三相异步电动机节能技术简述及展望

钱忆钊

摘要：异步电动机是各类电动机应用范围最为广泛的一种。三相异步电动机节能技术也受到普遍关注。本文重述了三相异步电动机异步电动机工作特性及电动机节能的目的和意义，例举了目前较为主流的异步电动机节能技术。最后本文从当前该技术的研究动向对该技术的发展前景进行了展望。

关键词：三相异步电机；节能；变频；轻载；降压启动

1.概述

交流异步电动机因其结构简单、价低耐用、适用性好成为各类电动机中应用范围最为广泛的一种。但其年耗电能约为全网电能的六成以上。因此，异步电动机的节能技术一直受到业界的广泛关注。三相异步电动机电动机作为异步电动机的主要分支，尽管三相异步电机节能技术目前仍存在如，电机负载率低，“大马拉小车”；电机相电压不对称，电压偏低；负荷的调节与转速的控制性不佳的缺陷，但电动机节能控制技术仍有着相当大的价值。

三相异步电动机的是借助旋转磁场和转子绕组内所产生的感应电流的相互作用，通过电磁转矩实现拖动。因其是有380V三相交流电源驱动，且其转子转速慢于旋转磁场，故称之三相异步电动机。但三相异步电动机工作能耗大，功率因数滞后，尤其是轻载时工作效率低。

2.三相异步电机节能技术分析

2.1轻载调压节能

实验数据表明，电机在满载下其工作效率η约为0.8-0.9，但当负荷下降，负载系数下降时，其效率和功率因素也随之下降，如图1所示。仔细分析三相异步电动机的节能原理，不难发现：电机的功效是指其输出功效和输入功效之比，其与电压有着密切联系。从电能损耗的角度来看，主要来自于定子和转子铁芯中产生的电流发生的损耗——铁损，而非铜耗。因此，多数节能方法都是从在负荷下降时，通过适当降低电源的电压的方法以降低铁损的思路来完成节能。负荷节能主要着眼点存在于轻载时如何降低电机的总能耗，减少 总的输出功效以及在任何负载下如何找到输出功效的最佳点。分析得知，当电压下降时，电流也随之下降，铁损降低的同时铜耗也随之下降。电机选用时，设计者往往偏好容量偏大的电动机的，使得多数异步电动机的运行点位偏离额定值，或者电动机多数处于而空载和轻载运行，重载运行时间短，造成电机的效率和功率因数较低。此时通过降低输入电机定子的电压，减少来提高电机效率。电压降低后，主磁通随之成正比下降，定子电流中的励磁分量也下降。此时选用△/Y接法进行自动切换，即低、空载是选用降压启动——星形接法，正常运行是选用△接法。如切换频率较高时，可选用△/Y自动切换。在△转Y接法后，相电压降至原先的[13]，电动机的额定功率 则变为原先的三分之一。即负载系数为分别为0.33（△接法）和1（Y接法），功率因数得到明显提升。此法转换简单、耗能少，但囿于变值电压的确定性，无法适合多种负载的需求，且存在着功率因数设定、电压和电流有效值检测困难、易受强电磁干扰，三相易不平衡等问题。

理想的节能方法应该是系统根据负载的大小自动调整电源电压，使电机在各种负载工况下都能以最佳效率和高功率因数状态运行。此时，只需要合理的测定电动机负载系数β，就可以使电机处于最佳运行状态。负载系数β可以通过转差率法测（测出运行时的电压U和转速S就可以得到负载系数）、空载电流法（测出电机在额定电压时的空载电流I0，运行时的定子电压U1和电流I1）、功率法（测出额定效率ηn，定子电压U1，电流I1和功率因数cosψ1）。研究表明，借助固化在微处理器上可编程软件，通过控制可控硅的导通角，对电机负载实时检测、跟踪，瞬时完成工作电压与电流匹配，降低铜、铁的损耗，自动调压节能，并能完成电机的软起动，过载、短路、缺相保护功能完备，运用前景广泛。

2.2变频调速节能

变频调速是电机节能的主要发展方向，其功率因数很高，无功损耗少，节能效果显著且具有良好的适用性和极高的安全可靠性。变频器的矢量控制形态使异步电动获得与直流电动机相似的调速控制性和良好的硬机械特性。通过由整流器、平波电抗器或滤波电容器、逆变器及控制电路组成的变频器将AC——DC——AC输入到电机。根据n=60f（1-s）/p（式中n、f、s、p 分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数），通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。电机在非满负荷运行状态下，多余的力矩会消耗有功功率，造成浪费，此时只要通过变频器降低电机的运行速度，便能在恒压实现节电。从P2/P1=（N2/N1）3（当变速前的电机转速和功率分别用N1，N2和P1，P2表示）可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。此外在保证输出力矩的情况下，变频器能自动调节V/F曲线，减少输入电流，实现节能。达到节能状态。变频器自带的软启动功能还能减少启动电流对电网的冲击，降低了启动惯性对设备的惯性冲击节能的同时也延长了设备的使用寿命。变频调速设备复杂，投入大是限制变频调速系统不能大规模推广的的最大障碍。

4结束语

综上，三相异步电动机因其在现代生产制造领域的广泛运用，其节能技术对促进经济增长和节能减排有着重要意义。当前降压节能技术、变频器节能技术、智能节电器技术相对成熟，展望未来的三相异步电动机电动机节能技术还是要从负荷节能上做文章。还需要技术 人员不断探索，开发出更好的三相异步电动机节能技术为经济发展服务。

参考文献：

[1]袁天祥.电动机及其系统的节能技术.化学工业出版社.1991.

[2]钟伟强.变频调速电机节能分析.研究与探讨.2010.