一种降低绕线式电动机能耗的改造方法与流程

本发明涉及冶金能源电气技术领域，具体涉及一种降低绕线式电动机能耗的改造方法。

背景技术：

由于历史原因，冶金能源企业曾经大量采用绕线式电动机，但绕线式电动机无法调速、起动电流大、能耗高的缺点，极大增加了冶金企业的成本，也威胁着终端电网的安全。

绕线式电动机的缺陷：1.绕线式电动机为定速电机，不能调速，无论负载高低，驱动源的输出功率并没有改变，浪费了大量电能，致使耗电率高；2.绕线式电动机启动和运行的力矩较大，必须用外加水电阻手动起动，经常由于启动不成功而影响生产；3.绕线式电动机起动电流是额定电流的7倍，对电网冲击较大，严重时甚至造成事故。

绕线式电动机无法调速，起动电流大、能耗高的缺点，极大增加了冶金企业的成本，也威胁着终端电网的安全。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种降低绕线式电动机能耗的改造方法，提高电机的使用率，可以保证安全生产，大大降低耗电成本，保证了电厂安全稳定运行，成本不高，易于制作、维护。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种降低绕线式电动机能耗的改造方法，包括以下步骤：先通过短接板将绕线式电动机的转子与集电环相接的三根引出线短接；再在启动电源和改造后的绕线电机之间加装一套控制系统。

接上述技术方案，控制系统包括接触器K1、接触器K2、控制器、水电阻和变频器，水电阻的一端和变频器的一端分别与接触器K2的一端的两个触点连接，变频器的另一端通过接触器K1与水电阻的另一端和电源连接，接触器K2的另一端与电机连接。

接上述技术方案，控制系统还包括显示装置，显示装置与控制器连接，通过显示装置显示电机的运行状态。

接上述技术方案，所述短接板通过铜材料制作。

本发明具有以下有益效果：

通过短接板将转子短接，使转子形成鼠笼结构，同时通过变频器对改造后的电机进行启动，不仅启动平稳，而且节能省电，解决了绕线式电动机启动转矩大、耗电高的难题，避免了绕线式电动机7倍起动电流对电网的巨大冲击，使用效果非常好，减少了事故的发生，提高电机的使用率，可以保证安全生产，大大降低耗电成本，保证了电厂安全稳定运行。因电路程序可靠，虽增加了元件，但未增加开关的维修量，成本不高，易于制作、维护。

附图说明

图1是本发明实施例中绕线式电机改造前的接线原理图；

图2是本发明实施例中绕线式电机改造后的接线原理图；

图3是本发明实施例中控制系统的部分电路的原理图；

图4是本发明实施例中控制系统的原理图；

图中，1-控制系统，2-电机，3-负载，4-变频器，5-显示装置，6-绕线式电机控制回路，7-鼠笼结构式电动机控制回路，8-触器K1，9-接触器K2，10-控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图3所示，本发明提供的一个实施例中的降低绕线式电动机能耗的改造方法，包括以下步骤：先通过短接板将绕线式电动机的转子与集电环相接的三根引出线短接；再在启动电源和改造后的绕线电机之间加装一套控制系统1；通过短接板将转子短接，使转子形成鼠笼结构，同时通过变频器4对改造后的电机进行启动，不仅启动平稳，而且节能省电，解决了绕线式电动机启动转矩大、耗电高的难题，避免了绕线式电动机7倍起动电流对电网的巨大冲击，使用效果非常好，减少了事故的发生，提高电机的使用率，可以保证安全生产，大大降低耗电成本，保证了电厂安全稳定运行。因电路程序可靠，虽增加了元件，但未增加开关的维修量，成本不高，易于制作、维护。

进一步地，控制系统1包括接触器K1、接触器K2、控制器10、水电阻和变频器4，水电阻的一端和变频器4的一端分别与接触器K2的一端的两个触点连接，变频器4的另一端通过接触器K1与水电阻的另一端和电源连接，接触器K2的另一端与电机连接；当要以改造后绕线电机运行时，通过控制器10使接触器K2与变频器4连接的触点接通，连通接触器K1，通过变频器4启动电机，当要以改造前的绕线电动机运行时，将改造后绕线电机中的短接板取出，通过控制器10使接触器K2与水电阻的连接的触点接通，断开接触器K1，通过水电阻启动电机。

本发明的一个实施例中，本发明的工作原理：

将绕线式电动机转子三根引出线用短接板短接，取下转子碳刷，把电动机改装成鼠笼式电动机，正常运行时，通过控制系统1的显示装置5显示电机运行状态，当电机模式选择接触器K2扭向鼠笼电机运行，变频电机电源接触器K1合上时，将电机做为鼠笼电机变频运行，变频器4追踪负载3变化，并根据负载3的高低自动调节电机2的转速，以达到节能效果；如果变频器4故障或检修时，将绕线式电动机转子三根引出线用短接板取下，装上转子碳刷，把电动机改装成绕线式电动机，在绕线式电动机和鼠笼式电动机切换控制屏上，断开变频电机电源接触器K1，将电机模式选择接触器K2扭向绕线电机运行，此时，将电机做为绕线电机用水电阻启动，以保证生产的连续性。

本发明可应用于锅炉引风机和给水泵等700千瓦以上的大功率绕线式电动机。

绕线式电机改造以后的优越性：

1.变频调速可以大大降低电机能耗；

从流体力学的原理得知，使用感应电动机驱动的风机、水泵负载3，轴功率P与流量Q，扬程H的关系为：P∝Q×H

当电动机的转速由n1变化到n2时,Q、H、P与转速的关系如下:

$Q_2=Q_1\×\frac{n_2}{n_1}---\left(1\right)$

$H_2=H_1\×{\left(\frac{n_2}{n_1}\right)}^2---\left(2\right)$

$p_2=p_1\×{\left(\frac{n_2}{n_1}\right)}^3---\left(3\right)$

可见流量Q和电机的转速n是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要80％的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的80％，即调节频率到40Hz即可，这时所需功率将仅为原来的51.2％。

经我们统计：由于设计选型时，对电动机预留了冗余功率，现场大功率绕线式电动机一般都以80％的工况运行。

2.变频器4可以实现电机的软启软停，减少对电网的冲击：

采用高压变频改造后，电机实现软启软停，启动电流不超过电机额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。在整个运行范围内，电机可保证运行平稳，损耗减小，温升正常，无任何附加的异常振动和噪音。

3.绕线式电动机的缺陷

1)绕线式电动机为定速电机，不能调速，无论负载3高低，驱动源的输出功率并没有改变，浪费了大量电能，致使耗电率高；

2)绕线式电动机启动和运行的力矩较大，必须用外加水电阻手动起动,经常由于启动不成功而影响生产；

3)绕线式电动机起动电流是额定电流的7倍，对电网冲击较大，严重时甚至造成事故。

4.绕线式电动机转为鼠笼结构的意义：绕线式电动机无法调速，起动电流大、能耗高的缺点，极大增加了冶金企业的成本，也威胁着终端电网的安全，该装置通过接触器将转子与集电环相接的三根线短接，将绕线式电动机转为鼠笼式电动机，采用鼠笼式电动机加变频器4启动，不仅启动平稳，而且节能省电，解决了绕线式电动机启动转矩大、耗电高的难题。

2012年1月至2012年11月，武钢能源总厂的3台2800千瓦锅炉引风机电机，全部加装了鼠笼式电动机和绕线式电动机快速转换装置，3台电机全部由绕线式电机改造为鼠笼式电机。

经实测，用变频器4控制引风机电机与用水电阻启动引风机电机相比，在余热炉产汽量和改造前产汽量一样的情况下，风机每小时耗电量要比原来减少100度,每台引风机每天节约成本：

100度×0.5元/度×24小时＝1200元

改造完成后，电机采用鼠笼式电动机加变频器4启动和运行方式，不仅启动平稳，而且节能省电，大幅度增加了引风机电机全年的运行时间。(每年可增加10个工作日)

绕线式电动机：无法调速，耗电高；起动转矩大，启动困难，影响生产；起动电流大，对电网冲击较大。

鼠笼结构式电动机：可以变频调速，耗电低；起动转矩小，启动平稳，保证了生产连续性；起动电流由0安培开始缓慢上升，对电网无冲击。

如图4所示，控制系统的原理示意图，共分四个部分，第一部分为控制系统，包括变频电机电源接触器K1、电机模式选择接触器K2和控制器10，控制器为电机DCS控制后台(位于操作室)；第二部分为显示装置5，显示装置5包括绕线式电动机控制回路6和鼠笼式电动机控制回路7组成；(位于电机旁边的变频器4控制室，紧邻变频器4)；第三部分为变频器4(位于电机旁边的变频器4控制室)；第四部分为电机2和负载3(位于生产现场)；控制器与显示装置5连接，显示装置5分别与电机和变频器4连接，变频器4与电机连接，电机与负载连接。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。