异步电动机的节能方法分析

论文题目：异步电动机的节能方法分析

摘要：当今，节能行动进行得如火如荼，工农业生产中大量使用异步电动机，针对异步电动机的特点、结构、以及新技术的应用，本文从提高电动机的利用率，降低电能的损耗方面分析异步电动机的节能方法和原理。

关键词：异步电动机节能方法

论文内容：

电动机的应用在我们生活中已成为必需，电动机的用电总量也越来越多，约占我国用电总量的70%以上，其中中小型异步电动机的用电量约占总用电量的30%，而电动机的损耗约占额定输出功率的6.5%~23%，如何减少这一部分损耗是攻克电动机节能的主要课题。下面就异步电动机的几种节能方法及原理做些浅要的分析。

一）适当选择电动机的容量

用电设备选择不当，造成“大马拉小车”或“小马拉大车”的现象，无疑会造成对电能的浪费。比如某水泵的实际功率只有12KW，若采用JQ2—72—4型电动机，其功率为30KW，则其负荷率仅为40%，明显是“大马拉小车”了；若改用JQ2—61—4，13KW的电动机，则大大减少了浮装容量，功率因数、负载率均得到了提高，功率损耗减少节省了电能。实用中若负载率经常低于60%的电动机，应改用适当的小容量的电动机。

二）采用Y/△自动转换装置

很多设备的负载不均衡，且运行时负载功率较大，重载时负载率达到70%以上，如车床、冲床、皮带运输机等，因其重载时输出功率大，故而不能象上面将大电动机改换成小容量电动机。然而这些设备上的电动机轻载时间长，其轻载时负载率也只有10%~40%，为了解决轻载时对电能的浪费现象，在不更换电动机的前提下，我们可以采用Y/△自动转换装置以达到节电的目的。

因为三相交流电网中，负载的不同接法所获取的电压是不同的，因而从电网中吸取的能量也就不同。

当电动机做Y 形接法时，流过电动机绕组的电流I Y 为：

I Y =Z U 3 当电动机做△形接法时，流过电动机绕组的电流I △为：

I △ =3

Z U 从上两式不难看出，当电网的电压不变时，电动机做△形接法和Y 形接法时的电流之比为 I △：I Y =3：1。也就是电动机Y 形接法与△形接法相比，前者的线电流只有后者的1/3，因而Y 形接法可使电动机的铜损、铁损降低，电动机效率提高。

因为Y 形接法时电动机绕组电压较低，在同样负载下，Y 形接法时的转子电流比△形接法时大，而转子电流受额定值的限制不能过大，这就限制了Y 形接法时不能带较大的负载，需要在负荷较大时自动切换到△形接法。电动机由△形接法改为Y 形接法后，其极限容许负载率大致为铭牌容量38—45％左右，在不同负载率 β情况下Y 形接法与△形接法的电动机效率比Y Y ／Y △见表1。

负载率

β

0.1

0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.4 0.45 0.

5 Y Y ／Y △

1.2

7 1.14 1.10 1.06 1.04 1.02 1.01 1.005 1 表1

由表可知，在负载率 β为0.5时Y 形接法与△形接法电动机的效率相等，所以在负载率0.5以上时，将△形接法转换为Y 形接法没获多大经济效果，只有在 β∠0.3时效果才明显。

Y/△自动转换装置是在一定程度上使电动机运行状态处于最佳状态（或范围）以达到节约电能的节电装置。该装置设计为当β∠0.45

时，通过取样电路把反馈的电流信号放大送入控制电路，并通过控制电路执行把绕组由△形接法转为Y形接法，当负载率β>0.45时，该装置又将绕组由Y形接法转换成△形接法。从而达到了节能的目的。

三）开口槽异步电动机采用磁性槽楔可实现节能

中、小型排灌水泵用异步电动机大多采用开口槽异步电动机，由于电动机定子槽采用开口槽，因此整个圆周内气隙磁阻不相同，出现齿部磁阻小，槽部磁阻大。由于齿部磁阻小，磁通密度大，槽部磁阻大，磁通密度小，这样在定子与转子之间的气隙磁场产生了畸变。通过傅里叶级数分解可得到基波分量和谐波分量，谐波分量在转子中造成了附加铁损耗和附加铜损耗。此谐波产生的铁损耗一般占电动机整个铁损耗的30%左右，为了降低这一部分损耗电动机可采用磁性槽楔。

所谓磁性槽楔就是能够导磁的槽楔。普通槽楔是不导磁的，如常见的竹楔，用环氧玻璃丝布层压板制作的槽楔。在制造槽楔的材料中加入导磁的材料（如钢丝、薄钢板、铁粉等导磁金属材料），均能构成磁性槽楔。磁性槽楔主要降低异步电动机中的空载铁损耗，空载附加铁损耗是由齿槽效应在电机内引起的谐波磁通而在定子、转子铁芯中产生的。定子、转子在铁心内感生的高频附加铁损耗称为脉振损耗。另外，定子、转子齿部时而对正、时而错开，齿面齿簇磁通发生变动，可在齿面线层感生涡流，产生表面损耗。脉振损耗和表面损耗合称高频附加损耗，它们占电机杂散损耗的70%～90%，另外的10%～30%称为负载附加损耗，是由漏磁通产生的。

采用磁性槽楔的电动机比采用普通槽楔的电动机的铁损耗可降低6%，因中、小型异步电动机的铁芯损耗约占其额定容量的1.32%～3%，所以中小型异步电动机采用磁性槽楔后其铁损耗可降低0.78%~1.8 %。

四）采用电容补偿法对电动机做无功补偿

有关资料表明：0.4KV低压配电网络中的无功损耗约占全电网损耗的50％。因此，仅仅对高压输配电网络的无功补偿是远远不够的，只有在低压配电网络中合理实施无功补偿，才能使电网运行在最佳的经济状态。中、小型电动机则是无功消耗的主要设备，因此必须对这

些使用电动机的电网进行无功补偿。常采用补偿电容法对电动机进行无功补偿。

提高功率因数，减少功率损耗是无功补偿的主要目的。当输送有功功率不变，功率因数从cosø1提高到cosø2时，电网中各串接元件的有功负载损耗降低百分率为⊿P%=(1- cos2ø2/ cos2ø1)×100%。当功率因数从0.6提高到0.95时有功功率损耗将降低53.2％，可见降损效果显著。

五）采用周期制动装置

在实践中，有些设备在运行过程中不是连续工作的，而是时断时续或是周期性运作。为了消除空载功耗和发电回馈造成的浪费，我们可以利用一种周期制动装置控制电动机的供电，直接节电率可达到10%~25%。

该周期性制动装置通过在电动机供电线路中接入数据处理和控制单元、负载率检测单元、同步信号检测单元以及供电执行单元对周期制动异步电动机进行节能控制。其特征在于：当电动机的实测负载率大于零时，供给电动机按实测负载率大小计算出的最佳电压值，以输入最小电功率适应电动机负载的变化，提高电动机的效率和功率因数；而在电动机实测负载率小于或等于零时关断供电回路停止供电，消除空载功耗和发电回馈浪费。该装置的控制步骤如下：

a、通过负载率检测单元连续测量电动机供电回路中的工作电压和电流，并将测量数据传输给数据处理和控制单元。

b、通过同步信号检测单元连续检测电动机电压信号，在电压出现过零点时向数据处理和控制单元发出同步脉冲信号。

c、数据处理和控制单元用获得的电流、电压数据计算电动机的实际负载率，并根据计算结果自动选择后面的控制步骤：若电动机实际负载率大于零，则执行下述从d至g的步骤。

d、根据电动机的实际负载率，计算出电动机在此负载率下能够获得最高效率的最佳供电电压。

e、根据最佳供电电压计算出供电执行单元应该获得的控制数据。