从效率和功率因数曲线看,“大马拉小车”时,不仅效率低,功率因数也很低,这就是“大马拉小车”造成电能浪费的原因。严格地讲,电动机“大马拉小车”造成电能浪费的根本原因是损耗的问题。对于某一确定的负载,原来工作状态为“大马拉小车”,如果更换一台功率小的电动机,五种损耗如何变化呢?下面通过一个实例来分析“大马拉小车”时电动机的损耗情况。
某一台14型的抽油机,平均负载为11.25kW。原来使用的电动机(Y315M-8)为75kW,一直处于“大马拉小车”状态,平均负载率为15%。后来设计了高起动转矩电动机,解决了起动困难的问题,电动机功率降至30kW/8极电动机(Y250M-8),平均负载率提高到37.5%。更换电动机前后负载没有变化。经测试和计算,得到更换前后两台电动机的各种损耗见表4-1。
表4-1 两台电动机的各种损耗
从表4-1中可以看出,对于同一个负载,两台电动机的各种损耗相差很多。各种损耗下降的百分比分别为:铁损耗下降了75%,定子铜损耗下降了46%,转子铜损耗下降了72%,机械损耗下降了47%,杂散损耗下降了65%。其中,铁损耗下降最为明显。对于Y315M-8/75kW电动机,总损耗为3.42kW,其中,铁损耗占总损耗的54.1%。由此可见,“大马拉小车”造成电能浪费的主要根本原因是铁损耗,其次是定子铜损耗和机械损耗。
再来分析“大马拉小车”自身损耗的变化。对于Y315M-8/75kW电动机,从额定负载变化到15%的负载各种损耗如表4-2所示。
表4-2 Y315M-8/75kW电动机各种损耗的变化情况(www.daowen.com)
从表4-2中可以看出,电动机从额定负载到轻载的变化过程中铁损耗和机械损耗基本不变,铜损耗和杂散损耗下降较大。电动机的功率越大,体积就越大。式(3-1)表明,铁损耗与定子铁心重量成正比。因此解决“大马拉小车”的关键是降低电动机的额定功率,也就是减小体积。
Y315M-8/75kW电动机额定运行时效率为92.5%,功率因数为0.817。平均负载率为15%时,运行效率76.7%,功率因数0.435,总损耗为3.420kW。
Y250M-8/30kW电动机额定运行时效率为91.6%,功率因数为0.810。平均负载率为37.5%时,运行效率90.3%,功率因数0.577,总损耗为1.208kW。从上面的数据可以看出,将75kW的电动机换成30kW的电动机,提高了负载率,总损耗从3.42kW降至1.208kW。电动机输入功率从14.670kW降至12.458kW。有功节电率15.1%。
但由于负载的特殊性,平均负载率不能提高到50%以上,更不能提高到60%。这种负载使得电动抽油机仍处于“大马拉小车”的状态,因此抽油机的电动机节能还有待于深入研究。
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