三相異步電動機節能技術簡述及展望

錢憶釗

摘要：異步電動機是各類電動機應用范圍最為廣泛的一種。三相異步電動機節能技術也受到普遍關注。本文重述了三相異步電動機異步電動機工作特性及電動機節能的目的和意義，例舉了目前較為主流的異步電動機節能技術。最后本文從當前該技術的研究動向對該技術的發展前景進行了展望。

關鍵詞：三相異步電機；節能；變頻；輕載；降壓啟動

1.概述

交流異步電動機因其結構簡單、價低耐用、適用性好成為各類電動機中應用范圍最為廣泛的一種。但其年耗電能約為全網電能的六成以上。因此，異步電動機的節能技術一直受到業界的廣泛關注。三相異步電動機電動機作為異步電動機的主要分支，盡管三相異步電機節能技術目前仍存在如，電機負載率低，“大馬拉小車”；電機相電壓不對稱，電壓偏低；負荷的調節與轉速的控制性不佳的缺陷，但電動機節能控制技術仍有著相當大的價值。

三相異步電動機的是借助旋轉磁場和轉子繞組內所產生的感應電流的相互作用，通過電磁轉矩實現拖動。因其是有380V三相交流電源驅動，且其轉子轉速慢于旋轉磁場，故稱之三相異步電動機。但三相異步電動機工作能耗大，功率因數滯后，尤其是輕載時工作效率低。

2.三相異步電機節能技術分析

2.1輕載調壓節能

實驗數據表明，電機在滿載下其工作效率η約為0.8-0.9，但當負荷下降，負載系數下降時，其效率和功率因素也隨之下降，如圖1所示。仔細分析三相異步電動機的節能原理，不難發現：電機的功效是指其輸出功效和輸入功效之比，其與電壓有著密切聯系。從電能損耗的角度來看，主要來自于定子和轉子鐵芯中產生的電流發生的損耗——鐵損，而非銅耗。因此，多數節能方法都是從在負荷下降時，通過適當降低電源的電壓的方法以降低鐵損的思路來完成節能。負荷節能主要著眼點存在于輕載時如何降低電機的總能耗，減少 總的輸出功效以及在任何負載下如何找到輸出功效的最佳點。分析得知，當電壓下降時，電流也隨之下降，鐵損降低的同時銅耗也隨之下降。電機選用時，設計者往往偏好容量偏大的電動機的，使得多數異步電動機的運行點位偏離額定值，或者電動機多數處于而空載和輕載運行，重載運行時間短，造成電機的效率和功率因數較低。此時通過降低輸入電機定子的電壓，減少來提高電機效率。電壓降低后，主磁通隨之成正比下降，定子電流中的勵磁分量也下降。此時選用△/Y接法進行自動切換，即低、空載是選用降壓啟動——星形接法，正常運行是選用△接法。如切換頻率較高時，可選用△/Y自動切換。在△轉Y接法后，相電壓降至原先的[13]，電動機的額定功率 則變為原先的三分之一。即負載系數為分別為0.33（△接法）和1（Y接法），功率因數得到明顯提升。此法轉換簡單、耗能少，但囿于變值電壓的確定性，無法適合多種負載的需求，且存在著功率因數設定、電壓和電流有效值檢測困難、易受強電磁干擾，三相易不平衡等問題。

理想的節能方法應該是系統根據負載的大小自動調整電源電壓，使電機在各種負載工況下都能以最佳效率和高功率因數狀態運行。此時，只需要合理的測定電動機負載系數β，就可以使電機處于最佳運行狀態。負載系數β可以通過轉差率法測（測出運行時的電壓U和轉速S就可以得到負載系數）、空載電流法（測出電機在額定電壓時的空載電流I0，運行時的定子電壓U1和電流I1）、功率法（測出額定效率ηn，定子電壓U1，電流I1和功率因數cosψ1）。研究表明，借助固化在微處理器上可編程軟件，通過控制可控硅的導通角，對電機負載實時檢測、跟蹤，瞬時完成工作電壓與電流匹配，降低銅、鐵的損耗，自動調壓節能，并能完成電機的軟起動，過載、短路、缺相保護功能完備，運用前景廣泛。

2.2變頻調速節能

變頻調速是電機節能的主要發展方向，其功率因數很高，無功損耗少，節能效果顯著且具有良好的適用性和極高的安全可靠性。變頻器的矢量控制形態使異步電動獲得與直流電動機相似的調速控制性和良好的硬機械特性。通過由整流器、平波電抗器或濾波電容器、逆變器及控制電路組成的變頻器將AC——DC——AC輸入到電機。根據n=60f（1-s）/p（式中n、f、s、p 分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數），通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。電機在非滿負荷運行狀態下，多余的力矩會消耗有功功率，造成浪費，此時只要通過變頻器降低電機的運行速度，便能在恒壓實現節電。從P2/P1=（N2/N1）3（當變速前的電機轉速和功率分別用N1，N2和P1，P2表示）可見降低電機轉速可得到立方級的節能效果。此外在保證輸出力矩的情況下，變頻器能自動調節V/F曲線，減少輸入電流，實現節能。達到節能狀態。變頻器自帶的軟啟動功能還能減少啟動電流對電網的沖擊，降低了啟動慣性對設備的慣性沖擊節能的同時也延長了設備的使用壽命。變頻調速設備復雜，投入大是限制變頻調速系統不能大規模推廣的的最大障礙。

4結束語

綜上，三相異步電動機因其在現代生產制造領域的廣泛運用，其節能技術對促進經濟增長和節能減排有著重要意義。當前降壓節能技術、變頻器節能技術、智能節電器技術相對成熟，展望未來的三相異步電動機電動機節能技術還是要從負荷節能上做文章。還需要技術 人員不斷探索，開發出更好的三相異步電動機節能技術為經濟發展服務。

參考文獻：

[1]袁天祥.電動機及其系統的節能技術.化學工業出版社.1991.

[2]鐘偉強.變頻調速電機節能分析.研究與探討.2010.