单相电动机合理选型和使用的节能研究

董有利，　王会永，　郑海鹏，　李向男，　尤振环

1.黄岛出入境检验检疫局　山东青岛　266555 2.山东出入境检验检疫局 工业品中心　山东青岛　266002



单相电动机合理选型和使用的节能研究

董有利1，王会永2，郑海鹏2，李向男2，尤振环1

1.黄岛出入境检验检疫局山东青岛266555 2.山东出入境检验检疫局 工业品中心山东青岛266002

单相电动机选型和使用的节能研究，可以使电动机及其设备处于最佳的工作状态，既延长使用寿命，又大幅降低能耗。

单相电动机； 选择； 应用； 节能

单相电动机选型和使用一般都是按照预定设计的负载来进行的，在选择电动机种类和容量时，往往会忽略能耗问题。选择不恰当会使设备偏离它的最佳效率工作区间。单相电动机容量如果选择过大，会造成电动机在实际使用过程中经常处于轻载或空载的状态，存在着巨大的能源浪费现象[1]。因此，开展单相电动机合理选型和使用的节能研究，探索单相电动机的节能措施，不但可以提高设备运行效率，还可以节约能源，为生产生活节省大量的费用。

1　单相电动机的分类、性能特性及应用

单相电动机根据应用类别的差异，一般可分为分相式电动机、电容起动式电动机、永久分相式电容电动机、罩极式电动机、直流微型电动机和交直流电动机等类型。

1.1分相式电动机

分相式电动机有一个鼠笼式转子和主、副两个定子绕组，能产生一个环绕定子旋转的磁通，使转子导体感应一个较大的电流，进而产生起动转矩。此类电动机广泛应用于电冰箱、洗衣机、空调等家用电器中。

1.2电容起动式电动机

电容起动式电动机能产生较大的起动转矩，使转子起动运转。这种电动机结构简单、起动快速、转速稳定，被广泛应用在电风扇、排风扇、抽油烟机等家用电器中。

1.3永久分相式电容电动机

永久分相式电容电动机的起动转矩较小，因此很适合在排风机、抽风机等要求起动力矩小的电器设备中应用。

1.4罩极式电动机

罩极式电动机的结构简单，其电气性能略差于其它单相电动机，因制作成本低、运行噪声小，以及对其它电器设备干扰小等特点，被广泛应用在电风扇、电吹风、吸尘器等小型家用电器中。

1.5直流微型电动机

直流微型电动机根据定子绕组和转子绕组之间的串接形式不同，又可分为并激、串激、复激等几种类别，该类电动机在录音机、随身听、录像机、打印机、传真机等电器中广泛应用。

1.6交直流两用电动机

交直流两用电动机在交流或直流供电下，其转速高达20000r/min，同时输出起动力矩也大，所以交直流两用电动机尽管电动机体积小，但由于具有转速高、输出功率大等特点，在洗衣机、吸尘器、排风扇等家用电器中得到了应用。

综上所述，由于单相电动机的种种特点及应用的场合不同，需要根据实际情况采购不同类型的电动机，以满足使用的需要，这样，既可提高设备运行效率，又可节约能源。

2　单相电动机的使用分析

选取三种典型应用情况，通过实验得到各类型单相电动机在特定负载情况下的工作效率，以便选择和使用合适的电动机。

2.1风扇

风扇驱动方式有直接驱动和配履带驱动两种。对于直接驱动的风扇，选取罩极式电动机与电阻起动式电动机；对于履带驱动的风扇，选取电容起动式电动机与双值电容电动机，测量设备的效率。

如图1所示，电动机在四种工作状态下驱动风扇工作时，其工作效率随转速升高而提高，转速较低时，效率提高较慢，转速升高后，工作效率提高较快，在850r/min时，工作效率达到最大值，相关数据见表1。

图1　四种电动机驱动风扇的工作效率随转速变化曲线

驱动方式电动机类型功率/W转速/(r·min-1)起动转矩工作效率直接驱动罩极式电动机37～184850低48%电阻起动式电动机37～368850低62%履带驱动电容起动式电动机92～550850中等66%双值电容电动机92～550850中等81%

由表1中的工作效率实验数据可知，直接驱动风扇时，两种电动机的起动转矩都较低，罩极电动机的工作效率较低，为48%，电阻起动电动机的效率稍高，为62%。

对履带驱动的风扇，实验选取了电容起动式电动机与双值电容电动机，两者具有中等的起动转矩，工作效率分别为66%与81%。

由此可以看出，风扇负载需要中低起动转矩，分析各自工作效率，电阻起动式电动机更适合直接驱动的风扇，双值电容电动机更适合履带驱动的风扇。

2.2泵

泵的工作方式有离心式和容积式两种，分别选取电容起动式电动机和双值电容电动机进行实验，测量设备的效率。

如图2所示，电动机在四种工作状态下驱动泵工作时，其工作效率随转速升高而提高，转速较低时，效率提高较慢，转速升高后，工作效率提高较快，在3450r/min时，工作效率达到最大值，相关数据见表2。

图2　两种电动机驱动泵的工作效率随转速变化曲线

工作方式电动机类型功率/W转速/(r·min-1)起动转矩工作效率离心式电容起动式电动机92～7353450高63%双值电容电动机92～7353450高84%容积式电容起动式电动机92～7353450高68%双值电容电动机92～7353450高83%

由表2中的工作效率实验数据可知，电动机驱动离心泵时，电容起动式电动机的工作效率中等，为63%；双值电容电动机的效率较高，为84%，两者的起动转矩都较高。

对于容积泵，实验同样分别选取电容起动式电动机与双值电容电动机，两者具有较高的起动转矩，工作效率分别为66%与81%。

由此可见，泵在工作时需要电动机提供较高的起动转矩，双值电容电动机工作效率较高，更适合驱动离心泵和容积泵。

2.3压缩机

压缩机有空气压缩机和制冷压缩机两种，分别选取电容起动式电动机和双值电容电动机进行实验，测量设备的效率。

图3　四种电动机驱动压缩机时工作效率随转速变化曲线

如图3所示，电动机在四种工作状态下驱动压缩机工作时，其工作效率随转速升高而提高，转速较低时，效率提高较慢，转速升高后，工作效率提高较快，在3450r/min时，工作效率达到最大值，相关数据见表3。

表3　压缩机为负载时电动机工作效率实验测量数据

由表3中的工作效率实验数据可知，电动机驱动空气压缩机时，电容起动式电动机的工作效率中等，为60%，双值电容电动机的效率较低，为50%，两者的起动转矩都较高。

对于制冷压缩机，实验选取了电容起动式电动机与双值电容电动机，两者具有较高的起动转矩，工作效率分别为67%与85%。

由此可见，压缩机在工作时需要电动机提供较高的起动转矩，分析各自工作效率，电容起动式电动机更适合驱动空气压缩机，双值电容电动机更适合驱动制冷压缩机。

3　单相电动机使用的影响因素及节能原则

3.1单相电动机使用的影响因素

3.1.1短时或周期断续工作制运行

涉及开罐器、真空吸尘器、手持式工具、混和器、搅拌机、电动剃须刀等的应用都属于此范畴。由于这些应用都是短时运行，即使电动机或系统效率大幅度提高，对于整个能量消耗来说，也可以忽略不计。

3.1.2电动机转速

尽管2极电动机通常都具有较高的效率，但是由于被驱动设备需要齿轮或皮带减速，所以系统效率可能比4、6、8极电动机的效率更低，因为使用这些电动机不需要减速。

3.1.3负载

要尽量避免“大马拉小车”、轻载甚至空载运行的情况，因为这会导致电动机的功率因数降低，增大耗用无功的比例，增加能量的损耗[2]。所以，电动机的容量需要根据负载的情况进行选择，使之与机械负载功率相匹配。提高负载率是提高电动机能量利用率的主要方式，表4是某型号电动机负载率与功率因数的关系。

表4　电动机负载率与功率因数的关系

由表4可知，电动机的功率因数随着负载率的提高而提高，如果能够合理选择电动机的容量，就能提高其功率因数，自然能达到节约电能的目的。

3.2单相电动机合理选型和使用的节能原则

在选择单相电动机驱动设备时，必定要考虑整个电机系统的效率[3]。综合前面几节的研究结果，总结出如下单相电动机选择和使用的节能原则。

(1) 短时或周期断续工作制运行的电动机，其选择和使用对于整个能量消耗的影响很小，可以不考虑。

(2) 尽量匹配被驱动设备与电动机的转速，若需使用减速或传动装置，建议大转矩工况优先使用齿轮传动方式，小转矩工况优先使用皮带传动方式。

(3) 分析负载特性，根据负载的情况选择电动机的容量，使之与机械负载功率相匹配。

(4) 结合各类型单相电动机自身性能特性，进行电动机类型选择。

(5) 选择额定功率满足最大负载率的电动机。

(6) 充分考虑极数对能耗的影响，选择极数合适的电动机。

4　结论

通过研究单相电动机特点、负载特性、使用的影响因素，提出了单相电动机合理选型和使用的节能原则，该原则是在生产过程中推动节能的有效措施，可以大幅降低设备的能耗，具有十分重要的现实意义。

[1] 潘知意，陈名利.异步电机的节能使用[J].大众科技，2013，15(1)： 63-64.

[2] 秦和.电动机能效水平与节能[J].电世界，2003(2)： 11-13.

[3] 陈伟华，秀英，姚鹏.电机及其系统节能技术发展综述[J].电气技术，2008(9)： 13-22.

Energy-saving research for single-phase motor lectotype and application can make motors and their equipment in top working condition, while extending their service life and reducing energy consumption significantly .

Single-phase Motor； Selection； Application； Energy-saving

2015年11月

董有利(1981—)，男，硕士研究生，工程师，主要从事机电产品检验监管工作，

E-mail： dongyouli@163.com

TM32

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1674-540X(2016)01-014-04