优化电动机效率

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优化电动机效率

应用文章

第1阶段：评估

电动机评估包括：

1. 调研和记录工厂总共存在多少台电动机、使用年限、马力和额定值，以及控制程度如何。

2. 识别最高和最重要的负载。

3. 对于这些关键设备，利用电能记录仪评估其能耗(功耗)。

这样您会大致了解工厂中的能耗情况。

第2阶段：立即改进

您可以采取两种立即改进方案。 1. 调整设备以及设备运行方式 2. 维修

设备调整包括将一些电动机更换为效率更高或规格更合适的型号、为其他电动机增加控制功能以调整输出，以及将需求与电费费率进行比较，重新规划电动机的运行时间。

利用MotorMaster+等电动机效率计算器来确定这些调整是否有效，可帮助您计算每台电动机以及每种效率等级节省的电量。

另外，您应该对打算继续使用的所有电动机进行三点检查：

1. 电压不平衡

2. 电流不平衡

3. 功率因数

如果测试显示上述三个变量中的任何一个存在问题，修正这些问题可以立即提高效率。逻辑上，您还应该将这些测试整合至长期定期维护计划中，以确认当前所做的所有短期改进。

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电压不平衡是三相系统中各相之间的电压差异指标。为了实现最佳电动机性能，相电压应相同或非常接近于相同。除了导致电动机性能下降以外，电压不平衡还会缩短电动机使用寿命。

电压不平衡等于100乘以(相对于平均电压的最大偏差除以三相平均电压)。计算得出的电压不平衡为一个百分比值。美国能源部(DOE)给出了以下示例：2 如果被测线电压为462 V 、463 V 和455 V ，平均值为460 V 。那么电压不平衡则为：

[(460 – 455) x 100] ÷ 460 = 1.1 %

总之，电压不平衡应低于1%，不得高于5%。EN50160标准要求公共耦合点处的电压不平衡应低于2%。美国电气制造商协会(NEMA)相关标准要求电动机负载的电压不平衡应低于5%。但是建议电动机端子处的电压不平衡不超过1%，如果数值较高，应对电动机进行将额处理。3

应利用电能质量分析仪在电动机端子处定期进行电压不平衡测量，以确保电压不平衡低于5%。另外，定期的温度检查可能发现开关设备、隔离开关或电动机接线盒内存在高阻连接，这会导致电压不平衡。导致电压不平衡的其他原因还包括故障的功率因数修正设备、不平衡或不连续的电源电压、不平衡的变压器组、分布

不均匀的单相负载、单相至地故障或主要配电系统开路。

修正措施应由有经验的电工或电力专家进行。首先检查调速驱动的电源电压(如果系统中存在)。并且检查工厂的输入以及工厂至系统的输出。如果发现这些“源”上的各相平衡，则最好的方法是从电动机开始，并系统地回溯至最初来源，即供电公司电源。

潜在节约和ROI

计算总节约量的最好方法是利用软件工具，例如MotorMaster+。以下是基本计算原理，假设已知(括号中的值为举例值)： y 电动机负载(100 %) y 马力(100 hp)

y 运行时间(8,000小时/年)

y 在负载标称不平衡度下的效率(94.4 %)4

y 实际不平衡度及负载下的效率(93 %) y 1马力相当于0.746千瓦

使用提供的举例值，采取修正措施之后，每年节省的电能(AEs)则为：

AEs = 100 hp x 0.746 kW/hp x 8,000 hr/yr x

(100 ÷ 93 – 100 ÷ 94.4) = 9,517 kWh 如果电费为$0.05/kWh ，每年节省的费用(AS$)则为：

AS$ = 9,517 kWh x $0.50/kWh = $476/yr 在工业配置中，许多电动机可能由同样不平衡的电源供电。所以，潜在的节约要远远高于单台电动机，实际节约的电费取决于负载、工作时间、马力等因素。

最后，不要忘了，如果电源不平衡，电动机工作温度较高，大约是电压不平衡度平方的两倍：2 x %电压不平衡2。例如，如果电压不平衡度为2%，那么电动机的温升将达到8 °C 。电动机的工作温度每升高10 °C ，电动机绕组绝缘的寿命将减半。

2 Fluke Corporation 优化电动机效率

电流不平衡指的是电动机从三相系统中每相

吸收的电流的差异。修正电流不平衡有助于防止过热以及电动机绕组绝缘劣化。每相上的耗流应相同或接近相同。电流不平衡的原因之一是电压不平衡，从而造成电流不平衡，其比例远远超出电压不平衡本身。如果未发现电压不平衡时却发生电流不平衡，就需要检查电流不平衡的其他原因，例如绝缘故障或某相对地短路。

电流不平衡的计算方式与电压不平衡相同，等于100乘以(相对于平均电流的最大偏差除以三相平均电流)。所以，如果实测电流分别为30 A、35 A和30 A，平均值为31.7 A，那么电流不平衡则为：

[(35 – 31.7) x 100] ÷ 31.7 = 10.4 %

三相电动机的电流不平衡不应超过10%。

测量电流不平衡应由经验丰富的电工或电力

专家完成。与电压不平衡一样，应利用电能质量分析仪定期检查电动机端子处。可利用相同的电能质量分析仪同时执行两项不平衡测量

并保存——电压和电流不平衡。

电流不平衡的修正可能包括以下任意或全部

方法：

y如果不平衡是由于电源引起的，功率因数修正装置可解决问题。

y如果问题是由于电动机本身引起的，例如绝缘故障或某相短路至地，则需谨慎权衡补救措施。做出维修(重绕)电动机还是更换电动机的决策是很艰难的。根据DOE4：

—重绕电动机几乎总是会损失电动机的效率和可靠性。综合考虑这些因素：重

绕费用、预期重绕损耗、新电动机购买

价格(包括标准和高效型号)、电动机规

格及初始效率、负载因数、年度工作时

间、电费价格、电费退费以及简单的回

报标准。

y如果情况如下，则购买一台新电动机：

a)故障电动机功率小于40马力，使用时间

超过15年，尤其是之前曾经重绕过。

b)电动机是小于15马力的非专用电动机。

或者

c)重绕费用超过新电动机价格的50%。

对于后一种情况，提高效率和可靠性将获得较快的ROI。

潜在节约和ROI

ROI包括两种形式的节能和长期生产节约(防止电动机故障和停工)。供电公司的退费可能也很重要。

节能很难预测，尤其是选择重绕电动机时。最终的重绕损耗在完成重绕之前是未知的。

如果您决定购买一台新电动机，可利用Motor- Master+软件计算更换电动机后每年可节省的能源(AS$)。您需要以下信息6：

y电动机额定马力(hp)

y负载因数(L = 满载的百分比 ÷ 100)

y年度工作时间(hr)

y平均电费(C = $/kWh)

y现有电动机效率(Estd，以百分比表示)

y新电动机的效率等级(Eee，以百分比表示) y hp至kW的换算因子(0.746)

根据以上信息可计算如下：

AS$ = hp x L x 0.746 x hr x C x [(100 ÷ Estd) –

(100 ÷ Eee)]

一般而言，较高效率电动机比标准效率电动机的效率高1%，节约的电能在不到18个月内即可收回电动机成本。与现有重绕过的电动机相比，新电动机的效率高1%。

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