低效率电动机节能分析

张焕祥 叶雅锋 胡嗣炯

（轻工业杭州机电设计研究院，杭州 310004）

低效率电动机节能分析

张焕祥 叶雅锋 胡嗣炯

（轻工业杭州机电设计研究院，杭州 310004）

三相交流异步电动机的效率越高，其转差率越小。也即在额定频率与电压下，相同负载的转速越高。对于某些功率与转速成正比，甚至成高次方比的负载来说，也就意味着电动机的输出功率的提高。反过来说，低效率电动机因其转差率的增大而使负载转速下降，就可使电动机的输出功率减少，从而达到节电目的。

电动机；功率；效率；转差率；转速；节电效果

众所周知，电动机的效率高低决定了电动机自身损耗的多少，也即产生了节电的效果。但是，在某些特定情况或条件下，低效率电动机也会产生节电效果。

1 电机节能就是减少输入功率

电动机的核心价值是将电能转化为机械能，在转化过程中支付的代价就是电动机的自身损耗。电动机的效率越高，其自身的损耗就越低。

电动机的输入功率为输出功率与自身损耗之和。降低电动机的损耗自然减少了电动机的输入功率，但未必取得节能效果。因为在某种场合下，电动机输出功率提升程度有可能超过损耗的降低，就达不到减少输入功率的目的。

电动机的负载分3种，一种是恒功率负载，一种是恒转矩负载，还有一种就是风机、水泵类负载。这后一种负载的机械特性是转矩与转速的2次方成正比，功率与转速的 3次方成正比（见图1）。也就是说，在额定电压、额定频率情况下只要能够降低负载的转速，即使多付出了一些电机损耗的代价，也有可能获得系统的节能效果。

图1 不同负载的机械特性曲线

2 电动机效率与转差率的关系

三相交流异步电动机的工作特性曲线（见图1）是一条描述在额定电压、额定频率条件下电动机工作状态的特性曲线。A点表征电动机的空载转速, 也即电动机的同步转速 n0；B点表征电动机的最大转矩Mmax；C点表征电动机的起动转矩。 因为转差率所以电动机的转差率s正比tanα，即A-B直线与纵轴夹角α越大，表示转差率s越大[1]。

图2 三相交流异步电动机的工作特性曲线

同时，电动机的效率

即转差率s越大，电动机的效率 越低。反过来说，电动机的效率 越低，转差率 s越大，对应的负载运行转速n也就越低。

由此可见，负载转速降低，电动机的输出功率也就有所减少。虽然电动机对应的效率有所降低，但对应的输入功率却同时有所下降，也就达到了节能目的[2]。

3 低效率电动机节能实例分析

电锭电动机属纺织专用电动机（见图3），年运行时间超过 7000h，利用率较高。所以电机效率的高低对于节能效益影响较大。行业标准FZ/T 99001《FYD型与FYDZ型电锭电动机》规定的额定功率为160W，额定效率为77%[3]。

图3 FYD型电锭电动机

目前国内化纤企业普遍使用的几款“节能”电锭电动机的功率都是 140W，效率低于 74%（甚至70%）。由于这几款电锭电动机“重量轻，体积小”，制造成本低，售价低，加上所谓现场“实际应用”对比测试，似乎比起正规的 FYD型电锭电动机来“节能”可达25%～30%以上，所以深受用户青睐[4]。

图4 不同功率、效率电动机的工作特性曲线

事实上，这种电锭电动机的负载是离心罐，电动机的输出功率与离心罐转速的 2.7次方成正比。对于这类风机、水泵类特征的负载，转速受电动机效率影响很大：电动机效率越低，损耗越大，输出转速越慢，输出功率就越少（见图4）。从表面上看，电动机的输入功率是减少了，但其实这是以牺牲电动机的出力为代价的。因为低效率电动机的自身损耗的增大才是真正的浪费。

从一般意义上说，电动机输出功率的降低，必然影响到产能的下降。但是，电锭电动机的特点是转速的下降，只影响到丝束的捻度而不会影响丝饼的产量。这给人造成的错觉是，电锭电动机节能了，产出却没有减少，是十分有效的节能措施。但事实上，离心罐转速下降过多，不仅是丝束捻度降低，还会造成操作工人“倒丝”困难，致使废丝（即间接损耗）增加，由此可见，低效率电锭电动机之所以给人有惊人的“节能”效果，就是因为纺丝工艺上对于离心罐的转速下降没有限制，也就是电锭电动机的输出功率是可以随之减少的。当在相同电压、相同频率、相同离心罐形状尺寸的工况下，低效率电锭电动机因其自身损耗大反而使其运行转速减少，取得了表面上的“节能”效果。这在节能产品的价值评估上是有违公平原则的[5]。

4 结论

所以说，“低效率电动机也可以节能”其实是个伪命题。要实现电动机的真正意义上的节能，就要选用高效率电动机，其效率至少要达到 GB 18613-2006《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》[6]的规定。在上例中，为了保持离心罐的实际转速不变，可以通过变频器对电源电压与频率进行调节，降低电锭电动机的运行转速。这样既可以满足纺丝工艺的捻度要求，又使电锭电动机自身的损耗维持最低。选用符合 FZ/T 99001-91标准的高效电锭电动机，才能真正取得最具效果的绿色节能。

[1] 浙江大学电机教研室编著.王毓东主编.电机学[M].杭州:浙江大学出版社,1990:497-509.

[2] 浙江大学电机教研组编著.王毓东主编.电机学[M].杭州:浙江大学出版社,1990:487-497.

[3] 纺织工业部.FZ/T 99001-91FYD型和FYDZ型电锭电动机[S].北京:1991.

[4] 何小亢,孙国宾.GD型高效节能离心纺丝电锭[J].人造纤维, 2004(6):8-10.

[5] 中国电器工业协会.GB/T 20137-2006三相笼型异步电动机损耗和效率的确定方法[S].北京:2006.

[6] 国家发展与改革委员会.GB 18613-2006中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值[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

张焕祥（1963-），男，汉族，浙江杭州人，高级工程师，主要从事轻工机械的设计研究工作。