造提供技術(shù)依據(jù)，為進(jìn)一步提高設(shè)備的自動(dòng)化程度，保證設(shè)備安全運(yùn)行，降低企業(yè)的運(yùn)行成本，增加企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為陽(yáng)煤集團(tuán)的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 二、電機(jī)節(jié)電器節(jié)電原理 電動(dòng)機(jī)是工礦企業(yè)生產(chǎn)中使用量及耗電量最多的一種電氣設(shè)備。在電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中，往往以最高負(fù)載量加上裕量來(lái)設(shè)計(jì)參數(shù)及選型，而在實(shí)際的運(yùn)行中，大部分的電動(dòng)機(jī)不是滿載運(yùn)行，而是工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載荷較小的狀態(tài)；對(duì)于負(fù)載波動(dòng)頻繁的電機(jī)，在滿載運(yùn)行的同時(shí)，也會(huì)有很大比例的空載運(yùn)行時(shí)間。 負(fù)載的變化會(huì)隨著實(shí)際需求變化，因此，大多數(shù)情況存在大功率電機(jī)拖動(dòng)小負(fù)載的情況（即常說(shuō)的“大馬拉小車”）。由電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行特性可以知道，電動(dòng)機(jī)在滿載運(yùn)行時(shí)效率最高，功率因數(shù)COSΦ最佳；輕載運(yùn)行效率降低、COSΦ也降低，空載時(shí)COSΦ甚至降到0.3以下，所以在輕載運(yùn)行時(shí)電機(jī)的電能浪費(fèi)較大。 這是因?yàn)楫?dāng)電機(jī)從滿載變化到輕載、空載時(shí)，定子電流有功分量減小，而勵(lì)磁的無(wú)功電流基本不變（所以COSΦ降低）；由于勵(lì)磁無(wú)功電流基本不變，則空載損耗中占主要成份的定子鐵損耗，一點(diǎn)沒(méi)有減少，所以效率很低。 下圖表示典型的電機(jī)損耗與負(fù)荷的關(guān)系。 　　 如果適當(dāng)降低定子電壓，見(jiàn)電機(jī)定子感應(yīng)電勢(shì)公式： U1≈E1=4.44F1N1KN1Φm 其中： N1—定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；F、K、N1是常數(shù)。 由于輕載、空載時(shí)定子電流很小，可以忽略定子繞組的漏阻抗壓降，所以U1≈E1，當(dāng)其它條件不變時(shí)，降低定子電壓U1，則Φm比例下降，也即勵(lì)磁無(wú)功電流IM也成比例下降，這樣定子電流中的無(wú)功分量減少了，COSΦ就提高了，適當(dāng)控制可以接近最佳值。 另外，其它條件不變，定子鐵耗：PFel= PFeIN ×（U1/ UIN）2 其中：PFel—定子鐵耗；PFeIN —定子額定鐵耗；UIN —定子額定端電壓。 可以看出，隨著U1下降，PFel以平方比例迅速下降，這樣輕載、空載時(shí)占主要損耗的鐵耗大量減少，使電機(jī)的運(yùn)行效率大大提高，這就是電機(jī)節(jié)電器輕載降壓節(jié)電的道理。 三、電機(jī)節(jié)電器的性能特點(diǎn) 中礦電機(jī)節(jié)電器通過(guò)內(nèi)置的工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷情況，分析負(fù)載大小和變化趨勢(shì)，計(jì)算出供給電動(dòng)機(jī)最佳電壓、電流，通過(guò)快速控制可控硅的導(dǎo)通角的大小，控制電機(jī)的供電電壓，使電機(jī)的輸出功率與負(fù)荷轉(zhuǎn)矩精確匹配。使電機(jī)可在空載和大多數(shù)負(fù)荷情況下保持較高恒定的電機(jī)效率。 其控制原理圖如下： 　　 同時(shí)，電機(jī)節(jié)電器還具備完善的軟啟動(dòng)和軟停車功能，可保證電機(jī)連續(xù)平滑地啟動(dòng)，消除了常規(guī)啟動(dòng)方式伴隨電機(jī)啟動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械沖擊和大啟動(dòng)電流，有效降低軸承和皮帶的磨損及鏈條、齒輪的機(jī)械應(yīng)力，從而延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命，降低維護(hù)成本，盡可能地降低用電費(fèi)用。 電機(jī)節(jié)電器通過(guò)電流和電壓監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的全面保護(hù)，包括過(guò)載，限流，短路，缺相，欠壓/過(guò)壓，等多項(xiàng)保護(hù)，還能實(shí)現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)旁路運(yùn)行，保證設(shè)備正常運(yùn)行。 電機(jī)節(jié)電器安裝方便，直接串接在原電機(jī)主回路中，不改變?cè)瓉?lái)和操作方法，而且方便實(shí)現(xiàn)就地控制，遠(yuǎn)程控制，集中控制等多種方式。 電機(jī)節(jié)電器的適用于異步感應(yīng)電機(jī)的節(jié)電控制，可廣泛應(yīng)用于各種動(dòng)力設(shè)備和加工機(jī)械上負(fù)荷頻繁變化或轉(zhuǎn)速恒定，但不滿負(fù)荷運(yùn)行電機(jī)，尤其是低負(fù)荷率，低功率因數(shù)節(jié)電效果更為顯著。 四、選煤廠煤泥離心機(jī)電機(jī)節(jié)能方案及效果 陽(yáng)煤集團(tuán)二礦選煤廠有兩臺(tái)煤泥離心機(jī)（設(shè)備編號(hào)：417，418），設(shè)備功率相同，負(fù)載相同，同時(shí)開(kāi)停，在其中一臺(tái)安裝電機(jī)節(jié)電器，另一臺(tái)不用電機(jī)節(jié)電器，這樣就可以作出科學(xué)的對(duì)比結(jié)果，選擇在417上安裝了電機(jī)節(jié)電器，418按原來(lái)控制方法運(yùn)行，兩臺(tái)設(shè)備同時(shí)都加裝了電度表進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)在電機(jī)節(jié)電器投入運(yùn)行前后，對(duì)417煤泥離心機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量對(duì)比，了解節(jié)電器的運(yùn)行效果。　　 經(jīng)對(duì)比測(cè)試，綜合節(jié)電率為32.7%，節(jié)電效果顯著，供電電流由35A下降到15.5A，下降幅度達(dá)到56%電機(jī)的功率因數(shù)由0.39提高到0.81，節(jié)電器保護(hù)齊全，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。 為了更科學(xué)的測(cè)試節(jié)電效果，對(duì)兩臺(tái)設(shè)備都加裝了電能表，經(jīng)過(guò)一個(gè)月的計(jì)量測(cè)試，417煤泥離心機(jī)用電8022度，418煤泥離心機(jī)用電16778度，在兩設(shè)備同時(shí)開(kāi)停，運(yùn)行時(shí)間相同，設(shè)備功率相同的情況下，417比418節(jié)電52.2% 陽(yáng)煤二礦主要設(shè)備電機(jī)有16臺(tái)，共1112KW，按電價(jià)0.27，運(yùn)行時(shí)間20小時(shí)/天計(jì)算，年總用電費(fèi)219萬(wàn)元，按節(jié)電率30%計(jì)算，年節(jié)電65.7萬(wàn)元，設(shè)備投資67萬(wàn)元，一年就收回設(shè)備投資，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。按節(jié)電器十年的使用壽命計(jì)算，共節(jié)電657萬(wàn)元，收益率為980%， 五、結(jié)束語(yǔ) 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2002年我國(guó)消耗電力16200億kWh，其中有60%～70 %的電能（約1萬(wàn)億kWh）被各種類型電動(dòng)機(jī)所消耗。到2002年底，我國(guó)的各類電動(dòng)機(jī)的總?cè)萘渴?億kW，一億臺(tái)左右，85%是異步電機(jī)，其中只有不到2000萬(wàn)kW的電動(dòng)機(jī)是帶節(jié)能控制的，節(jié)能潛力廣闊。我國(guó)的電機(jī)節(jié)能市場(chǎng)目前正處于一個(gè)高速增長(zhǎng)的時(shí)期。過(guò)去幾年保持著12%～15%的增長(zhǎng)率，而且至少在未來(lái)的5年內(nèi)保持著10%以上的增長(zhǎng)率。