低效率電動(dòng)機(jī)節(jié)能分析

張煥祥 葉雅鋒 胡嗣炯

（輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，杭州 310004）

低效率電動(dòng)機(jī)節(jié)能分析

張煥祥 葉雅鋒 胡嗣炯

（輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，杭州 310004）

三相交流異步電動(dòng)機(jī)的效率越高，其轉(zhuǎn)差率越小。也即在額定頻率與電壓下，相同負(fù)載的轉(zhuǎn)速越高。對(duì)于某些功率與轉(zhuǎn)速成正比，甚至成高次方比的負(fù)載來說，也就意味著電動(dòng)機(jī)的輸出功率的提高。反過來說，低效率電動(dòng)機(jī)因其轉(zhuǎn)差率的增大而使負(fù)載轉(zhuǎn)速下降，就可使電動(dòng)機(jī)的輸出功率減少，從而達(dá)到節(jié)電目的。

電動(dòng)機(jī)；功率；效率；轉(zhuǎn)差率；轉(zhuǎn)速；節(jié)電效果

眾所周知，電動(dòng)機(jī)的效率高低決定了電動(dòng)機(jī)自身損耗的多少，也即產(chǎn)生了節(jié)電的效果。但是，在某些特定情況或條件下，低效率電動(dòng)機(jī)也會(huì)產(chǎn)生節(jié)電效果。

1 電機(jī)節(jié)能就是減少輸入功率

電動(dòng)機(jī)的核心價(jià)值是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在轉(zhuǎn)化過程中支付的代價(jià)就是電動(dòng)機(jī)的自身損耗。電動(dòng)機(jī)的效率越高，其自身的損耗就越低。

電動(dòng)機(jī)的輸入功率為輸出功率與自身損耗之和。降低電動(dòng)機(jī)的損耗自然減少了電動(dòng)機(jī)的輸入功率，但未必取得節(jié)能效果。因?yàn)樵谀撤N場(chǎng)合下，電動(dòng)機(jī)輸出功率提升程度有可能超過損耗的降低，就達(dá)不到減少輸入功率的目的。

電動(dòng)機(jī)的負(fù)載分3種，一種是恒功率負(fù)載，一種是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，還有一種就是風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載。這后一種負(fù)載的機(jī)械特性是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的2次方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的 3次方成正比（見圖1）。也就是說，在額定電壓、額定頻率情況下只要能夠降低負(fù)載的轉(zhuǎn)速，即使多付出了一些電機(jī)損耗的代價(jià)，也有可能獲得系統(tǒng)的節(jié)能效果。

圖1 不同負(fù)載的機(jī)械特性曲線

2 電動(dòng)機(jī)效率與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系

三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線（見圖1）是一條描述在額定電壓、額定頻率條件下電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的特性曲線。A點(diǎn)表征電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)速, 也即電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0；B點(diǎn)表征電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Mmax；C點(diǎn)表征電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 因?yàn)檗D(zhuǎn)差率所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s正比tanα，即A-B直線與縱軸夾角α越大，表示轉(zhuǎn)差率s越大[1]。

圖2 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線

同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的效率

即轉(zhuǎn)差率s越大，電動(dòng)機(jī)的效率 越低。反過來說，電動(dòng)機(jī)的效率 越低，轉(zhuǎn)差率 s越大，對(duì)應(yīng)的負(fù)載運(yùn)行轉(zhuǎn)速n也就越低。

由此可見，負(fù)載轉(zhuǎn)速降低，電動(dòng)機(jī)的輸出功率也就有所減少。雖然電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的效率有所降低，但對(duì)應(yīng)的輸入功率卻同時(shí)有所下降，也就達(dá)到了節(jié)能目的[2]。

3 低效率電動(dòng)機(jī)節(jié)能實(shí)例分析

電錠電動(dòng)機(jī)屬紡織專用電動(dòng)機(jī)（見圖3），年運(yùn)行時(shí)間超過 7000h，利用率較高。所以電機(jī)效率的高低對(duì)于節(jié)能效益影響較大。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 99001《FYD型與FYDZ型電錠電動(dòng)機(jī)》規(guī)定的額定功率為160W，額定效率為77%[3]。

圖3 FYD型電錠電動(dòng)機(jī)

目前國(guó)內(nèi)化纖企業(yè)普遍使用的幾款“節(jié)能”電錠電動(dòng)機(jī)的功率都是 140W，效率低于 74%（甚至70%）。由于這幾款電錠電動(dòng)機(jī)“重量輕，體積小”，制造成本低，售價(jià)低，加上所謂現(xiàn)場(chǎng)“實(shí)際應(yīng)用”對(duì)比測(cè)試，似乎比起正規(guī)的 FYD型電錠電動(dòng)機(jī)來“節(jié)能”可達(dá)25%～30%以上，所以深受用戶青睞[4]。

圖4 不同功率、效率電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線

事實(shí)上，這種電錠電動(dòng)機(jī)的負(fù)載是離心罐，電動(dòng)機(jī)的輸出功率與離心罐轉(zhuǎn)速的 2.7次方成正比。對(duì)于這類風(fēng)機(jī)、水泵類特征的負(fù)載，轉(zhuǎn)速受電動(dòng)機(jī)效率影響很大：電動(dòng)機(jī)效率越低，損耗越大，輸出轉(zhuǎn)速越慢，輸出功率就越少（見圖4）。從表面上看，電動(dòng)機(jī)的輸入功率是減少了，但其實(shí)這是以犧牲電動(dòng)機(jī)的出力為代價(jià)的。因?yàn)榈托孰妱?dòng)機(jī)的自身損耗的增大才是真正的浪費(fèi)。

從一般意義上說，電動(dòng)機(jī)輸出功率的降低，必然影響到產(chǎn)能的下降。但是，電錠電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速的下降，只影響到絲束的捻度而不會(huì)影響絲餅的產(chǎn)量。這給人造成的錯(cuò)覺是，電錠電動(dòng)機(jī)節(jié)能了，產(chǎn)出卻沒有減少，是十分有效的節(jié)能措施。但事實(shí)上，離心罐轉(zhuǎn)速下降過多，不僅是絲束捻度降低，還會(huì)造成操作工人“倒絲”困難，致使廢絲（即間接損耗）增加，由此可見，低效率電錠電動(dòng)機(jī)之所以給人有驚人的“節(jié)能”效果，就是因?yàn)榧徑z工藝上對(duì)于離心罐的轉(zhuǎn)速下降沒有限制，也就是電錠電動(dòng)機(jī)的輸出功率是可以隨之減少的。當(dāng)在相同電壓、相同頻率、相同離心罐形狀尺寸的工況下，低效率電錠電動(dòng)機(jī)因其自身損耗大反而使其運(yùn)行轉(zhuǎn)速減少，取得了表面上的“節(jié)能”效果。這在節(jié)能產(chǎn)品的價(jià)值評(píng)估上是有違公平原則的[5]。

4 結(jié)論

所以說，“低效率電動(dòng)機(jī)也可以節(jié)能”其實(shí)是個(gè)偽命題。要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的真正意義上的節(jié)能，就要選用高效率電動(dòng)機(jī)，其效率至少要達(dá)到 GB 18613-2006《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》[6]的規(guī)定。在上例中，為了保持離心罐的實(shí)際轉(zhuǎn)速不變，可以通過變頻器對(duì)電源電壓與頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低電錠電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。這樣既可以滿足紡絲工藝的捻度要求，又使電錠電動(dòng)機(jī)自身的損耗維持最低。選用符合 FZ/T 99001-91標(biāo)準(zhǔn)的高效電錠電動(dòng)機(jī)，才能真正取得最具效果的綠色節(jié)能。

[1] 浙江大學(xué)電機(jī)教研室編著.王毓東主編.電機(jī)學(xué)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1990:497-509.

[2] 浙江大學(xué)電機(jī)教研組編著.王毓東主編.電機(jī)學(xué)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1990:487-497.

[3] 紡織工業(yè)部.FZ/T 99001-91FYD型和FYDZ型電錠電動(dòng)機(jī)[S].北京:1991.

[4] 何小亢,孫國(guó)賓.GD型高效節(jié)能離心紡絲電錠[J].人造纖維, 2004(6):8-10.

[5] 中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì).GB/T 20137-2006三相籠型異步電動(dòng)機(jī)損耗和效率的確定方法[S].北京:2006.

[6] 國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì).GB 18613-2006中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值[S].北京:2006.

Low Efficiency Motor Energy Saving

Zhang Huanxiang Ye Yafeng Hu Sijiong
(Hangzhou Project & Research Institute of Electro-mechanic in Light Industry, Hangzhou 310004)

In theory, the three-phase AC asynchronous motor slip is inversely proportional to its efficiency. To be specific, under the specified frequency and voltage, the higher the efficiency is, the higher the output speed can be achieved. In order to reduce the output power of a low efficient motor,one feasible technique can be to suppress the load speed by increasing the slip. As an example of electrical energy saving practice, such technique showcases its simplisticity and practicality, and yet can often be neglected when techniques are to be developed.

motor；power；efficiency；slip；speed；energy saving

張煥祥（1963-），男，漢族，浙江杭州人，高級(jí)工程師，主要從事輕工機(jī)械的設(shè)計(jì)研究工作。