电机节能降耗技术和方法探讨

胥立庆

摘  要：由于技术力量较落后，管理不到位、节能意识不强等问题，我国诸多企业存在着电机耗电量巨大，效率不高的情况。那么，如何提高电机的利用率，降低能耗是我们今天将要重点讨论的问题。

关键词：电机;节能降耗;技术;效率;耗电量

中图分类号：TM343        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）23-0147-02

Abstract： Due to the backwardness of technical force， inadequate management， weak awareness of energy saving and other problems， many enterprises in China have huge motor power consumption and low efficiency. So， how to improve the utilization rate of the motor and reduce the energy consumption is the problem that we will focus on today.

Keywords： motor; energy saving and consumption reduction; technology; efficiency; power consumption

1 電机特性曲线分析

1.1 电流-效率特性曲线

电机的电流-效率特性曲线是展现两个变量之间的关系。通过对比几组数据我们发现：不同型号的电机在限定状态下的效率值不同，效率的最大值也不同，利用公式我们可得出：

η=P2/P1=1-∑P/P1

其中η代表效率;P2为输出功率;P1为输入功率;∑P为电机总损耗，下图1是电机电流与效率特性曲线图：

1.2 效率特性曲线与功率因数

异步电机从电厂吸引一部分电流形成磁场，这部分电流就是电机的空载电流，它在正常工作情况下基本保持不变。在空载的情况下，定子电流与励磁电流基本相等，功率因数低。功率因数cosΦ与效率η随负荷率β的增加有相似的变化规律。

2 电机节能降耗技术和方法

2.1 自身降耗

（1）电机硬件节能改造

我们所使用电机的能耗大通常是因为设计不合理，只要重新设计，或者更换零部件，就可以达到节能减排的效果，可以将高耗能的电机转变为低耗能的电机。对电机的硬件进行改造，是电机整体节能降耗的重要手段，其主要方法有：更换磁性槽楔、改变定子绕组形式、更换合适规格风扇、增加有效材料用量等。

以下我们主要介绍更换合格风扇和增加有效材料用量的方法：

更换合格风扇：研究表明，对于较大功率的电机，其风扇磨损的消耗是非常大的，只要控制住这一部分损耗，就能减少电机整体的耗能。举例说明：90千瓦的2极电机风扇磨损消耗可以达到总消耗的百分之三十左右，风扇的磨损伴随着温度升高，电机又要消耗电量去给风扇降温，给机器降温所消耗的能量是巨大的，风扇通风功率正比风扇直径的4次到5次方，由此看来，在电机正常的运行温度下，选择尺寸小一些的风扇可以有效降低风扇与机器之间的磨损率。风扇的直径决定了电机风扇磨损的耗能和温度的高低，所以在选取合适的风扇时，既要考虑到电机本身的冷却要求，还要将电机的磨损消耗计算进去。

（2）新型节能电机

对现在使用较为广泛的电机进行改造，常常会受到成本、技术和材料的限制，有时候电机的效率得不到提高，或者提高的空间比较有限。这个时候，就需要开发新的电机。随着科学技术的不断进步，新技术、新理念逐渐走进了电机领域，在综合考虑到电机的损耗和运行规律之后，新的电机被不断研发出来并投入使用。比如：稀土永磁电动机、开关磁阻电动机、变极变容量电机等，这些新电机终将会代替传统的高消耗电机，进入我国的工业市场。下面，我们针对稀土永磁电机和变极变容量电机来进行分析。

稀土永磁电机：稀土永磁电机利用磁性能，在充磁之后可以形成永磁场，再利用永磁场代替传统的电力磁场，这种稀土永磁电机易操作、易搬运、工作效率高。我们观察几组数据发现：稀土永磁电机的效率曲线高，而且倾斜度不高，这就说明，即使在很宽的负载工况区间，这种电机也能保持比较高的效率，所以说，在相同负载情况下，稀土永磁电机的效率比传统电机高出很多。稀土永磁电机存在着诸多的优点，但是它本身生产成本高、装配难度大的问题也是急需解决的。

变极变容量电机：变极电机可以通过改变电机定子绕组的极对数来改变电机的转速，分为多绕组式和单绕组式。这种电机可以对定转子结构做出改变，使其符合不同的负载状况，这种转变可以大大提高电机本身的效率，但是也有一定的风险，变极变容量电机设计极为复杂，调速的范围有一定限制，这就导致了这种电机的应用场合受到了很大的限制。

2.2 先进的传动控制技术及装置

（1）调压节能

电机在恒定的压力下工作，负载减小，输出功率就会变小，转子电流下降会让转子的铜耗降低，这个时候，定子电压保持不变，定子的损耗保持不变，机械损耗保持不变，导致电机的整体功率和效率较低。所以，功率小的时候，可以通过降低电压来降低电机的损耗，应用这种调压装置可以有效地减小电机能耗，提高电机效率，而且这种调压装置操作简单，成本低，可以大量使用。

（2）变频节能

随着科学技术的不断发展，变频技术也被广泛应用到电机的改造当中，常用的几种变频控制方法有：恒压频比控制、转差率控制，这两种适用于电机的静态模式，控制方法简便;矢量控制和直接转矩控制适用于电机的动态模式，这两种的控制方法比较复杂。

我们现在使用的电机一般多为泵类负载和风机设备，企业在选择这类电机的时候一般是根据其满负荷运转时候的情况来进行型号的甄选，但其实电机被带回工厂之后，因为季节、工作环境等因素，很少能满负荷工作，经常处于一种低负载运行的状态，有数据显示，电机工作的平均功率只能达到额定功率的百分之四十到五十。经过力学分析得出结论，风机、泵类电机属于平方转矩负载，它们有一个特性就是数据之间呈现三个正比，分别是：流量与转速;压力与转速的平方;轴功率与转速的立方。所以对泵类电机来说，如果需要的流量降低，转速降低，它的功率也会出现相应的下降，我们可以通过下图泵类电机变频调速节能效果分析来进行简单说明。

图2中，Q1、Q2、Q分别表示的是流量，H1、H2、H3代表了泵的扬程。我们可以发现，当流量从Q1降到Q2，如果使用的是关小阀门的办法，那么管网阻力会增加，工况点从A变到B。这时，泵扬程明显增加，我们可以看出P2与矩形面积BH2OQ2成正比。如果改成使用变频器控制，那么泵转速从n1下调到n2，想要继续满足流量就需要H3变大，这样轴功率P3与矩形面积CH3OQ2成正比。我们观察发现此时的轴功率与之前相比降低很多。这说明采用变频技术改变电机的转速可以有效地节约能源。

（3）结构改进

电机的结构改进可以从两方面入手，一种是更换磁性槽楔，另一种是采用新的绝缘材料。磁性槽楔是可以导磁的槽楔，在普通的槽楔中加入磁性材料。实验证明，如果用磁性槽楔来替代普通的槽楔，可以有效地改善电机的特性，提高电机使用效率。改用磁性槽楔之后，电机表面的损耗降低了，使有效气隙长度缩短，改善电机气隙磁势波形，降低电机铁耗，降低磨损和温度，可以有效地延长电机的使用寿命。

高压电机多采用瀝青云母胶带来达到绝缘目的。因为沥青云母胶带是经过浸胶处理的，其表面比较厚重，它缠绕在铜线上的时候，会使铜线的整体截面增加，这样电机的损耗会变大。所以，如果将沥青云母胶带换成B级绝缘胶带，就可以使绝缘胶带的厚度减小，铜线的截面面积变大，这样使得电机运转时候的温度降下来，功能损耗自然也就降低了。

3 结论

随着科技的不断发展，节能减排的思想已经深入人心，高耗能的电机终将被淘汰，只有不断改进技术，不断使用新材料，才能将电机的耗能降下来，将能源的浪费降到最低。面对激烈的市场竞争，我们不能再打能源战，而是应该尽可能地将能源利用率提高起来，用有限的资源创造出无限财富，从电机的设计开始，每一个环节都要经过重重技术考量，在生产过程中也要尽量使用节能材料，保证电机的低消耗、高效率。

参考文献：

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