关于电机节能运行问题的探讨

张廷海

（江苏井神盐化股份有限公司，江苏 淮安 223200）

关于电机节能运行问题的探讨

张廷海

（江苏井神盐化股份有限公司，江苏 淮安 223200）

文章首先介绍了电动机的几种启动运行方式特点，但由于各种设备上的电动机运行时“大马拉小车”现象十分普遍，造成了电能的极大浪费，最后从电机的节能运行着手，着重阐述了磁力耦合器与变频器在电机运行使节能使用优缺点比较。

启动运行方式；变频器；磁力耦合器

从电动机的诞生到现在，使用在各种设备上的电动机“大马拉小车”现象十分普遍，所以电能的浪费十分严重，产生这种现象原因大致有以下几种：（1）设备上配置的电动机容量大：因设备配置电动机容量均按最大负载考虑，正常工作时，电动机带动负载比较小，只是在偶然才带动大负载进行工作。（2）长时间轻载运行：很多生产设备大半的时间都在准备、备料、等待，负载很轻，经常开、停机损伤设备或不方便停机，有的设备不能停机，只有很少的时间才重载工作。（3）长时间无规律变负载运行：工作在公用场所或商业场所以及其它企业场所的设备(如扶梯、空调及制冷设备等)。（4）长时间有规律的动态负载运行：有些电动机经常在空载或轻载与重负载之间进行有规律变化的运转。针对上述情况，电机的启动运行方式就显得尤为重要。

1 电机启动运行方式

1.1 全压直接起动运行

全压起动是最常用的起动方式，也称为直接起动。它是将电动机的定子绕组直接接入电源，在额定电压下起动，具有起动转矩大、起动时间短的特点，也是最简单、最可靠的起动方式，但启动电流约为额定电流6～8倍，加速电机老化；同时全压启动容易导致如齿轮、皮带、链条等传动机构失效。另外容易引起较大的线路压降，影响到其它的用户，不具有节能效果，仅适用于功率较小的电机启动。

1.2 星三角起动运行

对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说，如果在起动时将定子绕组接成星形，起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3。如果直接起动时的起动电流以6～7ie计，则在星三角起动时，起动电流才2～2.3倍。起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3。待起动完毕后再接成三角形，就可以降低起动电流，减轻它对电网的冲击。这样的起动方式称为星三角减压起动。

采用星三角起动，在星三角切换时会产生尖峰电流，对设备有冲击。适用于无载或者轻载起动的场合。不具有节能效果，但与其它减压起动器相比较，其结构最简单，价格也最便宜。

1.3 自耦变压器降压启动

自耦变压器降压启动是指电动机启动时，利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压。待电动机启动后，再使电动机与自耦变压器脱离，从而在全压下正常运动。采用自耦变压器降压起动时，与直接起动相比较，起动电压降低得很多（为额定电压的 1/4～1/7），而起动转矩降低得更多；且自耦变压器不允许频繁起动，因而限制了它的广泛使用。

1.4 软启动

软起动器是一种集电机软起、软停、多种保护功能于一体的电机控制装置。软起动器在应用时串接于电源与被控电机之间，起动时通过控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，电压由零慢慢提升到额定电压，这样在启动过程中的启动电流，就由过去过载冲击电流不可控制变成为可控制。可根据需要调节启动电流的大小。电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。待电机达到额定转速时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命。软起动器自动化程度相对较高，由于起动性能较好，是一种推广非常快的启动方式，但不具备节能特点。

1.5 变频启动

变频器亦叫电动机变频调速器.是一种静止的频率变换器. 它把电力配电网 50hz 恒定频率的交流电，变为可调频率的交流电. 供普通的交流异步电动机作电源用，在必要时进行调节，其最主要的特点是具有高效率的驱动性能和良好的控制特性，应用变频器不仅可以根据需要进行调速，还可节约大量电能。

1.6 磁力耦合器启动

磁力耦合调速驱动是通过导磁体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的扭矩传输。该技术实现了电动机和负载侧没有机械联接。其工作原理是一端稀有金属氧化物硼铁钕永磁体和另一端感应磁场相互作用产生扭矩，通过调节永磁体和导磁体之间的气隙就可以控制传递的扭矩，从而实现负载速度调节。

以上几种电机运行方式，可以根据不同的应用场合进行选择，但实际运行时能做到节能的只有变频运行和磁力耦合器运行。

2 运行节能比较

2.1 调速性能比较

变频器通过调节频率达到调速目的，磁力耦合器通过调节气隙长度达到调速目的，因变频器调节频率精度较高，（可达0.01Hz），所以更容易达到最佳效果。并且利用变频器提高输出频率,在不使用减速箱的情况下，可以使得机械运行在额定转速以上。还可以方便地控制多个传动点,使其同步或比例运行。所以变频控制的转速远远优于其它的调速方式。

2.2 稳定性比较

尽管变频器目前技术比较过关，但是作为一个高度复杂的电子设备而言，其运行中的故障确实存在不可预见性和不确定性。首先对环境的要求十分苛刻，专用房间要密封、防尘，夏季要有空调来保持设备正常运行所要求的温度。其次对供电电源有一定的要求，电子设备易受电磁干扰会造成变频器设备运行的不可靠。根据多数企业的使用情况调查，变频器在使用过程中，长期运行稳定性不太理想，它会因为突发故障而给用户带来措手不及的事故。

永磁耦合器具有机械结构简单，一旦安装完成投入使用，基本不受使用环境的干扰和影响，运行稳定可靠。由于采用永磁耦合器时，电机与负载之间的轴连接是非接触式的，因此，负载的震动不会传递到电机上；也正是由于轴连接是非接触式的，所以带来了两方面的好处，一是安装时“对中”要求低，允许较大的安装对中误差（5mm）。大大简化了安装调试过程。；二是在长期运行中不会产生因为直接的轴连接而带来的轴承、密封的损坏，保证设备的使用。根据其他企业的使用情况，永磁耦合器表现了优越的长期运行稳定性。而作为纯机械设备，其可能的运行故障是可预见的，不会因为突发故障而给用户带来措手不及的事故。

2.3 节能效果

当前，国内企业的风机和水泵所采用的调速方式大部分是变频调速。节电率可达到20%～60%，这是因为风机、水泵的耗用功率与转速的三次方成比例，当用户需要的平均流量较小时，风机、水泵的转速较低，其节能效果也是十分可观的。并且变频器作为自动化非常高的产品，可以将节能效果调节到最佳状态，优势也是非常明显的。

磁力耦合器的节能效果是非常好的，根据有关的实验表明，节能范围在25%～66%之间。在试验当中，耦合器的类型是非常多的，但是真正做到节能的耦合器当中，磁力耦合器是遥遥领先的。不过在磁力耦合器当中，根据不同的生产制作技术来，其节能的效果也是有差别的，好的可以达到50%以上。

2.4 经济性分析

永磁耦合器的初始投资与变频器的投资目前大致相同；.由于永磁耦合器基本上是免维护的，所以维护费用很少；并且永磁耦合器的平均无故障时间比变频器要长，基本不会因为突发故障而给用户带来措手不及的事故而造成经济损失。

3 结语

上述电机的几种启动运行方式中，直接启动运行、星三角启动运行、自耦变压器降压启动运行、软启动器软起运行在没有节能要求的场合都可以根据需要进行选择，但在有节能要求的的生产现场，可结合变频启动运行与磁力耦合器启动运行特点，变频器调速性能较好，但稳定性不及磁力耦合器，节能效果两者相当，可根据不同的需要，比选应用电机的运行控制方式。

[1]梁佰兴.浅论电机启动方式的选择[D].广东建,2010(10):32-33.

[2] 汪海.磁力耦合器与变频器应用方案比较[D].才智,2010(6):121-123.

[3] 许新军,李俊卿.浅论磁力耦合器调速[D].科技博览,2014(3):77-78.

Discussion on the Issue of Electrical Energy to Run

ZHANG Tinghai
(Jiangsu Jingshen Salt and Chemical Co.,Ltd., Huai'an 223200)

This paper first introduces the characteristics of several kinds of operation mode of the starting motor, but the motor is running on a variety of devices, " Large motor with small power output" phenomenon is w idespread, resulting in a great waste of energy, this articl e from the motor Energy-saving operation the started, focuses on the magnetic coupling and Frequency converter in the motor running make the energy used to compare the advantages anddisadvantages.

Up and Running the Way; Frequency Converter; Magnetic Coupler

张廷海（1969- ），男，江苏淮安人，工程师，江苏井神盐化股份有限公司规划发展部部长。