节能电动机的改造及应用

节能电动机的改造及应用

马云龙1,李照东2

山东鲁泰化学有限公司  山东 济宁 272350

摘要：近年来，由于我国社会的快速进步以及居民的日益改善的生活质量，政府越来越看到用电的重要性。因此，政府采取更严格的措施来控制用电，以减轻环境污染，改善居民的健康状况，并确保可再利用的资源，以及改善环境质量，以满足当今日益严峻的环境挑战。在此背景下，化工企业的节能改造工程正在受到越来越多的重视，以实现更好的可再利用性，并以更先进的技术、更优质的产品来满足市场的需求。然而，尽管如此，在现实生活中，还是有许多挑战需要解决。本文将重点研究如何有效地利用高效节能的电动机，并将它们应用于化工企业。

关键词:节能;电动机;应用;改造

1电动机的效率和功率因数分析

1.1电动机的效率

在实际应用中，电动机的效率取决于其额定功率、最大功率和负载能力。由于额定功率和空载损耗是固定的，因此，电动机的效率取决于负载能力。如果负载能力较低，电动机的效率就会下降。当负载率较高时，电动机会迅速启动。

1.2电动机的功率因数

电动机的效率受到负载率的直接影响，即使在空载状态下，它的功率因数也会很低，只能达到0.1-0.2。但是，随着负载率的增加，电动机的功率因数也会相应地提高，从而提高它的效率。然而，应当特别注意，当电动机处于空载状态时，其性能将显著降低。

2系统设计

2.1电动机节能系统的总体结构

为了有效地改善装置的运行性能，我们需要首先绘制出一个完整的架构图， STM32F103C8T6单片微处理器控制着220 V的电动机，它可以实现电动机的启动、停止以及档位的精确调节。通过液晶屏实时显示转速和电压值，从而使得系统的运行更加高效。直流电源由LM2596降压模块提供，而交流电源则由PWM调速模块提供，负载端与交流电动机相连，用户可以通过按键来控制电动机的启动、停止，并且可以根据电压互感器的读取，调整PWM调节的数值，从而使得系统的运行更加稳定、高效。使用显示模块可以清晰地展示出相关的数据。

2.2主控芯片的选取

STM32，也称STM32F103C8T6，已经成为一种普遍使用的高性能数据处理器，其拥有256 K的高速缓冲，能够满足多行数据的高速传输，同时也能够维持数据的安全性和高效性。这款微处理器的 IO端口数量众多，其中三个端口采用了串行连接，使得其能够承受-40~85℃的极低的环境，同时也能够实现多次使用，从而满足各种应用场景的需求。 RTC具有自动定时功能，但是其成本要远远超过51单片微处理器。

2.3采集模块的选取

为了实现电动机节能，我们需要对其转速进行实时监控，并将数据传输至OLED屏幕。霍尔传感器可以用来测量转速，并将其转换为电压，计数仪则可以用来计算出旋转的速度。由于霍尔效应产生的电位差一般较小，只有几毫伏特，因此，霍尔感测器必须配备高增益的运放，以满足整体性能要求，并且还需要与其他系统线路进行匹配，本文中提到的霍尔式感测器正是这种情况下的一种选择。

3系统硬件设计

3.1STM32F103C8T6单片机最小系统设计

晶振在单片微处理器中起着至关重要的作用，它可以帮助单片机芯片更好地完成任务，而且它的作用也很简单。就像一个孩子不想写作业，但是他的父亲可以发出信号来督促他完成任务，而单片微处理器的晶振正是这种信号的载体，它可以帮助单片机芯片更好地完成任务，而且它的作用也很容易理解。为了让这个孩子能够完成学习任务，我们选择了12MHZ的晶振，并且配备了两个电容，以确保晶体具备足够的负载，从而使其能够发出振动。电容的尺寸应该在20-40pF之间，既不能过大也不能过小，只要符合要求即可。

3.2220V调速模块

为了提升电动机节能系统的可靠性，我们采用了220V调速模块来驱动电动机。为了更好地理解这种模块，我们需要查阅相关文献，并将其与单片机的PA0口和PWM口相连，从而实现调速功能。

3.3显示电路

这个方案需要能够实时地显示当前的转速、档位和电压数据。通过观察这些数据，我们可以确定目前的马达运行速度。

OLED是一种高性能的半导体器件，它可以通过改变电压来改变液晶的物理特性，从而满足消费者对显示器的需求。

4电动机节能方法研究

4.1改善电动机的运行管理

通过对电动机的功率因数的优化，有效地避免了它的空载状态，从而有效地减少了能量的消耗。为此，应该从电源母线开始，对所有的参量都实施精确的控制，使得功率因数达到90%或更高，从而有效地减少了能量的消耗。

当电动机处于正常状态时，应该确保它处于正常操作状态，以防止它处于空载状态。如果电动机处于空载状态，它的电力将被浪费，无法正常产生电力。所以，应该立即断开电源，并且禁止使用电动机的散热器和励磁装置。为了确保机器的正确操作，减少浪费，减少资源的消耗，我们应该采取措施，如定期检测、保养、清洁、保养、更换零部件等，以确保机器的正确性，减少浪费。此外，为了提高机器的可靠性，应该经常检测、保养，以及及时更换零部件，以确保其正确性。

4.2合理选择电动机起动装置

无刷无环起动器能够有效地起动11~60KW的高低压绕线型电动机，其优势在于起动过程无需任何外力，无需更换起动环，也无需担心粉尘污染。该起动器采用频敏变阻器技术，将其应用到电动机的转轴，使其能够实现自动起动，而无需额外的起动装置。通过改进的液体变阻起动器，我们能够更加精确地控制大型绕线型电动机的运行。这种装置通过调节两极之间的液体电阻，让极板之间的距离保持一定的差异，从而让整个电动机的运行更加顺畅。这种发动机的优势在于，它的启动电流很低，不会给电力系统带来任何影响，具有较高的热容量，能够持续启动5-10次，操作方便。

4.3合理选择电动机的调速方式

当前，为了有效地控制流量，采取传统的手段，如通过调整阀门和挡板的开合程度，会导致巨额的电力消耗。相比之下，采取电动机的调速技术，不仅可以有效地控制流量，还可以实现30%-60%的节约。通过对电动机、环境条件和运行需求的综合分析，我们能够确定最佳的运行模式。。

4.4采用适当的补偿方法

电动机的绕线型通常需要使用补偿器来调整其运行状态。这种补偿器有两种：旋转式和静态式。由于旋转式补偿器存在结构上的缺陷，目前更多地使用静态式。

采用并联电容器的电动机，能够有效减少电动机的温度上升，并将其功率因数调整至0.95，同时将电流减少10%-15%，从而达到良好的节电效果。但需要特别指出的是，那些长期处于静止状态的电动机、频繁启动、运行缓慢的电动机、需要双向调整的电动机，都不适合采取并联电容器的电动机。

4.5正确认识运行环节的能耗降低

为了达到最佳的节能性，电动机必须具备较大的负载率，即P1和Pe之间的差异。若K大于70%，则可达到较好的性能，可达到超过80%的最佳状态；反之，若K小于70%，则可达到较差的性能，可达到较差的性价比。通过采取措施来防止电动机过度负荷，我们就有望达到节约能源的目标。

为了避免电动机长时间承受重荷，我们必须正确理解它们的作用。当它们工作时，它们的输出的电力会被一小部分转变成机械力，而另一小部分则会变成热能。所以，当它们承受重荷时，它们会产生一些额外的热，但这些热都会低于它们生产商所提供的标准。由于电动机的高温特性，应当尽量减少其所需的额外功耗，以确保其正常的工作状态。

结论

总之，节能减排已成为当前我国企业实现可持续发展的关键措施，电动机节能尤为突出，因此，企业应根据实际情况，采取有效的节能措施，完善工厂的运营管理，更换低耗能的电动机，并利用先进的技术改进设备，以提升工作效率。

参考文献：

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[2] 丁鹏飞. 火力发电厂220 kW开式水泵电动机双速改造应用分析[J]. 能源科技, 2023, 21(1):4.

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