1 前言
我公司的2 000 t大型液壓機(jī)感應(yīng)電動機(jī)總?cè)萘窟_(dá)225 kW，長期工作在25％左右的低負(fù)載狀況，電能大量浪費(fèi)。當(dāng)前，在大型液壓機(jī)上應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)尚處于探索階段，沒有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗可供參考，因此，有必要進(jìn)行適用節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究。目前，可用于感應(yīng)電動機(jī)節(jié)電的成熟技術(shù)有：感應(yīng)電動機(jī)智能節(jié)電器和變頻器。下面就兩種節(jié)電技術(shù)的工作原理做一介紹。
智能節(jié)電器是通過不斷地檢測電動機(jī)的工作狀態(tài)，從而改變電機(jī)的輸入電壓。當(dāng)節(jié)電器檢測到電機(jī)在輕載或負(fù)載不斷變化時，通過調(diào)整電動機(jī)的輸入電壓，使電動機(jī)的輸出功率與實(shí)時負(fù)載匹配，從而降低電動機(jī)的銅損和鐵損、改善電動機(jī)的起動和停機(jī)性能，達(dá)到節(jié)電效果。它的優(yōu)點(diǎn)是價格低且不會改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，但節(jié)能空間較小。
變頻器節(jié)電是通過降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速來降低液壓泵的輸出功率，使液壓泵的輸出功率與實(shí)時負(fù)載匹配，降低電動機(jī)的銅損和鐵損、提高電動機(jī)的功率因數(shù)、改善電動機(jī)的起動和停機(jī)性能，并且可以減少泵損耗，從而達(dá)到節(jié)電效果。它的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)電效果較好，同時降低了噪音和延長了液壓泵的壽命，缺點(diǎn)是投資大且對液壓機(jī)的工作狀態(tài)有影響。
2 試驗方案和試驗?zāi)康?br/>
2．1 試驗方案
采用以下方案進(jìn)行該項目的研究。2 000 t液壓機(jī)有3臺75 kW的液壓泵電動機(jī)，在其中的l#電動機(jī)接入變頻器，2#電動機(jī)接入節(jié)電器，3#電動機(jī)仍為原控制線路，然后采用數(shù)字多功能電力儀表對3臺電動機(jī)的電能使用情況進(jìn)行全天在線計量和測試，取得實(shí)際的節(jié)電數(shù)據(jù)，再對兩種節(jié)電技術(shù)進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和評價。
2.2 試驗?zāi)康?br/>
本次節(jié)能技術(shù)研究試驗?zāi)康娜缦拢?br/>
1）感應(yīng)電動機(jī)智能節(jié)電器與變頻器在液壓機(jī)應(yīng)用中的節(jié)電率對比。
2）節(jié)電器與變頻器在液壓機(jī)應(yīng)用中對整機(jī)系統(tǒng)性能影響的對比。
3）節(jié)電器與變頻器在液壓機(jī)應(yīng)用中綜合性價比的對比。
3 試驗結(jié)果
2000t大型液壓機(jī)節(jié)能試驗電氣控制柜于2006年7月3日調(diào)試完畢正式投入運(yùn)行，經(jīng)過1月的運(yùn)行試驗測試，于2006年8月3日，通過測試電力儀表（ACR220E）取得以下試驗數(shù)據(jù)（待機(jī)節(jié)電模式）。
在試驗中，我們還對2 000t液壓機(jī)的液壓泵機(jī)械特性進(jìn)行了測試。驅(qū)動l#液壓泵的變頻器設(shè)定為無速度傳感器矢量控制模式，液壓泵正常工作時運(yùn)行在50Hz，空載待機(jī)時變頻器的輸出電流為40．6 A：待機(jī)節(jié)電模式時工作在5 Hz，變頻器的輸出電流為37．2 A。變頻器為無速度傳感器矢量控制模式時，電動機(jī)工作在恒磁通方式，因此其輸出轉(zhuǎn)矩與輸出電流成正比.由此可以得出結(jié)論：2 000 t液壓機(jī)為液壓泵基本屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。
4 技術(shù)分析
4．1感應(yīng)電動機(jī)智能節(jié)電器與變頻器在液壓機(jī)應(yīng)用中的節(jié)電率對比
通過1個月的運(yùn)行試驗測試，由上表測試數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論。
1）整機(jī)采用節(jié)電器后每年可以節(jié)電：有功電度為
3x12x（1714-1655）=2124 kW-h；無功電度為3x12 x （6 746-5114）=58752kvar-h。
節(jié)電器的有功節(jié)電率為34％，無功節(jié)電率為24．2％。
2）整機(jī)采用變頻器后每年呵以節(jié)電：有功電度為
3x12x（1 714 1 029）=24 660 kW-h：無功電度為3x12x（6 746 179）=236 412 kvar-h。變頻器的有功節(jié)電率為40％，無功節(jié)電率為97.3％。
有功節(jié)電的意義在于可以直接節(jié)約電費(fèi)開支，降低生產(chǎn)成本。無功節(jié)電的意義在于降低車間供電母線的線路損耗，降低車間配電變壓器的二次電流，節(jié)約的無功電流可以出讓給電網(wǎng)中新安裝的設(shè)備，從而化解了新增設(shè)備后的車間配電變壓器增容問題。由以上節(jié)電數(shù)據(jù)可以看出，不論是節(jié)電器方案，還是變頻器方案，節(jié)約的無功遠(yuǎn)比有功大得多，無功節(jié)電給車間電網(wǎng)帶來的間接收益是十分明顯的。
4.2節(jié)電器與變頻器在液壓機(jī)應(yīng)用中對整機(jī)系統(tǒng)性能影響的對比
智能節(jié)電器是通過不斷地檢測電動機(jī)的工作狀態(tài)，從而改變電動機(jī)的輸入電壓。當(dāng)節(jié)電器檢測到電動機(jī)在輕載或負(fù)載不斷變化時，通過調(diào)整電動機(jī)的輸入電壓，使電動機(jī)的輸出功率與實(shí)時負(fù)載匹配，從而降低電動機(jī)的銅損和鐵損、改善電動機(jī)的起動和停機(jī)性能，達(dá)到節(jié)電效果。它的優(yōu)點(diǎn)是價格低且不會改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，但節(jié)能空間較小。
變頻器節(jié)電是通過降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速來降低液壓泵的輸出功率，使液壓泵的輸出功率與實(shí)時負(fù)載匹配，降低電動機(jī)的銅損和鐵損、提高電動機(jī)的功率因數(shù)、改善電動機(jī)的起動和停機(jī)性能，并且可以減少泵損耗，從而達(dá)到節(jié)電、降低噪聲和延長液壓泵壽命的效果。由測試結(jié)果可知，2 000 t液壓機(jī)的液壓泵基本屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。在液壓機(jī)空載條件下，液壓泵轉(zhuǎn)速降低為1／10額定轉(zhuǎn)速后，其消耗的有功功率也成正比相應(yīng)降低為1／10的原消耗功率，從而可以大幅度節(jié)電。它的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)電效果較好，同時延長，液壓泵的壽命和降低了噪聲，缺點(diǎn)是投資大且對液壓機(jī)的工作狀態(tài)有影響。
4.3節(jié)電器與變頻器在液壓機(jī)應(yīng)用中綜合性價比的對比
由上述分析可知，在2000t大型液壓機(jī)節(jié)能試驗中變頻器表現(xiàn)出了節(jié)電器無法比擬的優(yōu)越性能，即采用變頻器節(jié)能控制后具有綜合節(jié)電率高達(dá)85.7%，降低機(jī)床噪聲和延長液壓泵壽命的效果。它的缺點(diǎn)：由于它是通過降低液壓泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)節(jié)能，所以對液壓機(jī)的工作狀態(tài)有影響。但是，這一缺點(diǎn)可以通過電氣控制來解決。
節(jié)電器雖然不會改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，對液壓機(jī)的工作狀態(tài)沒有影響，但是它的節(jié)能空間較小。
從節(jié)電器和變頻器的綜合性價比來分析。一臺75 kW的國產(chǎn)森蘭變頻器價格為3．3萬元，一臺75 kW的國產(chǎn)齊力達(dá)節(jié)電器價格為1. 3萬元，變頻器的綜合節(jié)電率是節(jié)電器的4．285倍，而其價格僅是節(jié)電器的2．538倍，同時變頻器節(jié)能方案具有節(jié)電器節(jié)能方案所沒有的降低機(jī)床噪聲和延長液壓泵壽命這兩項明顯的優(yōu)勢，延長液壓泵壽命就意味著節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)用，降低機(jī)床噪聲就是對工人工作環(huán)境的改善，同時也為環(huán)境噪聲污染治理做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
5 結(jié)論
綜上所述，在2000t大型液壓機(jī)節(jié)能試驗中變頻器節(jié)能方案表現(xiàn)出了節(jié)電器節(jié)能方案無法比擬的優(yōu)越性能，即綜合節(jié)電率高達(dá)85．7％，同時還有降低機(jī)床噪音和延長液壓泵壽命的顯著效果。因此，變頻器節(jié)能方案的綜合性價比優(yōu)于節(jié)電器節(jié)能方案。
