三相异步电动机的节能分析

压下降至一定程 度时，可以达到节能的 目的。 在此基础上，对 电机智 能节 电器的节能原理及 效果进行 了研 究； 智能节电器
１ 电动机耗 能高的原 因 三相异步 电动机的用 电量 占全 国总用 电量 的６ ０ ％ 以上， 研究其 节能问题，提高其运行效率对 节约能源有重要的现实意义 。电动机 存在的最大 问题是高启动 电流及它未能在启动和运行时将 电机扭力 配合负荷扭力 。在启动时， 电机会产生 １ ５ ｏ ％ ￣２ ｏ ｏ ％ 的扭力，方可于 瞬间将转速提升至最高速，这样 易导致 电机受损 （见 图１ ）。 在启动 的同时， 它将耗 用高达８ 倍的标称 电流 （ Ｉ ｎ ）， 极大地影响 了供 电电 压的稳定性 （见图２ ）。 每当电机满足高转矩要求 的负载之后， 电机 将进入较长时间的轻负载运行状态，这样都会 由于 电机绕组磁饱和 而导致电机效率 下降。 在固定供电电压 的情况下， 电机 的磁通 （又称 为励 磁 电流） 是 固定不变 的，它亦 是电机高 能耗 的因素之 一 （占
譬
有负荷空间及负荷会 自然浮动，所 以在一般情况下，很少有电机可 时刻 以满载或接近满载状态运行 在一般定转速 电机应用上， 电机 智能节 电器内置 的 电机优化软件可为轻负载的 电机节省耗 电量 。一 些性能较差的软启动器会容许最大 电流量通过，如同将电机与供 电 电源接 驳，失去应有的节 电效能。但是，每当轻负载的电机被投入 最高电压时，它将会产 生多余 的励磁 电流 （见 图５ ）。 如果软启动器 可不断检测 电机 的负荷状况，并应依负荷状况调节 电机的终端 电压， 便可维持其应有 的节 电效能 。电机智能节 电器可节省 电机 的励磁 电 能及减低 负荷性 损失， 并在轻 负载时提高其功率因数。
／ Ｅ ２ １ ， 定 子 铁 耗Ｐ Ｆ ｅ ￣２ ｏ ｃ Ｅ ２ ｌ 。定 子 电流 Ｉ １ 由Ｉ ２及Ｉ Ｏ 的 向量 之 和
０
， Ｏ
ｌ ∞ ％
＿ ８ 女
。－
构成，电压下降时，电流 Ｉ １可以减 小，铜耗也相应地减少 。 但在某 种 程度 下降时，也会使定子电流增大 。机械损耗一般变化不大，杂 散损耗随定、转子 电流大小而变，因而总损耗是否能减少，取决于 铁耗、定子铜耗及转子铜耗三者之间的关系，最重要 的是定子 电流 能否减少。 由于在轻载时，励磁 电流 占主导地位， 因此在 电压 下降 定程度上，可 以达到节 能的 目的。 ４ 采用电机智能节 电器节能分析 电机 智能节电器采用最新 电机智能可编程软件 固化在微处理器 上 ，通过先进的 电子线路对负载 电机进行实时检测与跟踪，实时控
机械 与设备
三相异 步电动机 的节能分析
王 凯
（ 淮南矿 业集 团潘一矿 ，安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ８ ２）
【 摘 要 】分析 了三相异步龟动机产 生损耗 的原因， 提 出在 电
制晶闸管 （可控硅） 的导通角 ， 百分之 一秒 以内提供 电机最适 宜的 工作 电压 与电流，使 电机 的输 出功 率与实时负载 刚好 匹配，减低铜 损、铁损， 改善 电机起动 、停机性能，达到节 电效果。 ４ ． １ 节 能 分 析 电机智能节 电器采用可控硅准确地控制供给电机的 电压。而可 控硅的特性是当被脉冲触发时会迅速地 由 “ 关”状态转为 “ 开”状 态，并保持导通 直至 交流电的每一半波周期末端 流经可控 硅的电流 下降时为零才 关断，这原理又称为 自行换向。通 过控制相 电对 于半 波电压 周期过零 点的可控硅导通角，便可控制通 过可控硅 的电流。 当导通触发 点越 接近正弦波 的尾端 时，所容许通 过的 电流越少， 但 当导通 触发 点越接近 正弦波 的开始端 时，所 容许通 过的 电流 则越 大。引用这个原理，将２个可控硅 以反并联方式连接， 电机智能节 电器便 可控制可控硅 的通断，从而准确供给 电机 实时所需的最适用 电压 （见图３ ）。 例如，在起始 时段，将每个正弦半波上的触发导通 点作较大 的后 移，然后经 过选定好 的时 间将触 发导通点逐渐前移 ， 会令供给 电机的 电压 由较低的数值逐渐增至最大 。正因为 电机扭力 是和供 电电压 的平方成正 比，所 以导致启 动扭 力 以无级方式上升 ， 确保电机及其负荷可缓冲地起动。当三相电机于满载或接近满 载状 态运行时，它的效率可高达８ ０ ％ 至９ ２ ％ ，如 图４所示。当负载率降至 ５ ０ ％ 或 以下时，电机效率会 急速下 降。 因为 电机生产商需要为电机留
３ 调 压 节 能 的原 理
在实际应用 中， 由于选择 电动机 的容量偏大和 负载 的变动使得 大部分异步 电动机的运行点常偏离额定 点，这时 电机 的效率和功率 因数都很低 。调压节能的基本原理是利用 电机轻载时效率低下这一 点，通过 降低输入 电机 定子 的 电压来提高 电机效率 。电压 降低后， 气隙主磁通 基本上成正 比下 降， 即。 ｃ Ｅ １ 。 ｃ Ｕ １ ， 电机 定子 电流 中的励 磁分量Ｉ Ｏ也随之下降，使Ｉ Ｏ 的值随Ｅ １下 降的幂次大于 １ 。但 下降 而 电机 负载转矩 不变 时，则转 子 电流 Ｉ ２将 上升， Ｉ ２ ｏ ｃ １／ ｏ ｃ １ ／ Ｅ ｌ 。这些 变化对 电机 损 耗的影 响如 下 ： 转 子 铜耗Ｐ Ａ ｌ 。 ｃ Ｉ ２ ２ ｏ ｃ １
３ Ｏ ％ ～５ Ｏ ％ ）。
：一 一 ～
２ 电 动 机 损 耗
由于 电动机额定功率因数一般都不会超过ｏ ． ８ ， 所 以就会产生附 加无功损耗 。电动机进行无功补偿具有增容 、节能、提高 出力等优 点，经济效益显著 。它在运行 中不仅消耗有功功率，也需要无功功 率，属感性负荷， 因此功率 因数较低，一般约为ｏ ． ７ ６ ～Ｏ ． ８ ９ 。在厂 负荷 中异步 电动机所 占的 比重较大，是厂用系统的主要无功负荷 。 降低异步电动机 的无功损耗，提 高异步 电动机 的效率有重要意义 。