三相异步电动机的节能分析

三相异步电动机的节能分析

【摘要】分析了三相异步电动机产生损耗的原因，提出在电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分析。

【关键词】电动机；节能原理；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60%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150%～200%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（In），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30%～50%）。

2电动机损耗

由于电动机额定功率因数一般都不会超过0.8，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0.76～0.89。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。

3调压节能的原理

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80%至92%，如图4所示。当负载率降至50%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。

4.2电机智能节电器与变频器的主要区别

（1）变频器改变电机转速，电机智能节电器不改变电机的转速。

（2）变频器节电率比较高，电机智能节电器节电率视电机工况。

5效果

通过对37kW、22kW破碎机以及110kW破碎机智能节能的技术改造后的计量分析，节能率分别为13.5%、26.2%和16.3%。起到了较好的经济效益。