電機節能降耗技術和方法探討

胥立慶

摘? 要：由于技術力量較落后，管理不到位、節能意識不強等問題，我國諸多企業存在著電機耗電量巨大，效率不高的情況。那么，如何提高電機的利用率，降低能耗是我們今天將要重點討論的問題。

關鍵詞：電機;節能降耗;技術;效率;耗電量

中圖分類號：TM343? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）23-0147-02

Abstract： Due to the backwardness of technical force， inadequate management， weak awareness of energy saving and other problems， many enterprises in China have huge motor power consumption and low efficiency. So， how to improve the utilization rate of the motor and reduce the energy consumption is the problem that we will focus on today.

Keywords： motor; energy saving and consumption reduction; technology; efficiency; power consumption

1 電機特性曲線分析

1.1 電流-效率特性曲線

電機的電流-效率特性曲線是展現兩個變量之間的關系。通過對比幾組數據我們發現：不同型號的電機在限定狀態下的效率值不同，效率的最大值也不同，利用公式我們可得出：

η=P2/P1=1-∑P/P1

其中η代表效率;P2為輸出功率;P1為輸入功率;∑P為電機總損耗，下圖1是電機電流與效率特性曲線圖：

1.2 效率特性曲線與功率因數

異步電機從電廠吸引一部分電流形成磁場，這部分電流就是電機的空載電流，它在正常工作情況下基本保持不變。在空載的情況下，定子電流與勵磁電流基本相等，功率因數低。功率因數cosΦ與效率η隨負荷率β的增加有相似的變化規律。

2 電機節能降耗技術和方法

2.1 自身降耗

（1）電機硬件節能改造

我們所使用電機的能耗大通常是因為設計不合理，只要重新設計，或者更換零部件，就可以達到節能減排的效果，可以將高耗能的電機轉變為低耗能的電機。對電機的硬件進行改造，是電機整體節能降耗的重要手段，其主要方法有：更換磁性槽楔、改變定子繞組形式、更換合適規格風扇、增加有效材料用量等。

以下我們主要介紹更換合格風扇和增加有效材料用量的方法：

更換合格風扇：研究表明，對于較大功率的電機，其風扇磨損的消耗是非常大的，只要控制住這一部分損耗，就能減少電機整體的耗能。舉例說明：90千瓦的2極電機風扇磨損消耗可以達到總消耗的百分之三十左右，風扇的磨損伴隨著溫度升高，電機又要消耗電量去給風扇降溫，給機器降溫所消耗的能量是巨大的，風扇通風功率正比風扇直徑的4次到5次方，由此看來，在電機正常的運行溫度下，選擇尺寸小一些的風扇可以有效降低風扇與機器之間的磨損率。風扇的直徑決定了電機風扇磨損的耗能和溫度的高低，所以在選取合適的風扇時，既要考慮到電機本身的冷卻要求，還要將電機的磨損消耗計算進去。

（2）新型節能電機

對現在使用較為廣泛的電機進行改造，常常會受到成本、技術和材料的限制，有時候電機的效率得不到提高，或者提高的空間比較有限。這個時候，就需要開發新的電機。隨著科學技術的不斷進步，新技術、新理念逐漸走進了電機領域，在綜合考慮到電機的損耗和運行規律之后，新的電機被不斷研發出來并投入使用。比如：稀土永磁電動機、開關磁阻電動機、變極變容量電機等，這些新電機終將會代替傳統的高消耗電機，進入我國的工業市場。下面，我們針對稀土永磁電機和變極變容量電機來進行分析。

稀土永磁電機：稀土永磁電機利用磁性能，在充磁之后可以形成永磁場，再利用永磁場代替傳統的電力磁場，這種稀土永磁電機易操作、易搬運、工作效率高。我們觀察幾組數據發現：稀土永磁電機的效率曲線高，而且傾斜度不高，這就說明，即使在很寬的負載工況區間，這種電機也能保持比較高的效率，所以說，在相同負載情況下，稀土永磁電機的效率比傳統電機高出很多。稀土永磁電機存在著諸多的優點，但是它本身生產成本高、裝配難度大的問題也是急需解決的。

變極變容量電機：變極電機可以通過改變電機定子繞組的極對數來改變電機的轉速，分為多繞組式和單繞組式。這種電機可以對定轉子結構做出改變，使其符合不同的負載狀況，這種轉變可以大大提高電機本身的效率，但是也有一定的風險，變極變容量電機設計極為復雜，調速的范圍有一定限制，這就導致了這種電機的應用場合受到了很大的限制。

2.2 先進的傳動控制技術及裝置

（1）調壓節能

電機在恒定的壓力下工作，負載減小，輸出功率就會變小，轉子電流下降會讓轉子的銅耗降低，這個時候，定子電壓保持不變，定子的損耗保持不變，機械損耗保持不變，導致電機的整體功率和效率較低。所以，功率小的時候，可以通過降低電壓來降低電機的損耗，應用這種調壓裝置可以有效地減小電機能耗，提高電機效率，而且這種調壓裝置操作簡單，成本低，可以大量使用。

（2）變頻節能

隨著科學技術的不斷發展，變頻技術也被廣泛應用到電機的改造當中，常用的幾種變頻控制方法有：恒壓頻比控制、轉差率控制，這兩種適用于電機的靜態模式，控制方法簡便;矢量控制和直接轉矩控制適用于電機的動態模式，這兩種的控制方法比較復雜。

我們現在使用的電機一般多為泵類負載和風機設備，企業在選擇這類電機的時候一般是根據其滿負荷運轉時候的情況來進行型號的甄選，但其實電機被帶回工廠之后，因為季節、工作環境等因素，很少能滿負荷工作，經常處于一種低負載運行的狀態，有數據顯示，電機工作的平均功率只能達到額定功率的百分之四十到五十。經過力學分析得出結論，風機、泵類電機屬于平方轉矩負載，它們有一個特性就是數據之間呈現三個正比，分別是：流量與轉速;壓力與轉速的平方;軸功率與轉速的立方。所以對泵類電機來說，如果需要的流量降低，轉速降低，它的功率也會出現相應的下降，我們可以通過下圖泵類電機變頻調速節能效果分析來進行簡單說明。

圖2中，Q1、Q2、Q分別表示的是流量，H1、H2、H3代表了泵的揚程。我們可以發現，當流量從Q1降到Q2，如果使用的是關小閥門的辦法，那么管網阻力會增加，工況點從A變到B。這時，泵揚程明顯增加，我們可以看出P2與矩形面積BH2OQ2成正比。如果改成使用變頻器控制，那么泵轉速從n1下調到n2，想要繼續滿足流量就需要H3變大，這樣軸功率P3與矩形面積CH3OQ2成正比。我們觀察發現此時的軸功率與之前相比降低很多。這說明采用變頻技術改變電機的轉速可以有效地節約能源。

（3）結構改進

電機的結構改進可以從兩方面入手，一種是更換磁性槽楔，另一種是采用新的絕緣材料。磁性槽楔是可以導磁的槽楔，在普通的槽楔中加入磁性材料。實驗證明，如果用磁性槽楔來替代普通的槽楔，可以有效地改善電機的特性，提高電機使用效率。改用磁性槽楔之后，電機表面的損耗降低了，使有效氣隙長度縮短，改善電機氣隙磁勢波形，降低電機鐵耗，降低磨損和溫度，可以有效地延長電機的使用壽命。

高壓電機多采用瀝青云母膠帶來達到絕緣目的。因為瀝青云母膠帶是經過浸膠處理的，其表面比較厚重，它纏繞在銅線上的時候，會使銅線的整體截面增加，這樣電機的損耗會變大。所以，如果將瀝青云母膠帶換成B級絕緣膠帶，就可以使絕緣膠帶的厚度減小，銅線的截面面積變大，這樣使得電機運轉時候的溫度降下來，功能損耗自然也就降低了。

3 結論

隨著科技的不斷發展，節能減排的思想已經深入人心，高耗能的電機終將被淘汰，只有不斷改進技術，不斷使用新材料，才能將電機的耗能降下來，將能源的浪費降到最低。面對激烈的市場競爭，我們不能再打能源戰，而是應該盡可能地將能源利用率提高起來，用有限的資源創造出無限財富，從電機的設計開始，每一個環節都要經過重重技術考量，在生產過程中也要盡量使用節能材料，保證電機的低消耗、高效率。

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