建筑电气设备中电动机能效研究

周丹 苟明泽

在建筑领域的电气设计中，电动机在总用电量中占的比重也很大。本文分析了建筑电气设备中电动机的能效。让我们共同为我国电力能源节约、提高能源效率作出一些贡献。

关键词：建筑电气; 电动机; 能效

中图分类号： F407 文献标识码： A 文章编号：

一、建筑电动机能耗概况

建筑电动机作为风机、水泵、压缩机、机床等各种设备的动力，被广泛应用于工业、国防、商业、公共设施等各个领域。电动机的用电量在世界各国的总用电量中都占有相当大的比重。据美国能源署统计，1994年美国用于生产过程中的电动机系统耗能6790亿kWh，相当于美国全年用电量的23％和工业用电量的63％。美国能源署认为，如果积极推进电动机节能和电动机系统节能，将会产生节电750-1220亿kWh的惊人效果。按平均值估算，通过电动机效率升级，每年可节电246亿kWh，约占电动机能耗的8．9％。在我国，各类电动机的总装机容量超过4亿kW，耗电量约为6000亿kWh。占全国总电力消耗量的近60％，其中中小型电机约占电动机耗电量的70％。

在“九五”期间，中小型电机在产品更新方面作了大量的工作，其主要性能指标达到了80年代末期至90年代初期的国际水平。在“十五”期间，中小型电机行业的战略目标是：

（1）以国际市场为导向，发展能满足国际市场需要的，特别是市场容量大的北美、西欧市场的出口产品，扩大国际市场的占有率。

（2）落实硅钢片“以冷代热”方针，全面更新主导产品，使产品水平有较大的提高。

（3）推广节能产品，发展中国高效电机。

（4）发展调速电机(重点是变频调速电机)及专用特殊电机，满足市场需要，替代进口产品。

在建筑领域的电气设计中，大量的中小型电动机被广泛应用。但客观地说，电动机(用于空调装置，各类冷、热水水泵，排水泵，供热设备，通风机，电动卷帘等)均不是由电气设计人员进行选型的，其参数均由相关工艺专业所选取，包括电动机系统(调速方式、电机间的联锁动作关系等)也由工艺专业确定。

我们在这里将更多考虑影响电动机效率的因素，包括与负荷无关的损耗(常量)，随负荷增加的损耗(变量)及设计环节所增加的损耗；高效电动机的节能效果：以及不同的电动机系统对能耗的影响情况。

二、影响建筑电动机能效的因素

建筑电动机的效率决定于铁芯、线圈绕组材料的选取、结构安排以及运行和装配上的细心和精度。损耗可以分为两类：与负荷无关的损耗(常量)和随负荷增加的损耗(变量)。

影响效率的因素是：线圈绕组(变量)、铁芯(基本为常量)、热力学设计(基本为变量)、空气动力学设计(常量)、制造和质量控制(常量)。

影响建筑电动机能效的因素除上述电动机自身结构因素之外，在工程设计中，也会在不当设置电机传动系统是引发电能损耗，例如，设计选取中过大的余量，在应当采取调速方式的场合而未采用调速方式等。

三、提高建筑电动机能效的措施

对于电动机自身结构因素影响电动机能效的因素，电动机生产厂商及有关研究机构已经作了很多的工作来提高电机效率，并已取得了很好的成绩。我们在这里更多的讨论设计因素造成的电机损耗。

1、选用高效电动机

所谓电机效率，系指该电机输出的机械能与其输入的电能之间的比例关系，这种比例关系，通常以百分比表示。就性能而言，标准电机与高效电机之间存在着相当大的差别。由于在设计、材料和制造方面拥有优势，高效电机在单位电力消耗上所做的工作大大超过标准电机。

高效电机的性能必须达到或超过美国电器制造商协会(NEMA)MGI文件规定的全负荷效率标准。

在特定情况下高效电机的成本效益取决于若干因素，包括电机价格、效率等级、每年使用的小时数、能源使用效率、安装成本以及安装期间误工时间长短、公司的投资回收标准，以及购置设备的价格是否打折等等。

通过选用高效电机，节能产生的经济效益能很快抵偿设备更换的投资。

2、提高电机实际负荷运行负荷率

要提高水泵风机的实际运行负荷率，必须从设计、运行和电机选用等几方面同时采取措施。对电机行业来说，应根据水泵风机类设备的特点，设计水泵风机专用三相异步电动机的系列型谱。

采用水泵风机专用三相异步电动机后，预期水泵风机的实际运行负荷率可从目前的40％-60％提高到50％-75％，再加上该系列电机的实际运行负荷率可比Y系列提高1．64％-2．9％。如与水泵风机配套的电机每年按1000万Kw计算，则每年可节电6亿kwh。

3、电机调速节能

通常风机采用单速电机驱动，由于电机的转速近似不变，所以风机所提供的风量Q也近似不变，即风机的外特性不变。当Q减少时，只能通过调节挡风板或节流阀来达到要求，也就是改变管路的风阻z。这是由于风机效率ч下降，对应风机的输入功率基本没有多大变化。

若电机采用多速电机驱动，可通过降低电机转速来达到减少风量的要求，这时电机的效率变化不大，而风机的输入功率仅为原来l／3左右。

通过电动机调速技术的实例调查表明，采用低效调速技术的节电率为10％-25％，采用高效调速技术的节电率为20％-50％。应根据实际运行的需要，采用适当的方式对电动机及其系统进行调速运行。

调速节能具有十分显著的经济效益，据统计我国1999年发电量为12300亿kWh，约有60％是电动机所消耗的，其中风机、水泵类装机在其中风机、水泵类装机在3000万台以上，耗电量约占发电量的35％，如该类设备的70％需要变负荷运行，若改造其中的50％，则可改造率为35％，即2450万kw，年节电98亿kWh，折合396万吨标煤，投资回收期仅为1-2年，系统的经济效益和社会效益是十分可观的。

四、小结

在建筑领域的电气设计中，大量的中小型电动机被广泛应用。电动机在总用电量中占的比重也很大，其产生的能耗也是相当可观的。本文分析了建筑电动机能耗概况、影响建筑电动机能效的因素、以及提高建筑电动机能效的措施。希望在本文的研究能为广大工程设计人员提供些借鉴意见，将节约能源的宗旨切实地反映到建筑电气设计的各个主要环节，让我们共同为我国电力能源节约、提高能源效率作出一些贡献。

参考文献：

[1] 傅丰礼．电机系统节能和中国高效电机研究．电能效益．2011，9：4～13

[2] 国治．提高我国电动机效率．电能效益．2011，8：20-22

[3] 傅丰礼．美国高效电机的现状和发展趋势．电能效益．2011，12：17～24

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