李 冉

（佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002）

目前電動(dòng)機(jī)設(shè)備在許多領(lǐng)域中得到了重點(diǎn)應(yīng)用，但電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用所表現(xiàn)出的特征不盡相同。在電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制方面，如何控制電力能源的消耗始終是一個(gè)需要解決的難題，而若想解決這一問(wèn)題，提高電動(dòng)機(jī)效率尤為重要。三相異步電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的一種電動(dòng)機(jī)，為達(dá)到電動(dòng)機(jī)效率提高的目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)了解電機(jī)與電路設(shè)計(jì)中可能存在的問(wèn)題，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的基本工作原理和工作環(huán)境等現(xiàn)有條件，分析導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率低下的各項(xiàng)原因，以提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的方式來(lái)提升經(jīng)濟(jì)效益。

1 電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，定子和轉(zhuǎn)子以及其他附屬結(jié)構(gòu)一同組成三相異步電動(dòng)機(jī)，其工作原理如下：當(dāng)異步電機(jī)電子組和三相電源接通，之后定子組就會(huì)生成三相對(duì)稱電流，在氣體間隙中產(chǎn)生n1 轉(zhuǎn)速基波磁場(chǎng)，并且n1=60f1/p。基波磁場(chǎng)在進(jìn)行轉(zhuǎn)子切割期間，轉(zhuǎn)子繞組回路中生成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電流也會(huì)在這一期間形成。氣體間隙中磁場(chǎng)在感應(yīng)電流的作用下會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，三相異步電動(dòng)機(jī)利用這種電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量的有效轉(zhuǎn)換和使用。

2 導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率低下的原因分析

2.1 設(shè)備老化造成效率低下

通常情況下，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)期間如果存在內(nèi)部構(gòu)件或線路老化情況，則可能會(huì)造成運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下，而這種設(shè)備結(jié)構(gòu)老化問(wèn)題又是難以避免的問(wèn)題。隨著電動(dòng)機(jī)使用時(shí)間的不斷增加，內(nèi)部構(gòu)件運(yùn)轉(zhuǎn)磨損或環(huán)境因素導(dǎo)致腐蝕都會(huì)造成老化問(wèn)題，而且電動(dòng)機(jī)維護(hù)保養(yǎng)工作的缺失也會(huì)讓設(shè)備老化問(wèn)題更加嚴(yán)重，電動(dòng)機(jī)效率下降程度也會(huì)越來(lái)越明顯，經(jīng)過(guò)不斷的積累可能會(huì)形成電動(dòng)機(jī)性能損耗，嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)降低生產(chǎn)效率或形成安全隱患。對(duì)此，在電動(dòng)機(jī)應(yīng)用期間，內(nèi)部構(gòu)件與線路的檢修維護(hù)工作至關(guān)重要，必要時(shí)應(yīng)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行更換[1]。

2.2 電源電壓和電機(jī)應(yīng)用不相符

電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，針對(duì)電源電壓具有較為明確的要求，通常來(lái)說(shuō)電動(dòng)機(jī)可以適用的電源電壓可以劃分為兩種類型，其一為220V 正常電壓，其二則是380V 高壓電。兩種電壓的選擇需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)實(shí)際條件而定，倘若沒(méi)能正確選擇電動(dòng)機(jī)的電源電壓規(guī)格參數(shù)，可能會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)所用電壓不相符的問(wèn)題，若選擇的電壓低于電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)需求，便會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下的問(wèn)題，影響生產(chǎn)效率。但如果所選電壓超過(guò)電動(dòng)機(jī)的最大承受值，則可能會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)電阻損壞等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)可能產(chǎn)生安全隱患。

2.3 電機(jī)自身負(fù)載率較低

在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，效率低下的原因還可能表現(xiàn)在自身因素上，例如電動(dòng)機(jī)設(shè)備在選擇時(shí)沒(méi)能充分考慮到后續(xù)應(yīng)用的環(huán)境條件與性能要求等，可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間整體應(yīng)用性能未能達(dá)到要求，而且在出現(xiàn)問(wèn)題后還會(huì)持續(xù)降低電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，甚至因此造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)設(shè)備的效率運(yùn)轉(zhuǎn)需要達(dá)到75%以上，一旦低于75%的標(biāo)準(zhǔn)線，就可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)功率下降。

2.4 后期維護(hù)管理不夠充分

維護(hù)管理是電動(dòng)機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中必不可少的一項(xiàng)工作，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)設(shè)備存在的問(wèn)題或隱患，確保電動(dòng)機(jī)始終處于健康高效的狀態(tài)投入生產(chǎn)。但從實(shí)踐的角度來(lái)看，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)與管理期間，后期維護(hù)管理缺失的問(wèn)題并不少見(jiàn)，維護(hù)管理不足也會(huì)造成電動(dòng)機(jī)效率降低等問(wèn)題。電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)期間需要及時(shí)得到維護(hù)保養(yǎng)，從而確認(rèn)是否存在老化嚴(yán)重或設(shè)備故障等問(wèn)題，若維護(hù)缺失則會(huì)讓電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法確認(rèn)是否存在損壞或異常，加大電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)此，在電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用與管理方面，為確保其健康穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)與管理至關(guān)重要，只有做好維護(hù)管理工作，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的問(wèn)題，避免電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率受到不利影響[2]。

3 電動(dòng)機(jī)效率低下的應(yīng)對(duì)措施

3.1 及時(shí)更換老舊設(shè)備

電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，若設(shè)備存在老化問(wèn)題，則會(huì)造成較為明顯的效率降低現(xiàn)象。為有效改善設(shè)備老化磨損而造成的運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下問(wèn)題，便需要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行針對(duì)性分析，確保電動(dòng)機(jī)性能始終達(dá)到生產(chǎn)要求。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間需要做好設(shè)備及其構(gòu)件的維修或更換，避免老化磨損的構(gòu)件繼續(xù)運(yùn)行，改善設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下問(wèn)題的同時(shí)規(guī)避安全隱患的發(fā)生。對(duì)于生產(chǎn)單位來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)設(shè)備的更新?lián)Q代應(yīng)當(dāng)予以重視，及時(shí)檢查電動(dòng)機(jī)是否存在老化磨損現(xiàn)象，分析設(shè)備老化磨損是否對(duì)電動(dòng)機(jī)使用性能及運(yùn)轉(zhuǎn)效率帶來(lái)影響，若有影響則需要及時(shí)更換新的部件或整個(gè)設(shè)備進(jìn)行更換，若影響不大可以采取一定的防護(hù)措施解決。

3.2 合理選擇電動(dòng)機(jī)材料

從電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與材料的角度來(lái)看，材料本身的質(zhì)量參數(shù)是決定可變損耗、固定損耗的關(guān)鍵因素，通常電動(dòng)機(jī)的定子需要控制鐵耗，這就要適當(dāng)提高硅鋼片用量，并且材料的導(dǎo)磁率也有一定要求。對(duì)于部分功率較大的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，鐵耗往往占整體損耗的較高比重，所以要盡可能選擇新型鐵芯材料，把控好鐵芯材料的單位損耗值，從而控制電機(jī)鐵耗情況。鐵芯材料的磁導(dǎo)率要求較高的原因在于降低勵(lì)磁電流參數(shù)，一般反應(yīng)在磁感方面，磁感與磁導(dǎo)率呈正比關(guān)系，所以高磁感率低鐵損率的無(wú)取向硅鋼片是大多數(shù)大型、中型高效電機(jī)鐵芯材料的首選。而因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)產(chǎn)品越來(lái)越小型化，同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)效率要求卻在不斷提高，一般的冷軋硅鋼片因?yàn)殍F芯無(wú)法達(dá)到需求，厚度更低的低鐵損無(wú)取向硅鋼片則備受青睞。定子繞組磁動(dòng)勢(shì)中高次諧波的強(qiáng)度也會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)影響，如今電動(dòng)機(jī)大多選擇60°相帶等元件繞組，但這種繞組雖然工藝水平較高，卻依然存在諧波會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)性能帶來(lái)一定影響。低諧波繞組指的是繞組含有的諧波更低，對(duì)繞組設(shè)計(jì)形式進(jìn)行重構(gòu)，削弱以往60°相帶繞組中存在的諧波，優(yōu)化定子繞組磁勢(shì)波形，讓磁勢(shì)波形更傾向正弦波。這種繞組可以改善繞組系數(shù)、控制雜散損耗、減少電動(dòng)機(jī)溫升等，也是提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的手段之一[3]。

3.3 把控好電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓

從上述電動(dòng)機(jī)效率低下的成因來(lái)看，電源電壓也會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率帶來(lái)影響。對(duì)此需要準(zhǔn)確分析電動(dòng)機(jī)設(shè)備的適用電壓參數(shù)，確保電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的電壓可以達(dá)到適用要求。比如380V 高壓電所適用的電動(dòng)機(jī)需要在表面進(jìn)行明確標(biāo)識(shí)區(qū)分，確保在后續(xù)管理和維護(hù)中可以準(zhǔn)確處理電源電壓，并將電源電壓與電動(dòng)機(jī)管理采取同步化的措施，以網(wǎng)絡(luò)化的形式提高管理效率，如借助信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制電壓等。這些措施不僅能提高電源電壓的安全性，并且還可以改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

3.4 提高電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力

電動(dòng)機(jī)本身的負(fù)載能力也會(huì)對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率帶來(lái)直接影響，所以在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間應(yīng)當(dāng)做好設(shè)備負(fù)載能力的專項(xiàng)分析，最大程度上提高電動(dòng)機(jī)管理水平以及電動(dòng)機(jī)自身的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，并且選擇電動(dòng)機(jī)的功率性能、電壓指數(shù)、負(fù)載能力等。經(jīng)由上述，所選負(fù)載效率需要保持在75%以上，只有達(dá)到這一條件才可以保證電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)揮到最理想的效率水平。但在電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力提升的同時(shí)，還要關(guān)注電動(dòng)機(jī)應(yīng)用兼容性問(wèn)題，只有保證應(yīng)用兼容，才可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率最大化的目標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)中很容易會(huì)產(chǎn)生負(fù)載不均勻的問(wèn)題，并且在時(shí)間的不斷推移下負(fù)載可能會(huì)出現(xiàn)滿載、輕載、空載、間斷運(yùn)轉(zhuǎn)等問(wèn)題。若采用交流電動(dòng)機(jī)恒速傳動(dòng)方案，那么運(yùn)轉(zhuǎn)效率就會(huì)受到影響，容易造成資源能源浪費(fèi)等問(wèn)題。分析負(fù)載轉(zhuǎn)速要求，利用電動(dòng)機(jī)工作電源頻率調(diào)整的方式達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)速率的調(diào)整，進(jìn)而在轉(zhuǎn)速高低不一的條件下都能保證運(yùn)轉(zhuǎn)效率達(dá)到要求。如此一來(lái)電能消耗得到了有效控制，同時(shí)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間也能對(duì)電機(jī)、負(fù)載設(shè)備等起到保護(hù)效果，避免順勢(shì)啟動(dòng)電流沖擊對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的損害，提高設(shè)備運(yùn)行的精度水平。變頻調(diào)速是利用交流電機(jī)電源頻率調(diào)整的方式，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的靈活調(diào)控，一些變頻裝置能夠在避免對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率帶來(lái)影響的條件下，利用驅(qū)動(dòng)電源電壓與頻率調(diào)整的方式，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)節(jié)，根據(jù)輸出量大小控制輸出功率。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，變頻技術(shù)在交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制中的應(yīng)用不僅起到了運(yùn)轉(zhuǎn)效率提升的目的，而且電動(dòng)機(jī)的能源消耗也得到了節(jié)約。在變頻調(diào)速控制下，變頻電源由變頻器提供，而變頻器一般分為兩種，一種為交-直-交變頻器，另一種則是交-交變頻器，目前多數(shù)場(chǎng)景沿用的都是前者，變頻調(diào)速的損耗更低而且適用性更強(qiáng)、精度更高，但成本相對(duì)較高以及后續(xù)維保工作難度較大[4]。

3.5 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)選擇

轉(zhuǎn)子繞組的損耗通常為轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)所決定，一般情況下轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為鑄鋁轉(zhuǎn)子和銅條轉(zhuǎn)子，因?yàn)殂~的電阻率相較于鋁更低，因此銅條轉(zhuǎn)子的損耗也比鑄鋁轉(zhuǎn)子更低，一些功率參數(shù)較高的高壓電動(dòng)機(jī)往往為控制轉(zhuǎn)子銅損、提升電動(dòng)機(jī)效率，都會(huì)選擇銅條轉(zhuǎn)子。

3.6 控制機(jī)械損耗

常用的電動(dòng)機(jī)機(jī)械損耗有多種形式之分，電機(jī)轉(zhuǎn)子表面摩擦損耗、軸承摩擦損耗、密封圈摩擦損耗等。這些損耗情況和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以及通風(fēng)方式、風(fēng)扇等具有密切聯(lián)系。當(dāng)前交流電動(dòng)機(jī)在機(jī)械磨損控制方面，大多采用正反向葉片和徑向分布盆式風(fēng)扇，在氣流流經(jīng)風(fēng)扇時(shí)，會(huì)在葉片之間形成渦流。葉片在維修期間需要進(jìn)行精細(xì)的打磨，避免對(duì)風(fēng)流帶來(lái)負(fù)面影響，以此來(lái)控制風(fēng)磨損問(wèn)題。為進(jìn)一步提高風(fēng)阻控制效果，工作人員還要合理選擇較大機(jī)座，盡量選擇軸流或后傾式風(fēng)扇。高效率電動(dòng)機(jī)熱耗在得到控制后，冷卻風(fēng)量也會(huì)同步降低，相應(yīng)的風(fēng)耗也能得到控制。從通風(fēng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上分析，結(jié)構(gòu)的調(diào)整也能起到控制能耗以及機(jī)械損耗的效果，零部件的合理選擇、盡量選擇摩擦較小的軸承、定期使用潤(rùn)滑脂等都能有效降低機(jī)械損耗。而在尺寸的設(shè)計(jì)與選擇中，可以利用中間公差與形位公差的角度進(jìn)行分析，規(guī)避裝配變形等問(wèn)題，從而降低電動(dòng)機(jī)內(nèi)部構(gòu)件的持續(xù)摩擦損耗問(wèn)題。

3.7 控制雜散損耗

對(duì)于定子繞組的銜接來(lái)說(shuō)，可以選擇常見(jiàn)的正弦繞組接法，這一接法能夠有效應(yīng)用磁場(chǎng)中的高次諧波，從而控制附加損耗以及附加轉(zhuǎn)矩等。與此同時(shí)，多槽數(shù)與短節(jié)距的鐵芯設(shè)計(jì)也能達(dá)到損耗控制的效果。在定子與轉(zhuǎn)子的選擇與運(yùn)用中，盡可能選擇債槽口的定子轉(zhuǎn)子，期間工作人員還要做好端結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整工作，規(guī)避漏磁損耗等問(wèn)題。為提高轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)鐵芯間的接觸電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用沖片氧化法對(duì)其表面進(jìn)行處理，有助于雜散損耗的削弱[5]。

3.8 定期開(kāi)展維護(hù)管理工作

后期的維護(hù)管理工作是電動(dòng)機(jī)安全管理中的關(guān)鍵要素，關(guān)乎電動(dòng)機(jī)的使用壽命和使用安全、運(yùn)轉(zhuǎn)效率等，在電動(dòng)機(jī)應(yīng)用管理中至關(guān)重要。做好維護(hù)管理工作也是提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的必要之舉，對(duì)此應(yīng)當(dāng)提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行維護(hù)力度，采取合理的維護(hù)管理手段，盡可能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的各項(xiàng)影響因素，按照影響因素情況分析導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下的原因，進(jìn)而采取對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行解決。以問(wèn)題解決為導(dǎo)向的維護(hù)管理可以及時(shí)排除影響電動(dòng)機(jī)效率的不利因素，在日常維護(hù)管理工作中針對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率實(shí)施專項(xiàng)分析，利用問(wèn)題的分析及時(shí)排除電動(dòng)機(jī)的效率影響因素，按照電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)運(yùn)作環(huán)境，和生產(chǎn)要求檢查電動(dòng)機(jī)構(gòu)件和參數(shù)是否達(dá)標(biāo)，若未能達(dá)到要求則及時(shí)調(diào)整。借助這些措施提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)作的安全性，保證電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)實(shí)踐中的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，從而提高生產(chǎn)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

在生產(chǎn)實(shí)踐中，交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程具有一定的復(fù)雜性，而且電動(dòng)機(jī)的能耗控制應(yīng)當(dāng)具備完整的體系才能達(dá)到理想效果。除電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之外，還需要分析電動(dòng)機(jī)內(nèi)部構(gòu)件的選擇、應(yīng)用、維護(hù)，包括電路問(wèn)題等，只有這樣才能讓電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率達(dá)到理想水平，通過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的提升以及能耗水平的降低，達(dá)到控本增效與綠色發(fā)展的目標(biāo)。