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我国在60年代由机械部制定了活塞式制冷压缩机系列后,其电动机是按空调工况或标准工况配套的。在实际生产中,需要大量的双级压缩制冷。由于早期我国没有生产单机双级压缩机,双级压缩就只能采用单级压缩机配组而成。这样实际运行需要的功率,与压缩机出厂时配套的电动机功率差距较大,不可避免地出现了大马拉小车浪费用电情况。
对于现役设备,解决此问题的根本办法是更换适当的电动机。不过,一般企业存在设备投资和安装尺寸等困难。对此,国内有关企业进行了研究试验,提出了将电动机内部接线由△接法改为丫接法的改造方案,这种做法已被证明在一定条件下是可行并且有效的。例如,湘潭冷冻厂一台低压级8AS170氨压缩机,根据计算轴功率有95kW即够,而原配套的电动机为190kW (J3-40OM1-8型△形接线)。由于配套电动机过大,负荷电流仅190A,负荷率仅0.36。该机每运行1h,平均要多耗有功电度12.3kW.h,多耗无功电度55kW .h。经过电动机内部接线改造,将△形接线改为丫形接线,功率因数由0.64升至0.92,节电效果显著。
必须强调的是,电动机接线方式从△形改成丫形后,功率下降为原额定功率的1/3,转矩M是与功率P成正比的,故转矩也相应地下降至原额定转矩的1/3。因此,要进行△形改丫形的前提是电动机必须是长期轻载运行。具体而言,轻载电动机的改接涉及到两个问题,即容量是否允许和效率是否提高。下表列出了两种接线法的有关参数。
表:电动机采用不同接线法的有关参数
由上表可见,改接后每相电压降低了根号3分之一,铁损只有原来的1/3。但要维持原来的功率,电流却要增加根号3倍,铜损耗提高了3倍。综合分析,改接后的极限容许负载大致为铭牌容量的38%-~45%。下表列出了在不同负载率情况下丫接法与△接法的效率比(ηYη△)。
表:不同负载率下丫接法与△接法的效率比
负载率 |
0.1 |
0.15 |
0.20 |
0.25 |
0.3 |
0.35 |
0.4 |
0.45 |
0.5 |
效率比(ηYη△) |
1.27 |
1.14 |
l.10 |
1.06 |
1.04 |
1.02 |
1.01 |
1.005 |
l |
由上表可见,当负载率为0.5时,两种接法的效率相等,即改接无效。当负载率小于0.3时,节电的效果明显。当负荷率越低、电动机的容量越大,节电意义越大。当电动机的负载率大于50%时,改为丫接法不仅不能省电,反而要多耗电。因此,当电动机的负载率≥0.5时,就不应采用△形改为丫形接法。
必须指出,△接法改为丫接法,对于轻载电动机虽然能省电,但电动机的转矩将下降为原额定转矩的1/3。因此,如遇负载增大,电压低峰等一些不利条件时,对电动机的安全和老严重时甚至会烧毁电动机。
由于在实际生产中存在负载增大的可能性,国内不少地区的电压又不够稳定,使人们对电动机的△接法改丫接法存在疑虑。针对国内的这种实际情况,人们又开发了电动机△一丫运转自动转换的方法。例如徐州市肉联厂,采用电流继电器实现了△一丫接法的自动转换。其原理是运转电流超过允许值时,电流继电器动作,延时一定时间后转换为△形运转。当运转电流低于允许值时,延时一定时间,电动机又转换为丫形接法运转。徐州肉联厂改装后的实际运行情况良好,没有发生任何技术故障,操作人员感到比改前更为简便安全。改造的费用很少,只需花一只电流继电器的钱。
国家节能规定指出,为消除大马拉小车现象,电动机正常使用负荷率低于40%,应进行调整或更换。更换较小的电动机,使其处于较高效率和较高功率因数下经济运行。更换小电机的方法,在实用中常遇到一些困难,如没有容量合适的电动机或更换后难于安装等。这时可以采用改变电机外部接线的方法,由△形改为丫形,降低每相绕组运行电压,把一台大电动机变成小电动机,减少了更换电动机的投资。
除了制冷行业外,电动机△一丫变换改造技术,已在各行业中得到广泛应用.综合而言.电动机接线方式△一丫改造,实现降压运行的方法有以下三种,可以根据具体情况选用。
1)接成固定的丫形。这种方法适用于负荷率稳定处于40%以下的电动机,不需任何投资费用,将电动机原△形接线直接改成丫接线。
2)丫△接线手动转换。适用于负荷变化有规律容易掌握的电动机。当负荷率高于40%时,人工转换控制开关,通过接触器使电动机△接线运行。当负荷率低于40%时,同样人工操作,使电机丫接线运行。
3)丫一△接线自动转换。适用于负荷变化规律难于掌握的电动机。根据负荷率大小,通过电气控制线路,自动进行电动机丫一△接线的自动转换。
国内在80年代已经开发了电动机星角自动变换器,如沈阳市北市电器厂的DJX-80型.该装置采用电于技术,连续自动侧定电动机的负荷,根据负荷大小,改变电动机的电压和电流,使其经济运行。因而在大电动机小负荷或电动机负载经常变动,负荷率小于40%时使用,可以获得减少无功电力,提高功率因数,减少供电损失等节电效果。
综上所述,在一定条件下,电动机的△接法改丫接法,是一种经济有效的节能(节电)技术改造,尤其对于负荷率≤30%的情况,节电效果显薯.如果进一步采用△一丫接法的自动转换,就能扩大这种技术改造的适用范围,同时能避免负荷增大或电压太低产生的危险或不良后果。因此,对于老式轻载电动机,尤其对资金短缺的企业,采用配组式双级压缩的制冷装置,是一种行之有效的节能技术改造。
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