三相异步电动机的节能分析

2017-11-04申毅恒

中国设备工程 2017年20期

关键词：三相电动机损耗

申毅恒

（柳州铁道职业技术学院，广西柳州 545616）

三相异步电动机的节能分析

申毅恒

（柳州铁道职业技术学院，广西柳州 545616）

本文从4个方面阐述了三相异步电动机在节能方面所遇到的问题，进而提出了相应的解决方法，包括电动机的变频调速、提高电动机的效率、使用电机智能节电器进行节能三个大的方面。结合具体情况，选择恰当方式，才能在提高电动机运行效率和节能方面事半功倍。

三相异步电动机；电动机效率；节能

三相异步电动机在我们的生产生活中有着重要的地位，它占我国电能消耗的60%以上，但是，我国电动机的平均运行效率低于60%，需要改进，所以研究三相异步电动机的节能方面有着重要的意义，能够极大地提高工作效率和节约资源，带来可观的经济效益。

1 电动机在节能方面遇到的问题

1.1 电机的负载效率低

不同的负载情况应该选择不同的电动机，与负载不相匹配的电动机会使电动机的运行效率过低。

1.2 所使用电机的型号过旧

生产于20世纪七八十年代的派生电机（如J2、JO2系列），占装机容量的15%～20%。这些电机在现在看来有体积大、效率低、启动效能插等缺点，因为这类电机采用的是E级绝缘。有的企业还在使用这类本应该被淘汰的电机。

1.3 负载调节与转速控制不恰当

调速方法多种多样，应该选择与负载性质、大小相匹配的调速方法，以免增大调速过程中的损耗。在调节方面，可以使用挡板或阀门来调节风机的风量与水泵的流量。然而，现在的电气调速使用的没有那么普遍，很多设备用的还是机械调速法。另外，不恰当的转速也会增加损耗。

1.4 电机电源电压过低或不对称

这也是电动机损耗增大的一个重要原因，而电动机的三相电压不对称是三相四线制低压供电系统单相负荷的不平衡造成的。电动机的电压过低也会造成电动机的损耗，并且电压的不对称度越大，电压越低，电动机的损耗也就越大。

2 电动机的节能措施

2.1 变频调速节能

在传统的控制方式中是采用阀门来控制,由于阀门开大开小几乎不改变电动机的输出功率，所以它的能量有效利用不高，而且增加了损耗。即使方法能够满足生产的要求也是不值得推荐的控制方法。当通过变频控制进行调速时,电动机的输出功率能随流量的大小发生改变，实现了电动机的节能。综上，三相异步电动机的最佳调速方案为变频调速,此方案的节能效果十分显著。以水泵为例，水泵的水压H和流量Q特性图如图1所示。

图1 水泵H一Q特性图

图1 中，n1为水泵在额定转速运行时的特性，R1为水泵管路阻力最小时的阻力特性；n2为水泵在降速运行在n2转速时的特性；R2为水泵管路阻力增大到某一数值时的阻力特性。

对比可知变频调速使功率大幅度下降，节能效果明显，经济效益也十分可观。

2.2 在最节能状态运行

节能首先是要选择效率高的三相异步电动机，对于已经选好的电动机则要根据电动机的电源电压、载荷等方面实现节能。下面介绍两种方法使电动机在效率较高的状态下运行。

（1）要使电动机的运行效率达到最高，电动机的可变损耗Pb与不变损耗P0要相等。

由以下公式验证：

可知电动机运行效率的最大值为：

电动机在运行效率最大时的输出功率为：

（2）在最节能状态下运行。在电动机轻载运行的情况下，降压能够相应地提高电动机的功率和效率。当电动机的负载率为p时,其最优电源电压U为:

式中：K为系数（2极时为 0．15；4极时为0．25；6 极以上为 0．3)。

2.3 用电机智能节电器进行节能分析

电机智能节电器采用的是最新的集成电路芯片控制技术，能够实现高效节电却不改变电机的转速，设备的正常工作也不会受到影响。它是通过不断地检测电机的工作状态，来改变输入的电压。

电机智能节电器的2个可控硅的连接方式为反并联,电机智能节电器通过控制可控硅的通断来准确供给电机实时所需的最适用电压，如图2所示。

图2 扭力示意图

2.4 降低杂散损耗的措施

电动机的加工工艺、设计参数、装配质量都会影响杂散损耗的大小。其中，电机的设计参数有槽配合的选择及绕组形式等。加工工艺包括压装及转子铸铝工艺等。合理选择参数可以使电机的杂散损耗降低。

表面损耗与定、转子槽数的关系为：

其中：Pb为表面损耗率；m为定、转子槽数。

由上可知，槽数越多，表面损耗越少。在0．75kW，2P电机进行了不同槽数的对比试验，数据如表1所示。

定、转子齿部脉振损耗与槽配合的关系曲线示意图如图3所示。

表1 不同槽数时的杂散损耗对比数据

图3 脉振损耗与槽配合的关系曲线示意图

由图3可知，若想定、转子齿部脉振损耗最小，定、转子槽数必须相等。

3 结语

我国比较前沿的技术中就包括三相异步电动机的节能控制技术,要实现三相异步电动机节能跟经济效应的齐头并进。因此,在今后的发展过程中,要更加注重电动机的节能，必须从多方面进行考虑电动机的节能运行。为了使节能措施更有效率，我们要结合具体情况，联系实际，具体问题采用相应地方法具体解决，才能在提高电动机运行效率和节能方面事半功倍。