多级离心泵电动机的输入功率对多级离心泵效率的影响

2016-1-4 17:18:10点击:

多级离心泵电动机的输入功率对多级离心泵效率的影响

1 影响电动机效率的因素

1.1 电动机低频运行的主要问题u/fc的工况,离心式多级离心泵在低速运行时,负载转矩下降较多,而电动机的有效转矩则减小较少,形成“大 马拉小车”的状态。

在额定转速(fxfn)下,电动机的机械特性,额定转矩为tmn,与负载的额定转矩相差不大;

当频率下降为fa时,电动机的机械特性。其有效转矩减小为tea,但负载转矩却下降得更多,为tld。十分明显,“大 马拉小车”的现象是十分严重的。

1.2 电动机中的几个重要关系

(1) 异步电动机的转矩

异步电动机的转矩由转子电流和磁通相互作用产生,计算公式如下:tmkti2’φcosφ2 (15)式中,tm—电动机的电磁转矩,n·m;kt—转矩系数;i2’— 折算后的转子电流,a;φ—电动机的主磁通,wb;cosφ2—转子侧的功率因数。

(2) 异步电动机的输入电流

根据磁动势平衡的原理,异步电动机的定子电流(输入电流)由转子电流和励磁电流合成:1=-2+0 (16)

式中,1—定子电流的复数值,a;0—励磁电流的复数值,a。因为2′是直接用来产生电磁转矩的,所以,式(16)中的2′也可以叫作转矩分量。又因为电动机的电磁转矩总是要和负载转矩 相平衡的,所以,2′的大小是随负载而变的。

(3) 励磁电流与磁通

电动机在工频运行时,由于电压基本上是稳定的,所以磁通大小和励磁电流也是基本稳定的。但在变频运行时,由于u/f比可以任意预置,磁通大小的变化幅度较大。如预置不当,磁路极易饱和,励磁电流的变化也较大。励磁电流的波形将严重畸变,并可能产生很高的峰值。

(4) 电压与磁通

电动机定子绕组的等效电路如图15所示。其电动势平衡方程是:1=-11r1+j 1x1 (17)式中, 1—定子相电压,v;1—定子绕组的反电动势,v;r1—定子绕组的电阻,ω;x1—定子绕组的漏磁电抗,ω。反电动势的大小与电流频率和磁通大小的乘积成正比:e1kefφ (18)式中,ke—电势系数。所以,磁通的大小正比于反电动势和频率之比:φ=kφ (19)式中,kφ—磁通系数。由式(17)知,在频率一定的前提下,反电动势的大小取决于电压u(即u/f)和负载的轻重(由此而决定了1r1+j 1x1)

1.3 电压与电流的关系曲线

(1) 电压偏低

电压偏低,磁通必然减小,但在磁路不饱和的情况下,励磁电流的变化不大。但磁通的减小必然使电磁转矩也减小,转速下降,转子电流 (电流的转矩分量i2)增大,定子电流也增大。这种情况主要见于重载运行时。就是说,在重载运行时,电压越低,则电流越大。

(2) 电压偏高

电压偏高,磁通必然也增大,导致磁路饱和,励磁电流的峰值将大幅增加,变频器的输出电流也增大。多级离心泵的变频运行基本上都属于这种情况。这说明,电动机在运行时,是存在着一个最佳工作点的。在最佳工作点运行时,电动机的工作电流最小,也最节能。 负载改变,电动机的工作状态也改变,最佳工作点也随之转移。

2 正确预置变频器功能的意义

2.1 变频器的节能功能

(1) 自动搜索功能

变频器中,u/f比可以任意预置的特点,换一个角度看,则:变频器在某一个工作频率下,其输出电压是可以任意调节的。部分变频器,如日本的超能士变频器,具有自动搜索最佳工作点的功能,其节能效果明显地优于其他变频器。

(2) 低减u/f比功能  

即在低频运行时,减小u/f比。降低电压后的机械特性,电动机的临界转速nka不变,但临界转矩减小较多。这时,电动机的有效转矩减小为 tea’,和负载的阻转矩tld之间的差距减小了,缓解了“大马拉小车”的问题。但这种方法,不大可能使电动机工作在最佳工作点。