節能電機的發展現狀與電力拖動存在的問題分析

龔亮

摘? ?要：電力作為被廣泛應用的能源之一，在電氣設備種類多樣化的背景下，電力能源需求日益增加，按照電力生產具體情況，適當運用節能技術，可降低電機負載，實現節能。簡述各類節能電機的發展，從控制線路、同步電機兩方面闡述電力拖動問題，進而提出對應的解決策略。

關鍵詞：節能電機;電力拖動;控制線路;同步電動機

機電拖動系統主要由電動機、電源、控制設備以及工作機構組成，發電機為重要部件。同時，電力拖動常應用在電力生產、機械生產以及冶金等行業當中，為行業經濟發展使用的重要傳動方式。在電力拖動過程中，節能技術應用廣泛，因此，分析拖動工程中的節能技術具有現實意義。

1? ? 節能電機發展現狀

當前，我國機電產業在機電生產、使用等過程主要遵循GB 18613—2012和GB 30254—2013等標準，結合工業部頒發的《落后機電設備淘汰》目錄監察企業行為、管理過程，檢查機電生產相關信息，對難以達到節能標準以及限定值等的低效能電機進行停運。同時，核查相關企業機電設備使用情況，及時淘汰低效能的電機。2015年，國家頒發《中國制造2025》，其中重點指明加大力度研發綠色產品，淘汰落后的機電產品以及相關運營技術，同年，國家工信部聯合質檢局共同印發了《提升管機電效能計劃》，致力于實現機電節能量1.7億kW，淘汰1.6億kW的低效機電設備[1]。

當前，我國幾種節能的機電類型主要發展為YE4三相異步電機，在IEC60034-30修訂過程，將其劃分成兩個標準，其一為交流電機在線能效分級，其二為變速交流電機的能效分級。未來機電技術的發展方向為高效率電機，為持續完善GB18613—2012標準中的電機能效產品相關空白，完成國家制定的機電節能運行計劃，需要進一步研究IE4電機，保證高效電機滿足國內以及出口機電市場需求。制定設計IE4高效機電產品計劃，明確產品相關技術條件。如型號為H80～H355系列，級數分為2級、4級、6級和8級等，功率處于0.75～355.00 kW，平均效率可達95%，高于普通類型產品近6%。

高速三相同步電機（永磁類型）的發展，使用超高速同步永磁三相電動機，轉速為1 000～50 000 r/min，功率范圍在10～300 kW，逐漸向制造、測試超高速電機等技術方面發展，同時，還向微燃發電、機床電機以及高速儲能領域擴展。

高轉矩低速永磁類型電動機的發展。其中，高轉矩低速主要指傳動系統的額定轉矩高于500 N·m，低速主要指轉速小于500 r/min，此類型電動機可應用在球磨機當中，保證其安全、穩定運行，實現節能>10%。

在高性能的永磁類伺服電機發展過程中，主要將使用功率3～15 kW的電機應用于數控機床之中，將驅動系統應用在印刷、紡織和包裝類機械設備當中，并制定了相關電機的產品標準。

關于永磁類型同步伺服電機的發展，其應用在汽車領域較為廣泛，未來發展主要傾向于工業領域，進一步開發出相同系列的電機產品，此產品型號處于H80～H355，標準轉速3 000 r/min，可調速范圍在100～5 000 r/min，電機功率在0.55～315.00 kW。

促使節能電機、拖動設備等不斷發展，是當前節能環保產業面臨的重點問題之一，為保證電機節能效果，需要從機電設計、機電制造以及機電應用等角度，找出節能過程應用的關鍵技術，助力該行業的發展。

2? ? 電力拖動問題相關分析

2.1? 控制線路問題

在機電工程當中，電力拖動的控制線路產生故障的現象較為常見。通常而言，電路故障主要分為3種類型，其一為突發性故障;其二為漸變類型故障;其三為間接類型故障。突發性故障主要存在于電氣元件、電動機或者導線當中，當以上物體在使用過程中產生較多熱量時，就會散發出焦灼氣味，嚴重時還會導致冒煙或者出現火花等問題。故障產生的主要原因為線路長期超負荷運轉，或者線路中的部分電路絕緣層受損，亦或是線路出現短路問題。而漸變類型故障出現的主要原因為元件老化，或者線路接觸不良。間接類型故障原因有多種，在特殊情況下，此類型故障的檢修存在較高難度。

2.2? 同步電機問題

同步電機轉速相同時，才可產生恒定電磁轉矩，此電動機結構簡單，常見的調速問題為啟動、變頻等。當電動機處于正常狀態時，轉子轉速不變，定子、轉子磁場受到電磁作用，使旋轉磁場保持相對靜止的狀態，進而產生穩定的電磁轉矩。所以，電動機能夠在同步速度下帶動荷載穩定運行。電動機主要使用50 Hz的交流電源，啟動時可對其機械性能產生影響。當三相定子和對稱三相電源連接之后，定子N極磁場和轉子S極磁場互相接觸之后，受到異性磁極吸引，因為轉子慣性大，導致靜止狀態時轉子轉動困難。當保持循環狀態時，轉子只能原地擺動，導致電動啟動出現問題。此外，同步電動機的電源頻率、轉速等保持同步運行的狀態時，其轉速僅和電源的頻率相關，和負載無關，因此，只有使用變頻調速才可轉變其轉速[2]。

3? ? 解決電力拖動問題的具體方案

3.1? 控制線路問題的檢修

當電力拖動的控制線路存在故障時，需要對線路展開故障排查和檢修，排查過程需要使用多種方法，逐一測試，才可將故障位置精準確認。初步判斷故障的大致范圍，之后逐漸將范圍縮小，進行測量、排查等，最后定位故障，完成檢修流程。

在具體實踐過程中需要首先試驗線路，在確保故障范圍不會進一步蔓延以及不會對機械設備、元件等產生損傷等前提下，進行測試。為明確故障大致范圍，需要先對故障部分通電，之后仔細觀察機械設備、電氣元件等運行情況，通過拖動線路，測試程序異常與否，進而判斷出線路故障范圍。初步獲知故障范圍之后，工作人員可按照特定原理和邏輯展開相應的分析。按照電力拖動線路的控制原理，能夠準確觀察控制過程產生的異常動作，合理縮小故障范圍，此檢修方法適合應用在解決較為復雜的線路故障，同時，故障排查效果良好。控制電力拖動線路時，需要使用測量工具輔助進行，確保測量結果精準。測量環節要按照需求選擇通電、斷電等，常使用電阻測量以及電壓測量兩種故障測量方式。定位故障點時，需要展開多點測量，保證測量過程規范進行，防止產生重復測量問題。對關鍵的連接點進行編號，促使測量過程有序進行。

例如，使用電壓法測量時，可選擇萬用表進行輔助測量，使用前先調節，將表開關置于特定電壓上水平放置，之后檢查表針是否位于零點位置，若出現偏離現象，可輕輕調節旋鈕，避免用力過度對萬用表造成影響。調節之后，可按要求將表筆向插孔內插入，之后將開關設置在對應量程上，并置于500 V檔位，保證測量結果精準，按照測量編號展開逐一測量，進一步排查故障。在測量過程中，需要保證測量體處于帶電狀態，因此，應保證測量人員安全。此方法測量電力拖動的控制線路故障速度快、方法簡單、準確度高，但是也存在相應的危險性，因此，在定位故障點時可結合實際要求，適當選擇電阻方法進行測量。此方法同樣需要萬用表，對比電壓法，其需要將萬用表開關調至電阻檔位上，按照測量體合理選擇電阻檔位、編號，測量電阻值，分析數據，找到故障所在[3]。

3.2? 解決同步電機啟動和調速問題

3.2.1? 直接啟動

電力系統主要通過負載變壓器、異步電動機等實現運行，電網需要負載無功功率，導致線路損耗，此時同步電動機的啟動為關鍵問題。為保證電動機啟動過程的穩定性，可使用節能方案。使用異步電動機，保持級數和同步電動機之間相同，對其進行牽引。如果同步電動機啟動時，其轉子沒有加入勵磁，此時可利用輔助電動機將其牽引到同步轉速，之后，將勵磁電流直接通入到電動機勵磁繞組當中，通過整步轉矩將電動機接入到電網當中。當定子和轉子達到同步運行狀態時，輔助電動機任務完成。此時，為降低電能損耗，需要將輔助電動機停運。其啟動過程，主要使用空載、同步調節等方式，操作流程復雜，使用設備較多。

異步啟動主要是在電動機上安裝異步繞組方式完成，節能措施為先通電定子，利用啟動繞組產生異步轉矩，完成電動機啟動，當二者轉速趨近同步時，將勵磁電流通入其中，保證電動機、電磁轉矩二者同步運行。而異步電動機主要通過安裝繞組實現啟動，因此，需要設備少、便于操作。在此期間，需要控制異步啟動勵磁繞組不處于開路狀態，由于此狀態下，勵磁繞組的匝數較多，可能致使定子感應電壓不斷升高，降低其絕緣性能，發生安全事故。與此同時，使用此方法啟動，不可直接將繞組短路，防止其單向電流變大，處于旋轉磁場作用下，導致附加轉矩不斷增加。對于此現象，可分析異步啟動轉矩的特點，使用阻值為勵磁電阻10倍大的啟動電阻，連接轉子繞組，以減小繞組產生的感應電流，從而降低單抽轉矩、影響電動機的啟動。

3.2.2? 變頻調速

同步電動機轉速、供電頻率二者同步時，可保持穩定狀態，電動機轉速和電源頻率相關，和負載無關，因此，變頻調速是轉變其轉速的唯一方式。變頻調速的節能方案為自控系統、他控系統兩種方式。其中，自控調速節能方案在變頻調速過程，可消除轉子振蕩、失步等過程的安全問題，在系統當中安裝電動機軸端檢測器，利用其信號發出電力頻率、導通順序等，保持定子、轉子二者轉速同步，消除設備運轉時的負載沖擊。可使用交-交、交-直-交等變頻裝置，在該系統中，使用電力逆變器、轉子檢測器等代替傳統的接觸換向器，實現變頻調速過程的節能[4]。

使用他控系統實現變頻調速，其節能方案為，選擇交-直-交類型變頻器作為調速系統主要裝置，對比于自控系統，其結構簡單，只含有1臺變頻器。所以，操作簡單，但是變頻效率較低。變頻器可作為啟動裝置，保證同步電動機平穩啟動，可將其應用在多個電動機同時調速的過程中。此外，此調速方式可能存在轉子失步、振蕩等問題，導致安全性能較差，因此，實際應用較少。

4? ? 結語

隨著電機的發展，電氣設備種類逐漸多樣化，使用電力拖動方式控制電機轉定，便于控制，電機運行效率高，同時，對于環境產生的污染較小。由于具備以上優勢，該方法被廣泛應用。在此過程中，應用合理的節能措施，可解決常見的電力拖動問題，降低能源消耗，對于行業的持續發展意義明顯。對此，相關部門以及行業技術人員應了解當前節能電機的實際發展現狀，找出電力拖動的常見問題，并采取合理的應對措施。

[參考文獻]

[1]晏 勛，肖 磊，鄭達標.節能電機的發展現狀與電力拖動存在的問題分析[J].建設機械技術與管理，2019（1）：73-77.

[2]王 罡.分析變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2019（18）：209，213.

[3]屈心儀.電力拖動系統的自動控制與安全保護[J].決策探索，2019（8）：63.

[4]張 倩.變頻節能技術在電力機電設備中應用分析[J].南方農機，2019（7）：198-199.