三相異步電動機的節能分析

申毅恒

（柳州鐵道職業技術學院，廣西 柳州 545616）

三相異步電動機的節能分析

申毅恒

（柳州鐵道職業技術學院，廣西 柳州 545616）

本文從4個方面闡述了三相異步電動機在節能方面所遇到的問題，進而提出了相應的解決方法，包括電動機的變頻調速、提高電動機的效率、使用電機智能節電器進行節能三個大的方面。結合具體情況，選擇恰當方式，才能在提高電動機運行效率和節能方面事半功倍。

三相異步電動機；電動機效率；節能

三相異步電動機在我們的生產生活中有著重要的地位，它占我國電能消耗的60%以上，但是，我國電動機的平均運行效率低于60%，需要改進，所以研究三相異步電動機的節能方面有著重要的意義，能夠極大地提高工作效率和節約資源，帶來可觀的經濟效益。

1 電動機在節能方面遇到的問題

1.1 電機的負載效率低

不同的負載情況應該選擇不同的電動機，與負載不相匹配的電動機會使電動機的運行效率過低。

1.2 所使用電機的型號過舊

生產于20世紀七八十年代的派生電機（如J2、JO2系列），占裝機容量的15%～20%。這些電機在現在看來有體積大、效率低、啟動效能插等缺點，因為這類電機采用的是E級絕緣。有的企業還在使用這類本應該被淘汰的電機。

1.3 負載調節與轉速控制不恰當

調速方法多種多樣，應該選擇與負載性質、大小相匹配的調速方法，以免增大調速過程中的損耗。在調節方面，可以使用擋板或閥門來調節風機的風量與水泵的流量。然而，現在的電氣調速使用的沒有那么普遍，很多設備用的還是機械調速法。另外，不恰當的轉速也會增加損耗。

1.4 電機電源電壓過低或不對稱

這也是電動機損耗增大的一個重要原因，而電動機的三相電壓不對稱是三相四線制低壓供電系統單相負荷的不平衡造成的。電動機的電壓過低也會造成電動機的損耗，并且電壓的不對稱度越大，電壓越低，電動機的損耗也就越大。

2 電動機的節能措施

2.1 變頻調速節能

在傳統的控制方式中是采用閥門來控制,由于閥門開大開小幾乎不改變電動機的輸出功率，所以它的能量有效利用不高，而且增加了損耗。即使方法能夠滿足生產的要求也是不值得推薦的控制方法。當通過變頻控制進行調速時,電動機的輸出功率能隨流量的大小發生改變，實現了電動機的節能。綜上，三相異步電動機的最佳調速方案為變頻調速,此方案的節能效果十分顯著。以水泵為例，水泵的水壓H和流量Q特性圖如圖1所示。

圖1 水泵H一Q特性圖

圖1 中，n1為水泵在額定轉速運行時的特性，R1為水泵管路阻力最小時的阻力特性；n2為水泵在降速運行在n2轉速時的特性；R2為水泵管路阻力增大到某一數值時的阻力特性。

對比可知變頻調速使功率大幅度下降，節能效果明顯，經濟效益也十分可觀。

2.2 在最節能狀態運行

節能首先是要選擇效率高的三相異步電動機，對于已經選好的電動機則要根據電動機的電源電壓、載荷等方面實現節能。下面介紹兩種方法使電動機在效率較高的狀態下運行。

（1）要使電動機的運行效率達到最高，電動機的可變損耗Pb與不變損耗P0要相等。

由以下公式驗證：

可知電動機運行效率的最大值為：

電動機在運行效率最大時的輸出功率為：

（2）在最節能狀態下運行。在電動機輕載運行的情況下，降壓能夠相應地提高電動機的功率和效率。當電動機的負載率為p時,其最優電源電壓U為:

式中：K為系數（2極時為 0．15；4極時為0．25；6 極以上為 0．3)。

2.3 用電機智能節電器進行節能分析

電機智能節電器采用的是最新的集成電路芯片控制技術，能夠實現高效節電卻不改變電機的轉速，設備的正常工作也不會受到影響。它是通過不斷地檢測電機的工作狀態，來改變輸入的電壓。

電機智能節電器的2個可控硅的連接方式為反并聯,電機智能節電器通過控制可控硅的通斷來準確供給電機實時所需的最適用電壓，如圖2所示。

圖2 扭力示意圖

2.4 降低雜散損耗的措施

電動機的加工工藝、設計參數、裝配質量都會影響雜散損耗的大小。其中，電機的設計參數有槽配合的選擇及繞組形式等。加工工藝包括壓裝及轉子鑄鋁工藝等。合理選擇參數可以使電機的雜散損耗降低。

表面損耗與定、轉子槽數的關系為：

其中：Pb為表面損耗率；m為定、轉子槽數。

由上可知，槽數越多，表面損耗越少。在0．75kW，2P電機進行了不同槽數的對比試驗，數據如表1所示。

定、轉子齒部脈振損耗與槽配合的關系曲線示意圖如圖3所示。

表1 不同槽數時的雜散損耗對比數據

圖3 脈振損耗與槽配合的關系曲線示意圖

由圖3可知，若想定、轉子齒部脈振損耗最小，定、轉子槽數必須相等。

3 結語

我國比較前沿的技術中就包括三相異步電動機的節能控制技術,要實現三相異步電動機節能跟經濟效應的齊頭并進。因此,在今后的發展過程中,要更加注重電動機的節能，必須從多方面進行考慮電動機的節能運行。為了使節能措施更有效率，我們要結合具體情況，聯系實際，具體問題采用相應地方法具體解決，才能在提高電動機運行效率和節能方面事半功倍。

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1671-0711（2017）10（下）-0052-02