三相异步电动机节能的探讨

摘要：三相异步电动机是目前使用最广泛的一种动力机械，它每年消耗的电量几乎占据了全球总耗电量的一半，我国是一个人口多的大国，也是日常生活，工农业生产，军事科研，国防建设等方面电力资源需求量大的国家，三相异步电动机的耗电量甚至能够达到总耗电量的 60%到 70%，由此可见，若能减少三相异步电动机的耗能，对降低我国的耗能以及实现低碳环保的生活环境具有重大意义。

关键词：三相异步电动机 原理 节能技术

1、概述

交流异步电动机具有价格低、结构简单、坚固耐用等一系列特点，且其在恶劣环境下依然能够坚持工作，因此目前交流异步电动机仍然成为动力机械市场上最受欢迎的一种电动机。但是这种电动机在工作时能耗大，工作效率不高，这是因为当其处在满负荷工作状态下，电动机的工作效率能达到80%，但是一旦负荷下降，其工作效率也会随之下降。在选择电动机时一般都应考虑电动机的最大负荷和最坏工况所需符合的功率来选定，但即使是这样很多电动机在工作时的负荷率仍然仅在其负荷率的 50%到60%。因此提高电动机的工作效率不仅能够减少电动机的耗能量同时也是为社会创造经济效益。

2、三相异步电动机的工作原理

该电动机的工作原理是利用旋转磁场和此种旋转磁场借助于感应作用在转子绕组内所产生的感应电流之间相互作用，以产生电磁转矩来实现拖动作用。相互对称的三相绕组嵌在三相异步电动机定子的铁心上，其中许多导条均匀的嵌在转子的铁心上，利用铜环将导条的两端连接起来，使他们组合成为一个整体。此时如果三相电源和对称的三相绕组正确的连接好后，在电动机的定子和转子两者之间的空间产生了转速同步的旋转磁场。因为装备好的在旋转的磁场进行切割，转子上的导条内部必然会产生感应的电动势，根据物理所学的右手螺旋定则，可以判断出当旋转的磁场以逆时针或者是逆时针的方向进行旋转时，判断好转子上半部装嵌的导体产生感应电动势的方向，导体的下半部感应电动势也随之判定出来了。由于转子上装嵌的导条本身是一个闭合的回路，因而在导条上就会有电流产生。如果此时对导条中的电流和电动势之间的相位差不加以考虑，那么电流的瞬时方向和电动势的瞬时方向就是一样的，转子上的导条处在磁场中，产生感应电流的同时，自身也会受到磁场产生电磁力的作用。所受到的电磁力方向可以运用左手定则来判定。所有装嵌在转子上的导条所受的电磁力是同一个方向的，会形成同一个方向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁场逆时针以转速为n进行旋转。如果把转子和生产的机械进行连接，这样就能够机电能量进行相互的转换。

3、电机节能方面主要存在的问题

3.1 电机负载率低

使用过程中电机的选型不合适，裕量过大或是生产的工艺发生变化，导致电机实际的工作负荷低于规定额定负荷。装机容量较小的风机却在比规定范围的额定负载还大的电机上运行，最终导致运行的效率很低。我国现阶段的风机平均运行的效率在60%左右。

3.2 电机电源电压不对称或者是电压过低

因为三相的四线制低压供电的系统不平衡的单相负荷，导致三相电压的不对称，从而使电机产生负序转矩，这就大大的增加了电机在运行过程中电能的损耗。另一个原因是电网电压处于长期的偏低环境，致使正常工作过程中电机的电流变大，从而电能的损耗必然增大。而且三相电压不对称度越来越大，电压就会越低，导致的电能损耗就会越大。

3.3 负荷的调节与控制转速的不当

因为风机与水泵两者间所具有的机械特性极其相似，当我们定性的分析了通过风机的调节风门是以何种方式来对风量进行调节，和利用电机的转速调节来对风量调整的比较。结合现实的工况不难发现，在对风机风量和水泵流量的调节，仍然有部分场合利用挡板或者阀门来进行调节，这就导致截流所损耗的功率变大。另外，很多设备仍然还是应用机械调速的方法，电气调速还未能有效的普及。而且因为调速方法的选用和负载性质不同以及对转速的控制的适当程度都会影响到在调速的过程中电能损耗的增大。

3.4 维修管理不善

使用单位不按规定对电机进行维修和保养，并长期处于运行状态，磨损过快使损耗量增大。若管理不善，工作人员离开后长时间不关机，也会导致某些电机处于长时间空转状态，能量损耗必然增加。

4、减少有功损耗以提高电动机效率

异步电动机的损耗由有功损耗和无功损耗组成，所以减少有功损耗，电动机的效率就会得到显著的提高，达到节能的效果。在电机的设计以及制造和改进方面可以做到以下几点：①使用较薄及低损耗的硅钢片，降低电机的涡流损耗；加长铁芯或者用较多的硅钢片材料，也可以做到减少磁密最终达到降低损耗的目的。②利用大截面铜导线，缩短线圈端部长度，提高槽满率，以将导线的电阻和定子电流合理的控制来达到降低定子的铜损。③采用较大截面的转子导条和转子端环，提高转子导条和端环导电率，以达到将转子的损耗降至较低的程度。④将风扇的设计进行改善，从而将风扇的效率提高，降低风扇旋转产生的风摩耗。选用优质的低摩擦类轴承，对降低轴承损耗有明显作用。就比如对2极的电机，它很大部分的机械损耗都是风摩耗，因而风摩耗的减少相当重要。所以在此类型号的电机上可以装上不可逆类型的后倾式的风扇，它可以保持风量处于不变状况下，降低风摩损耗量。

5、电动机就地无功补偿

因为异步电动机是利用感性负载，所以运行时必然消耗了一定程度的无功功率，这就会导致电机功率因数偏低。假如此时我们对电机进行就地补偿电容，就可以大大的减少无功功率的消耗，并且因为补偿后的电容的总电流会减少，就会致使线路有功损耗相应的减低。如果假设补偿前的电机无功为 ， 表示补偿电容后的无功，那么电容的补偿无功：

式中， 表示的是电机在额定负载过程时的功率因数，这可以从产品的目录表下获取； 表示的是电机定电流的负载率； 表示的是在实际运行时电机的定子电流大小。一般经过补偿后得到的功率因数 大小范围一般处于0.92～0.96之间，如若再进行提高，必然使得对电容器的原材料以及其制造工艺等要求提高，制造成本增加，在资金的投入上加大，不具有经济性。假如三相异步电动机的电机负载变化频繁，而且有一部分的时间处于空载或者轻载的运行状态时，此时可以采用功率因数的控制器来控制，这样才能使电机一直处于比较高的功率因数下工作运行。根据不同应用场所和技术要求，对YX3系列（IP55）高效率三相异步电动机（机座号80-355）已得到广泛应用，本着经济有效的原则选择使用。

6、结 语

综上所述，只要结合好电机设计、生产及使用过程中电机存在实际的问题，然后再进行针对性分析和处理，就能探讨出更多、更有效及更经济的方法来提高电动机在运行过程时的效率及功率因数，从而达到节能的目的。

参考文献

I、GB/T22722-2009《YX3系列（IP55）高效率三相异步电动机（机座号80-355）》

中华人民共和国国家质量技术监督检验检疫局中国国家标准化管理委员会2008-12-302009-10-01实施