申毅恒

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545616）

三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能分析

申毅恒

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545616）

本文從4個(gè)方面闡述了三相異步電動(dòng)機(jī)在節(jié)能方面所遇到的問(wèn)題，進(jìn)而提出了相應(yīng)的解決方法，包括電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速、提高電動(dòng)機(jī)的效率、使用電機(jī)智能節(jié)電器進(jìn)行節(jié)能三個(gè)大的方面。結(jié)合具體情況，選擇恰當(dāng)方式，才能在提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率和節(jié)能方面事半功倍。

三相異步電動(dòng)機(jī)；電動(dòng)機(jī)效率；節(jié)能

三相異步電動(dòng)機(jī)在我們的生產(chǎn)生活中有著重要的地位，它占我國(guó)電能消耗的60%以上，但是，我國(guó)電動(dòng)機(jī)的平均運(yùn)行效率低于60%，需要改進(jìn)，所以研究三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能方面有著重要的意義，能夠極大地提高工作效率和節(jié)約資源，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

1 電動(dòng)機(jī)在節(jié)能方面遇到的問(wèn)題

1.1 電機(jī)的負(fù)載效率低

不同的負(fù)載情況應(yīng)該選擇不同的電動(dòng)機(jī)，與負(fù)載不相匹配的電動(dòng)機(jī)會(huì)使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率過(guò)低。

1.2 所使用電機(jī)的型號(hào)過(guò)舊

生產(chǎn)于20世紀(jì)七八十年代的派生電機(jī)（如J2、JO2系列），占裝機(jī)容量的15%～20%。這些電機(jī)在現(xiàn)在看來(lái)有體積大、效率低、啟動(dòng)效能插等缺點(diǎn)，因?yàn)檫@類(lèi)電機(jī)采用的是E級(jí)絕緣。有的企業(yè)還在使用這類(lèi)本應(yīng)該被淘汰的電機(jī)。

1.3 負(fù)載調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)速控制不恰當(dāng)

調(diào)速方法多種多樣，應(yīng)該選擇與負(fù)載性質(zhì)、大小相匹配的調(diào)速方法，以免增大調(diào)速過(guò)程中的損耗。在調(diào)節(jié)方面，可以使用擋板或閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與水泵的流量。然而，現(xiàn)在的電氣調(diào)速使用的沒(méi)有那么普遍，很多設(shè)備用的還是機(jī)械調(diào)速法。另外，不恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速也會(huì)增加損耗。

1.4 電機(jī)電源電壓過(guò)低或不對(duì)稱(chēng)

這也是電動(dòng)機(jī)損耗增大的一個(gè)重要原因，而電動(dòng)機(jī)的三相電壓不對(duì)稱(chēng)是三相四線(xiàn)制低壓供電系統(tǒng)單相負(fù)荷的不平衡造成的。電動(dòng)機(jī)的電壓過(guò)低也會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的損耗，并且電壓的不對(duì)稱(chēng)度越大，電壓越低，電動(dòng)機(jī)的損耗也就越大。

2 電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施

2.1 變頻調(diào)速節(jié)能

在傳統(tǒng)的控制方式中是采用閥門(mén)來(lái)控制,由于閥門(mén)開(kāi)大開(kāi)小幾乎不改變電動(dòng)機(jī)的輸出功率，所以它的能量有效利用不高，而且增加了損耗。即使方法能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求也是不值得推薦的控制方法。當(dāng)通過(guò)變頻控制進(jìn)行調(diào)速時(shí),電動(dòng)機(jī)的輸出功率能隨流量的大小發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的節(jié)能。綜上，三相異步電動(dòng)機(jī)的最佳調(diào)速方案為變頻調(diào)速,此方案的節(jié)能效果十分顯著。以水泵為例，水泵的水壓H和流量Q特性圖如圖1所示。

圖1 水泵H一Q特性圖

圖1 中，n1為水泵在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的特性，R1為水泵管路阻力最小時(shí)的阻力特性；n2為水泵在降速運(yùn)行在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的特性；R2為水泵管路阻力增大到某一數(shù)值時(shí)的阻力特性。

對(duì)比可知變頻調(diào)速使功率大幅度下降，節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益也十分可觀。

2.2 在最節(jié)能狀態(tài)運(yùn)行

節(jié)能首先是要選擇效率高的三相異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)于已經(jīng)選好的電動(dòng)機(jī)則要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電源電壓、載荷等方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能。下面介紹兩種方法使電動(dòng)機(jī)在效率較高的狀態(tài)下運(yùn)行。

（1）要使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率達(dá)到最高，電動(dòng)機(jī)的可變損耗Pb與不變損耗P0要相等。

由以下公式驗(yàn)證：

可知電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率的最大值為：

電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行效率最大時(shí)的輸出功率為：

（2）在最節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行。在電動(dòng)機(jī)輕載運(yùn)行的情況下，降壓能夠相應(yīng)地提高電動(dòng)機(jī)的功率和效率。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率為p時(shí),其最優(yōu)電源電壓U為:

式中：K為系數(shù)（2極時(shí)為 0．15；4極時(shí)為0．25；6 極以上為 0．3)。

2.3 用電機(jī)智能節(jié)電器進(jìn)行節(jié)能分析

電機(jī)智能節(jié)電器采用的是最新的集成電路芯片控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效節(jié)電卻不改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，設(shè)備的正常工作也不會(huì)受到影響。它是通過(guò)不斷地檢測(cè)電機(jī)的工作狀態(tài)，來(lái)改變輸入的電壓。

電機(jī)智能節(jié)電器的2個(gè)可控硅的連接方式為反并聯(lián),電機(jī)智能節(jié)電器通過(guò)控制可控硅的通斷來(lái)準(zhǔn)確供給電機(jī)實(shí)時(shí)所需的最適用電壓，如圖2所示。

圖2 扭力示意圖

2.4 降低雜散損耗的措施

電動(dòng)機(jī)的加工工藝、設(shè)計(jì)參數(shù)、裝配質(zhì)量都會(huì)影響雜散損耗的大小。其中，電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)有槽配合的選擇及繞組形式等。加工工藝包括壓裝及轉(zhuǎn)子鑄鋁工藝等。合理選擇參數(shù)可以使電機(jī)的雜散損耗降低。

表面損耗與定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)的關(guān)系為：

其中：Pb為表面損耗率；m為定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)。

由上可知，槽數(shù)越多，表面損耗越少。在0．75kW，2P電機(jī)進(jìn)行了不同槽數(shù)的對(duì)比試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表1所示。

定、轉(zhuǎn)子齒部脈振損耗與槽配合的關(guān)系曲線(xiàn)示意圖如圖3所示。

表1 不同槽數(shù)時(shí)的雜散損耗對(duì)比數(shù)據(jù)

圖3 脈振損耗與槽配合的關(guān)系曲線(xiàn)示意圖

由圖3可知，若想定、轉(zhuǎn)子齒部脈振損耗最小，定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)必須相等。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)比較前沿的技術(shù)中就包括三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能控制技術(shù),要實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能跟經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的齊頭并進(jìn)。因此,在今后的發(fā)展過(guò)程中,要更加注重電動(dòng)機(jī)的節(jié)能，必須從多方面進(jìn)行考慮電動(dòng)機(jī)的節(jié)能運(yùn)行。為了使節(jié)能措施更有效率，我們要結(jié)合具體情況，聯(lián)系實(shí)際，具體問(wèn)題采用相應(yīng)地方法具體解決，才能在提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率和節(jié)能方面事半功倍。

[1]胡新晚，雷美艷．從節(jié)能的觀點(diǎn)談電動(dòng)機(jī)的選用[J]．電氣時(shí)代，2006(3)．

[2]王天祥． 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇與維護(hù)[J]． 通信電源技術(shù),2014,04:132-133+135．

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