节能电机的发展现状与电力拖动存在的问题分析

蒲天旺

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

0 引言

到目前为止，在国内电机拖动工程中的节能技术主要有高效节能电动机以及稀土永磁电动机等相关技术。其中电机是由两大部分组成，首先要明确发电机是动力设备的核心部件，因此电力拖动是广泛应用于国内重工业部门，为我国经济的发展起到了重要作用，也是当前社会不可或缺的传动方式[1]。由此可以看出电力拖动节能技术，对于促进经济的高质量发展有着十分重要的现实促进作用。

1 当前节能电机发展状况

就目前来看，虽然我国经济在经过疫情的检验过后更加稳步向前发展，工业总产值已经达到了美、日之和，但是我国的机电行业技术发展水平明显落后于当今世界先进制造国家，对此在2015年所颁布的《中国制造2025计划》就明确表示要加大研发绿色产品，淘汰落后机电产品以及相关技术，而在目前我国机电生产和使用过程主要是遵循两大标准，但是在实际管理中由于客观因素的存在导致难以实现，或者是未达到节能标准。工信部提出了相应的改革方案，致力于大力推广节能技术和装备，淘汰规模庞大的低效机电设备。但在当前由于历史原因，我国机电产品主要还是以三相异步为主，但是在修订IEC60034-30的过程中着眼于当前我国的客观环境，因此将其划分为两大标准。很明显这也为未来该行业的发展方向指明了前进道路，也填补了当前GB18163-2012标准中的某些技术空白，但是着眼于节能技术还需要进一步研究IE4电机技术，不仅能够满足国内外市场所需，并且也能实现节能减排的目标。对此在制定高效机电产品时，就需要明确技术条件，在功率和平均效率上也需要达到相关标准。比如用高速三相同步电机，在进行技术探究的过程中，还可以向其他领域方向进行拓展，比如在微燃发电和高速储能等领域也是大有可为。高转矩低速永磁类型电动机的发展中，我们可以分为两个方向来进行看待，比如高转速主要指的是传动系统的额定转矩要大于500Nm，至于低速，主要是指转速每分钟不超过500r，如果能够将此类型的电动机应用于球磨机，不仅可以提高运行质量，更重要的是平均实现节能的效率要高于平均值10%以上。另外在高性能的永磁类伺服电机发展过程中，可以应用于数控机床，同时也可以应用于各种工业生产设备当中，比如家具制造以及纺织品等等[2]。另外随着我国汽车工业的飞速发展，也进一步开发出了相应的产品，比如说H80-H355它的各项数据分别为转数，可以达到每分钟3000r，可调速范围在100-5000r/min，它的出现也为我国工业的发展注入了一股强心剂。但是为了能够有效保证电机节能的效果达到相关标准，对此就需要不断的进行技术探索，找出节能过程当中的关键技术，以此不断推动该行业的快速发展。

2 节能机电的发展状况

近几年随着我国开始向工业化强国迈进，机电行业也迎来了快速成长时期，但由于处于高速发展阶段，因此相应的标准也在不断得以提升。需要采用新型的设计方案和工艺以及新材料，通过降低电磁能和热能以及机械的损耗，以此提高输出效率。在节能效果是极其明显的，通常情况下能够高出行业平均效率接近5%左右。

3 电力拖动相关问题分析

3.1 控制线路问题

在当前的机电产品当中，关于电力拖动控制线路所产生的故障问题也是极为常见，但是在详细查明原因以后，我们可以将其分为三种类型。其中第一种是属于突发型，其原因就在于使用时间过长，其内部的电子元件或者是导线由于长期使用导致升温或者是热量过多，进而出现冒烟等问题。产生的原因就在于长期使用并没有进行及时检修以致于导致线路出现短路，因此这也就告诉我们，在平时也需要及时加强检修不可“带病”工作。第二种为渐变型，它的故障主要还是在于接线口之间线路接触不良或者是部分配件出现老化的现象。最后就是间接型故障，但是该类型的故障在平时也是难以进行预测的，并且在检修时难度相对而言比较大。

3.2 同步电机问题

首先由于该电机的结构相对而言比较简单，但是当启动处于正常状态时，旋转磁场就处于相对静止的状态，此时就能够产生较为稳定的转矩。因此我们就可以发现在同步速度下能够稳定运行，但是主要使用的是50赫兹的交流电源，在启动的同时有可能会对其机械性造成一定的影响，此外由于转子惯性较大，那么就会很容易出现转动困难的情况。对此在保持循环状态时作为转子就只能够出现原地摆动的情况，其结果就会导致在启动的时候会出现诸多问题。另外还有一点需要注意该电源频率转速在保持同步运行的状态时，与负载是没有任何关联，对此我们要改变其转速只有使用变频调速[3]。

4 解决电力拖动的具体方案

首先当控制线路出现问题时，对此就需要及时开展检修工作详细辨明故障出现的位置，但由于所出现的问题是多种多样，由于不能直观的查明原因就需要采用多种方法进行测试，才能够更为精准的确定故障的位置，初步判断其所处的方位大小，在确定范围以后逐步缩小进行排查，最后完成相应的检修流程。对此在实践的过程当中就需要首次试验线路，虽然看起来是有些多此一举，但能够有效确保故障不会出现蔓延的态势，不会对周围的器械元件产生相应的损伤，因此在此前提下进行测试是有着明智之举。为了有效确认故障所处的大致范围，因此就需要及时进行通电检查，要详细查看各项设备的运行情况在此之后还需要拖动线路，测试周围设备是否出现异常，进而判断出线路出现问题的范围。在初步了解以后就需要按照拖动线路的控制原理准确观察此过程中所出现的异常现象，然后再根据相应的流程缩小范围。因此该方法非常适合于检修较为复杂的线路故障，在工作效率和结果上都是相当不错。另外在拖动线路时，还需要使用相应的测量工具，以此确保测量结果准确无误，在测量过程当中还还需要按照相应的流程进行操作，对于如何定位故障点考虑到复杂程度，对此就需要开展多点测量再按照流程进行的同时也避免出现测量，对连接点进行相应的编号，整个过程能够有序从容的开展[4]。比如在使用电压法进行测量时，就需要选择使用万用表在工序开动之前要先进行调节之后需要检查表针是否处于正确的位置，当出现偏离以后要轻轻的进行纠正，但是要避免校正过度，从而对该项设备造成影响或者是损伤。以后按照相应的要求将开关设置在对应的量程上，以此保证测量结果准确，接下来就需要按照相应的标号逐步开启测量以此排查潜在的故障。并且在此过程中由于是处于带电状态，因此就必须要保证工作人员的人身安全。此方法的优点在于测试故障速度快，方法简单，准确度相对比较高，但由于是带电工作，因此存在一定的安全性。

5 解决同步电机启动和调速的问题

5.1 直接启动方案

电力网由输电变电以及相应的辅助系统组成也是属于电力系统的一部分，但由于电网的启动是需要负载无功功率，那么在此过程中必然会出现线路损耗，显然这也并不符合绿色节能技术的要求。对此为了保证启动过程的稳定性以及符合节能的要求，那么同步电动机的启动就成为关键因素，因为在启动时转子没有加入励磁，在此时就可以通过电动机将其引入到同步转速，但是在接入电网以后为了能够实现降低对能源消耗，就需要将辅助电动机停运。但由于在启动的过程中操作流程相对比较繁杂，并且也需要兼顾多种突发状况，此过程中需要使用到多种设备因此复杂性比较高，应用范围相对比较狭隘。

而异步启动主要是在电动机上安装异步绕组方式，以此实现启动方法相对简单便捷，并且也没有过多繁杂的程序，在转速趋于同步时就需要将励磁电流引入其中，其目的就在于保证电动机和电磁转距实现同步运行，因此就可以发现与同步启动相比其优点极为明显，需要设备上便于操作，并且在此期间可以有效降低安全事故的发生。在使用此方法启动以后，也不再需要将绕组短路，有效防止单向流量增大有利于减少附加转拒。

5.2 变频调速

当同步电动机转速和频率处于一致时，可以保持处于稳定状态但是和负载没有任何关系。就目前来看可供选择的节能方案可以分为自控和他控两种，前者由于在启动过程中因为转子带来的震荡等因素从而造成的一定的安全问题，因此在系统当中安装轴端检测器可以利用其所发出的信号，实现转子和定子能够实现同步，有助于减少和消除在设备运转过程中所出现的能量冲击问题。在使用上可以使用“交、交”或者“交、直、交”模式。此外在使用逆变器以及转子检测器也能够实现一定程度的节能增效。而他控系统在节能方案上相对比较单一，只能够选择“交、直、交”作为调速系统的唯一装置，但是从结构上来看，和自控相比较简单，并且操作起来也是极为简便但唯一的缺陷就在于效率低。但由于调速方式有可能存在转子失步等诸多问题，因此在安全性上相比于自控系统要弱了很多，对此也就导致实际应用普遍比较低。

6 结论

综上所述，使用电力拖动方式控制电机传定，不仅便于控制同时也能够提高节能效率，同时还能减少对环境的污染[5]。此外由于完全符合节能减排的目标，对环境的污染相对比较少该方案已经被广泛应用于工业生产当中。在此过程中还需要合理的解决常见的拖动问题，以此降低能源消耗，对于行业的持续发展有着积极的现实意义。对此作为行业的技术人员，就应当及时了解当前节能电机的广阔市场应用空间，还需要找出发展中所出现的问题采取合理的措施予以解决，加快我国电力行业的发展，进一步促进我国的健康、可持续发展。