浅谈电动机的几种节电方式

[摘 要] 分析感应式电动机的工作原理，介绍主要的几种节电方式，要以分析的方法，因地、因时的来选择节电方式，已达到最合理的节约能源，构建节约型社会。

[关键词] 电动机 原理 效率 节电方式

0.引言

电动机是我国工业生产中用电量最大的机械，约占全国用电量的60%。感应式电动机广泛的应用于工农业生产中，需要机械动力的部门，就会有它的存在。感应式电动机约占全部原动力总数的90％以上。因此，如何抓好感应电动机的节电问题对于节能减排具有十分重要的意义和深远的影响。

1.工作原理

交流感应式电动机从动作结构上可分两部分：固定绕组(定子)和旋转绕组(转子)。由于转子设计得象鼠笼，故把此类感应式电动机称为鼠笼式感应电动机。

简言之，在感应式电动机的固定绕组接通交流电，就产生旋转磁场，然后利用变压器效应，将旋转磁场力传递到转子上，从而形成转动。整个过程可以称作“电能-动能”的转换。电动机的整个运转过程，是电磁转换的过程，因此就存在了损耗、效率等概念。固定绕组通电产生旋转磁场的过程中，要有电能的损耗，这就是所谓的“激磁损耗”(或铁损)，同时其本身的铜阻还要产生损耗（铜损）。因为要在转子和定子之间留有一定的间隙，所以在电磁转换过程中就会不可避免的损耗部分电能。铜损则与电动机的负载成正比，所以它是在变化着的。铁损与电动机的端电压的平方成正比，由于提拱的端电压是固定不变的，因而铁损也就比较稳定。电动机运行时的负载，接近满载时效率最高。满载时的效率并非太高，这是由于铁损固定不变的原因所造成的，见图1。

图1 感应式电动机损耗与负载关系曲线

由图1可以看见，电动机空载运行时，浪费的能量相对越多，运行效率就越低。但是，若将提供给电动机的端电压减少，负载越轻，越节省电能。

2.节电方式

2.1选择恰当的电动机容量

选择合适的电动机容量，能够满足负载的需要，实现合理匹配。轻载和空载运行都会造成损耗相对高，运行效率低。同一台电动机拖动的负载，运行效率也是在变化的，不是固定不变的，随着负载大小的波动而在变化。实践经验表明，负载率为70％～85％时的效率最高。当负载低于此值时，很不经济。当长期处于40％的负载运行时，效率显著的低，这也是国家规定所不允许的。当电动机的负载率高于前值范围时，效率也不是处于较高的状态，此时运行也不经济。负载率低的感应式电动机，有功损耗比例较大，无功损耗比例更大。空载运行也是如此，无功损耗特别大。

2.2 空载运行时间长的电动机安装自控装置

为了减少空载时间内的电能损失，对于经常性空载的电动机，应安装空载自控装置。在空载运行一段时间后，能够自动切断电源，退出空载运行，恢复正常运行状态。

2.3 低负载率的电动机降压运行

三相异步电动机的铁损和铜损，与输入电压的大小直接有关。一般负载不变的情况下，降低输入电压可使铁损减少，铜损增加。但是这时轻载运行电动机的总损耗中，铁损要比铜损的作用大。因此，适当降低绕组电压运行的办法能使总的损耗下降，具有一定的现实意义。而实现这一措施，可以通过特别的电压自控装置来完成。

2.4 电动机综合保护器实现安全、经济运行

市场上的定型产品――电动机综合保护器，它能担当简单的安全、经济运行任务。有些产品，对于自动实现起动状态时的“星三角”转换，从而实现快速起动、减少起动电流的目的。对过流、断相等现象，也有一定的保护作用。

2.5 采用磁性槽泥实施电动机改造

采用磁性槽泥对电动机进行技术改造，是一种降低槽口磁阻的有效办法。也就是在竹制槽楔上，用磁性槽泥将槽口抹平。改造后的电动机空载附加损耗降低25％～80％，约占总损耗的10％～20％，电动机运行效率提高1％～1.5％。值得注意的是：改造后的电动机因槽口磁阻降低，漏磁通增大，引起电动机功率因数和起动转矩略有下降，对要求起动转矩不严格的负载是一弊端，对通常大多数电动机及其所带负载均有利，系统具有节电作用。

2.6 负载稳定的绕线异步电动机同步化

较大容量的绕线型异步电动机改为同步运行后，处于过励磁状态时产生对电动机去磁的无功电流，对电网电压来说呈容性，定子电流超前电网电压，显然功率因数是超前的。这时电动机类似于发电机向电网输送无功功率，对于改善电网质量(提高功率因数)、增大设备利用率、降低系统电能损耗将起积极作用。即使处于正常励磁状态时，电动机的功率因数也为1.0电动机只从电网上吸收少量的视在功率，供电线路和电动机定子电流处于相对最低值，因此能节约大量的电动机定子铜损和减少供电线路上的无功电流损耗。实践证明，如此改后铁损降低11％左右，节省了大量的无功功率，对电网质量差的地区意义更大。

2.7 远离电源的绕线异步电动机转子串接进相机、

假如绕线型异步电动机离电源变压器较远(也就是说电压降大)，可在电动机转子上串接进相器。进相器能给电动机转子提供一个同原来的转子电动势不同相的电压，达到提高电动机功率因数、节约电能的目的。这样，功率因数可提高到0.99以上。但是其进相机也需要电动机拖动。

2.8 感应电动机采用软起动

电动机软起动器能连续监视、检测电动机的功率因数。软起动与直接起动还有区别：直接起动方式只能给电动机提供固定电压；软起动方式时能控制供给电动机的电压。图2 为电动机轻载时软起动器输出电压变化曲线。软起动器的特点是输出满压后能量最优控制。轻载时，监视电动机的功率因数，供给电动机的电压自动减少至全速所需要的最小值，因此有效地节省不必要的铁损。负载增加时，它能以最优的模式控制供给能量，此时电压自动增加防止电动机被停车。

图2电动机轻载时软起动器输出电压变化曲线

2.9 三相异步电动机采用变频调速

三相异步电动机采用变频调速，可在低频起动时大大减少电动机的起动电流，从而实现节电目的。对于较大容量，或者需要经常调节流量和频繁起动的场合非常适应。如风机、水泵，能明显地减少控制时引起的电能浪费。当然，恒转矩和恒功率状态下控制电动机也能起较好的节电作用。变频调速可从下式说明：

式中n ―电动机转速； f ―电动机的电源输入频率； p一电动机的极数。

显然，电动机转速正比于其输入电源频率。频率调节范围也很广，一般在0~120Hz之间。

2.10 串级调速节电

串级调速节电也具有较好的效果，它有多种形式。以前多数都是在转子回路中串接附加电阻调速，无形地在转子电阻上消耗了全部转差功率。在低速运行时损耗最大，电动机虽然实现调速，但运行效率相当低。该方式调速又是有级的，电流与机械冲击都大，调速不平滑。利用可控硅串级调速能克服上述缺点。它是利用连接在绕线型异步电动机转子回路中的可控硅整流逆变器的作用，能给转子回路中加入一个反电动势进行调速控制。它的工作原理是利用三相桥式整流，交流电压变直流电压，经平波电抗器加到由可控硅组成三相桥式逆变器上，然后再经过逆变器与交流电网连接，将电动机产生的转差功率送回电网。以此来实现调整、节电。

2.11 电磁滑差离合器调速节电

利用电磁滑差离合器对电动机进行调速节电的办法也很多，它同变频调速和可控硅串级调速相比，虽然存在较大的机械摩擦损耗，效率较低，但其控制线路简单，运行双可靠。它的投资也少，对电网无污染，在小容量的电动机上应用具有较好的价值。

3.结语

弄清其工作原理，有针对性地采取节电措施，是实现感应式电动机高效运行的根本。从纷繁复杂的节电方式中根据具体情况来确定最合适的方式是十分有必要的。软起动和变频调速控制是较先进的节电方式，但在投资、复杂、所适宜控制容量的大小上也不尽相同。应该因时制宜、因地制宜，本着投资省、方便控制、节电效果好的原则综合考虑。以真正的达到节能减排，为构建节约型社会贡献出最大的力量。