异步电机轻载条件下调压节能最优电压分析

6.总 结
总而言之，要想保证电力系统的有效运行，提高电网的运行效率，就 要正确认识到谐波的产生以及危害性， 通过对谐波对电力系统影响的分
析，提出有效的解决措施，尽可能地控制配电系统中的一切变动。 科
● 【参考文献】
［1］ 李 贵 军 .供 电 系 统 的 继 电 保 护 探 讨 [J].中 国 电 力 企 业 管 理 ,2011,(10). ［2］华艳红,刘荣利.微机型继电保护装置的变压器差动保护[J].中 国 高 新 技 术 企 业,2012,(04). ［3］ 戚 艺 明 .继 电 保 护 故 障 处 理 方 法 的 探 讨 [J].科 技 创 新 导 报 ,2012,(10). ［4］劳海军.电力系统继电保护装置运行可靠性探讨[J].中小企业管 理 与 科 技(上 旬刊),2012,(02). ［5］崔 雨 晴 ,王 潇 洋 ,章 建 明 ,杨 凡 弟 ,王 文 凯 , 苏 再 卿 . 电 力 系 统 继 电 保 护 发 展 探 究 [J].中 小 企 业 管 理 与 科 技 (下 旬 刊 ),2012.(03).
◇百家之言◇
（上接第 307 页）的概念转换，模糊社会意义上的物质交换过程与自然 科学意义上的自然界的变化规律之间的区别，将两个根本不同层次的 概念直接等同起来。 这是一个关键步骤，施密特通过一个轻而易举而 又笨拙的手段来达到自己的目的， 他直截了当地说，“在马克思看来， 不存在自然与社会的绝对分离，因而在自然科学和历史科学之间不存 在根本方法的不同。 例如，他在《德意志意识形态》中写道：‘我们仅仅 知道一门唯一的科学，即历史科学。 历史可以从两方面来考察，可以把 它划分为自然史和人类史，但这两方面是密切相联的；只要有人存在， 自然史和人类史就彼此互相制约。 ’”[1]P43 第三步，将所有的社会实践直 接转换成自然科学意义上的物质变化。 可是，这样达到的对实践的理 解，不正是传统认识论基础上的理解吗？ 如此一来，施密特不是在用社 会来理解自然，而是重新把社会还原成抽象的自然界。 正因为如此，施 密特最后得出结论说，“与其说他用社会对自然的中介抛弃了自然界 的‘优先地位’，不如说更牢固地确证了它。 物质不依赖于人而存在，人 创造‘物质的这种或那种生产能力，也只是在物质本身预先存在的条
（上接第 264 页）通过傅立叶变换获得各次谐波的参数 ，在通过数据处 理给出结果，消除谐波的影响，但是电抗器的计算和现场谐波测试比 较复杂，而且只对固定负载有用，若负载出现波动，其滤波效果就会大 打折扣，为此，必须要以实际运行为标准，对所有的参数进行分析，对 谐波造成的功率因数下降给予补偿，从而提高电网运行效率。
1.调 压 节 能 原 理 分 析
当供给电动机的端电压恒定时，产生磁场也保持恒定。 在采用调 压 节 能 后 ，端 电 压 降 低 ，气 隙 主 磁 通 基 本 上 成 正 比 下 降 ，即 Φ∝E1∝ U1，电机定子电流中的励磁分量 I0 也随之下降。 但 Φ 下降而电机负载 转矩不变时，由于转子电流 I2′∝1/Φ∝/1/U1，则转子电流 I2′将上升，这 些变化对电机损耗的影响如下：转子铜耗 Pcu2∝(I2′)2∝1/ U12,定 子 铁 耗 PFe∝U12。 因为定子电流 I1 是由转子电流 I2′及励磁电流 I0 的向量之和 构成，电压下降时，电流 I1 可以减小，铜耗也相应的减少。 但降到在一 定程度时，反而会使定子电流增大。 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。 以下将对这三者的关系进行详细的 分析。
为：
PFe
2
=
P0 -pm
2
U1
UN
2
即 ：PFe
=(P0 -pm
)
U1
2
（1）
UN
式 中 ：P0 为 电 机 在 额 定 电 压 下 运 行 时 的 空 载 损 耗 pm 为 额 定 电 压
下运行时的机械损耗。 同样，异步电机的铜耗与电流的平方成正比，假
定电机的输出功率等于电磁功率，由此可得在任意电压下的铜耗与额
在 异 步 电 机 节 能 技 术 研 究 方 面 ，文 献[1-3]对 异 步 电 机 的 节 能 进 行 了概述，并分析了电机节能的原理，介绍了电机常用的技能技术与方 法；文献[4]针对异步电机轻 载 时 运 行 效 率 较 低 的 问 题 ，分 析 了 降 压 节 能的原理，对节能控制方案进行了优化，提出了采用模糊控制技术的 降 压 节 能 控 制 方 法 ；文 献[4]介 绍 了 一 种 电 动 机 起 动 保 护 优 化 节 能 的 综 合 控 制 装 置 即 智 能 马 达 优 化 控 制 器 ；文 献[6]介 绍 了 通 过 给 异 步 电 机 安 装节能设备，利用变频调速技术对异步电机进行节能改造，达到了有 效降低能耗的作用。
合理。
2.在 实 际 生 产 中 的 应 用
以 一 台 37kW 电 机 为 例 ， 其 额 定 效 率 为 90.89％ ， 空 载 损 耗 为
1.13kW，机 械 损 耗 0.21kW；额 定 运 行 时 定 子 铜 耗 为 1.134kW，铁 耗 为
0.843 kW，转子铜耗为 0.583kW，附加损耗为 0.934kW。 所带恒定的负
件下才能进行。 ’”[1] P97 可见，施密特的“中介”的全部目的就在于为他始终无法消化
的“外部自然界的优先地位”辩护。 正因为施密特无法真正地理解实 践和感性活动，他也就无法真正理解自然。 于是，他只能在认识论上 来理解马克思的自然。 如果自然只是认识的对象，如果马克思真的 是在费尔巴哈意义上来理解人的感性，那么马克思和费尔巴哈又有 什么区别呢？ 至此，我们可以看清，尽管经历过理论上的努力，施密特 的自然理论的存在论基础仍然保持在自然与人互相分离的形而上学传
为 P 总，则利用调压节能Байду номын сангаас节点率为：
节电率＝ P1-P2 ×100%= （P 总+P2）-（Pmin+P2) ×100%= P 总-Pmin ×100%
P1
P1
P1
得到最小能耗电压和节点率后，针对某一运行的电机。 就可以通
过上述计算来判断出采用调压节能时所需的最小损耗电压，并且可以
计算出节电率，进而利用节电率的高低来判断采用调压节能方式是否
载为 9.4kW。 利用上述方法所计算的最小损耗电压为 321V，实际测量
时 ，电 压 在 318V 时 ，电 机 的 输 入 功 率 最 小 ，为 10.3kW，此 时 电 机 损 耗
最小，效率最高。 由此可得，利用文中方法判断电机在轻载时的最佳电
压运行点是可行的。
3.结 束 语
三相异步电机在工农业生产中使用范围很广，本文在对生产中所
定电压下的铜耗的关系为：
Pcu ( P2 )2
=
PcuN (IN)2
（2）
U1
又 有 ：PcuN=P1-PN-P0-Pa=PN(
P1 PN
-1)-P0-Pa
（3）
其中，β= P2 （4） PN
则 由 式 （2）、（3）、（4）可 得 ：
Pcu=[PN(
1 ηN
-1)-P0-Pa]( U1 UN
)2β2
针对轻载运行的异步电机，为了研究其内部损耗随电压变化的一 般规律，本文首先对调压节能的基本原理进行了分析，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。 进一步推导出调压节能的最佳电压值，使铜耗和铁耗都达到最小。 最 终对 37kW 电机进行实验研究，通过对比其在不同电压下轻载运行时 实测和计算损耗值，验证本文所提出的方法判断电机在轻载时的最佳 运行点是可行的。
【关键词】调压节能；最小损耗电压；节电率
0.引 言
异步电机作为一种电能转换为机械能的转换装置，是工农业生产 中耗电量最多的一种电气设备。 实际生产中，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时常偏离额定点， 这时电机的效率和功率因数都很低。 因此，调压节能便成为一项重要 节能手段，开展最优电压研究是十分必要的。
当电机的铜耗和铁耗相同时，电机的效率最大，令 Pcu=PFe 可得：
姨4
U1'=
β2[PN(1/ηN-1)-P0-Pa] P0-Pm
UN
由 U1′便 可 以 由 数 学 模 型 从 理 论 上 计 算 出 该 电 机 在 负 载 率 一 定
（即输出功率不 变 ）的 条 件 下 的 最 小 损 耗 Pmin，设 电 机 节 电 前 的 总 损 耗
遇到的实际问题，从电机损耗的角度出发，详细的分析了异步电机在
运行过程中的各项损耗，然后推导出如何求解最小损耗电压，并通过
测试验证了它的正确性，通过本文的研究结果，就可以很直观的判断
安装节能装置是否合理，进而达到最大程度上节能的目的。 科 （下转第 316 页） ●
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2012 年第 32 期
式中：β 为电机的负载率；P2 为电机的输出功率；PN 为电机的额定 功率；Pa 为额定运行时的杂散损耗
由以上推导可以看出：当电机的负载率一定时，电机的铁耗 PFe∝ (U1/UN)2，而电机的铜耗 Pcu∝(UN/U1)2，故 一 定 存 在 某 一 个 电 压 值 U1′，使 得电机的损耗最小，定义这一电压值为最小损耗电压。
1.1 异步电机的能耗分析 由电机学知识可知，异步电机的内部损耗主要有定子铜耗、铁耗、 转子铜耗、机械损耗和杂散损耗，各种损耗和电压电流之间关系如下： （a）定 子 铜 耗 取 决 于 定 子 电 流 ，定 子 电 流 是 励 磁 电 流 和 转 子 电 流 的矢量和，所以当定子电压变化时，定子的铜耗变化很小。 （b）当 定 子 所 加 的 电 压 小 于 额 定 值 时 ，铁 耗 近 似 与 电 压 的 平 方 成 正比，所以当定子电压降低时，定子铁耗相应的减少。 （c）转 子 铜 耗 取 决 于 转 子 电 流 ，而 转 子 电 流 又 取 决 于 定 子 电 压 和 负载的性质。 当定子电压降低时，主磁通也随之降低，所以转子电流升 高，并且转子铜耗与电压的平方成反比，因此当电机的定子电压降低 时，转子的电流和铜耗是升高的。 （d）机 械 损 耗 是 指 轴 承 的 摩 擦 损 耗 、转 子 旋 转 时 产 生 的 风 损 总 和 ， 它与电机转子的转速成正比，电压的改变对其影响很小，故可以看做 机械损耗是恒定不变的。 （e）杂 散 损 耗 是 由 漏 磁 通 以 及 高 次 谐 波 磁 通 引 起 的 损 耗 ，它 与 电 流的平方成正比，但是与定子电压的平方成反比。 1.2 求解最小损耗电压和节点率 由以上分析可知，异步电机端电压变化时，铁耗与电压的平方成 正比关系变化，忽略电机定子的铜耗，电机的端电压与励磁电压相等， 可得在任意电压下运行的电机的铁耗与额定电压下空载铁耗的关系