浅析三相异步电机节能策略

梁承云

摘要：由于三相异步电动机产品价格便宜，结构简单，管理工作安全可靠，维护简便，已广泛用在工农业生产的各个方面，并成为了各类制造机械的主要动力源。不过目前这种电机能耗量太大，长时间以低负载、低效率运行，影响整体能耗。因此本文介绍了稳定电机运行电压、减少空转时间、正确选型、提高功率因数、利用变频调速技术以及三相异步电机进行节能改造等节能策略，以期能够为三相异步电机在节能控制方面探索最优的方案提供参考。

关键词：三相异步电机电机选型变频调速功率因数

前言

由于经济社会的快速发展，对资源能源的需要量也愈来愈大，因此能量问题很早己经形成了一种世界性社会问题。在我们当今的世上，正潜伏着极大的能源危机，这是因为地球的资源有限性而人们的需求却是无限的，资源将会显得更加宝贵。由于人们需求的日益扩大，以及社会的日益发展，资源消耗的速度将远远超过了资源的可再生能力。上世纪七十年代以来两次世界性的能源危机，引发了全球各地政府对于节能技术的普遍重视。中国的能源产量和消费已列在全球第二位，却仍然远远适应不了工业生产和民众日常生活发展的需求，在能源供应极为紧张的状况下，却又由于在节能方面的很大差异，导致了单位生产总值能耗太大，每年的能耗浪费触目惊心。

在能耗的总消耗中，电量的消耗占据了较大比重。随着中国工农业产品的发展，以及民众日常生活技术水平的日益改善，用电的总量也越来越多，但同时也面临着巨大的能量浪费问题。比如，有很大比例的风机、泵类负载，由于采用恒速驱动，耗费掉了巨大的能源。这类驱动系统约占全国工业用电拖動总量的50%以上，若使用变频调速节电技术则至少可节省百分之二十以上的电力。在这样迫切的能源危机下，对于提高民众的资源节约思想和环境保护意识，鼓励各类节能措施和发展各种节能的新产品，从而促进节能科学技术的发展，将有着非常重大的现实意义。

1.三相异步电机能源浪费情况

伴随着我国国民经济的蓬勃发展，世界各地的工业也都获得了迅速的发展。在工业自动化领域中，大部分工业自动化装置的运行过程都离不开电动机，而交流异步电机则作为各种电动机中最为常用的一类，因为它具备了构造简单、制造简便、价格低廉、兼顾耐用、工作可靠等众多优势，在很多场合下已代替了直流电机，广泛地应用在各个领域。据统计，电动机大约占了全国电力总消耗的百分之六十，也大约占全国工业企业的百分之七十，而工业企业中三相异步电机则大约占全国电动机总容量的百分之九十以上。

不过，这样的一个能耗大户也并非总是充分利用了能源，而是存在着大量的能源浪费现象。实际中的三相异步电动机，由于它们通常都是根据预先设定的负载类型选择实际选型，在进行电动机容量的实际选型时，它们往往是考虑了过大的电机安全余量。但过大的安全余量会使三相异步电机远离它的最佳效率与工作区间。三相异步电动机容量若选的太大，将导致在它的实际应用过程中大多时常处在轻载，而某些时候更是时常处在空载下工作。当三相异步电动机工作于额定负载附近时，它的效率非常高，但当异步电动机工作位于较轻负载附近或近空载工作范围时，异步电动机的最大负载率就非常低，同时三相异步电动机的最大有功电压也非常低，其无功电压基本无变，所以当此时三相异步电动机的功率因数也非常低，电动机的工作效率也就会相当的降低，这样就导致了异步电动机能源的巨大浪费。在能源问题日趋严峻，政府企业纷纷提倡节能减排、节能增效的今天，研究异步电机的节能运行方案，提高异步电机运行效率和功率因数，对发展经济和保护环境具有重要意义。

2.三相异步电动机节能方面主要存在的问题

2.1 旧型电机仍在超年限使用

中国在上世纪的七八十年代技术还是比较落后的条件下制造出了大批的电动机，这种电机大多为J2、JO2系的旧型电动机，且体积很大，工作效率低，所以尽管中国不少的大企业对生产车间进行过技改和更新设备，但仍有一部分企业还是在采用这样的电动机，因为历史比较悠久，所以这种旧型的电动机的工作效率较差，且能耗也很大。

2.2 电机的负载率过低

因为电机选型不当或在制造过程中工艺条件出现了很大的改变，这就使得许多的电机的实际工作负载远小于额定的负载，在实际工作中，许多的风机效率甚至只有百分之六十。

2.3 电机电源电压不对称

由于低压供电系统的单相负荷会出现不平衡的现象，会让电动机的三相电压出现不对称的现象，让电机产生负序转矩，让电机在运行中产生较大的损耗。电网电压偏低的情况下，电机电流增大，使损耗进一步增大。

2.4 负荷调节与转速控制不当

在在设备的实际使用中，由于许多公司使用机械的方式来调速，而没有使用电力调速的方法，在电流大小配合和速度控制等方面都有不恰当的控制，从而导致损失加大。

2.5 维修管理不善

在设备保养中，由于不能按照按规定的规程运行，或者维修保养的周期过长，导致了设备的损耗进一步扩大。同时，由于设备的空置时间过长，也会导致损失进一步扩大。

3.异步电机的节能策略

3.1保持电机运行电压的稳定

电源电压的稳定，是确保电机正常工作的关键条件，但电机若长时间工作或在电流波动的情况下，不但工作效率降低约百分之二，甚至影响电机的寿命。同时，一旦三相电压不均匀，即相间误差达百分之二点五，将会使电动机的工作效率下降约百分之十。

3.2减少空转时间

一台15千瓦电动机，铁损是0.85千瓦，假设一天空载工作一小时，一年工作了三百多天，那么空载耗的总能量是255千瓦时，而且电动机还需要和配套的设备相连接，这样空载工作损耗的能量是电动机空载时2～3倍。为了降低电动机空载运转损失，对于空载运转时间大于五分钟的小型电动机应当进行停机，而如果在电机的工作循环中多次发生上述情况时，则应当设置空载自停装置。

3.3正确选型

按节能的要求，宜优先选择较高效率电机，但须降低可选用电机的浮装容量，以减少“大马拉小汽车”的不利现象，使电机负荷利用率一直维持在百分之八十以上。我国自行设计的Y、YX 系列异步电机效率比老式JO 系列电机效率高，通常情况下，普通电机的损耗为输入功率的6%～25%，平均损耗折算后为13%，Y 系列异步电机比JO系列电机的效率高出0.4 %，而YX 电机的平均效率比Y 电机又高出3%。为减少铜、铁的消耗，需要大量使用热损失较低、导磁良好的铁磁性材料，并且需要通过改善产品设计结构和生产工序来减少金属杂散消耗，使高效电机的生产成本相应提高了20%～30%。但对于长期连续运行且负载率较高的工况采用高效电机是合适的。

3.4提高功率因数

异步电动机的在工作过程中，将会从电网系统中吸取大量的感性无功电量，如此一来，将使得电网系统中的功率因数被大大下降，控制系统的工作效能也降低。这种情况，可以通过无功补偿的方式进行调节，例如采取以下的措施。

（1）并联电容器;

（2）对大容量的绕线式异步电机可使其成为同步电机运行;

（3）安装功率因数静补装置，该装置主要有交流滤波装置及容量可无级连续调节的感性无功设备组成，可以进行滞相运行。电网的功率因数提高后在保证有功功率恒定的前提下，使系统的视在电流有所减小，降低了供电系统的损耗。从而有效的实现了节能。

3.5 采用变频技术节能

当电机用于水泵、风机等要求控制流速的机器上时，最传统的方法是采用阀门、调风门等节流设备来进行，但这些方法将大部分的能量都消耗在了节流设备与管路之间的磨擦发热作用上面，系统效能也就非常低下，如能以变频调速来改变流量，则情况就不一样了。

以空气压缩机系统为例，在生产中，压缩空气要保持在一定的压力范围内，这项任务一般通过空压机的机械加、卸载完成。这种方式，不但压力波动大，还会造成电机电流的偏高，不利于节能。如果采用的变频式空压机，则空压气不仅稳定，而且电机的工作电流也可以降低，对节能相当的有利。

3.6改进电机的设计与制造工艺

改进了电动机的设计和制作工艺，在制造中，一是要采用更加轻薄的钢片，来减小热损耗，使电动机的耗能减小，而增加了电动机定子铁芯，以达到减小磁密、减小铁损的目的;二是在铜导线的材质选用上要考虑直径较大的材质，以减小绕组端部的直径，从而有效减小了铜损，并提高发电机的满槽率;三是必须采用直径大转子导条和端环，以便减小能量损失;四是要在风扇上加以完善，并对设计方案与工艺加以完善，提高效率，尽量减少风摩损和轴承损失。如果单2极电机的风摩耗很大，就必须在设计时格外注意以减小风摩损耗。所以当设计三相异步电动机的节能型电源系统时，就必须充分考虑了其实际的热损耗，通过科学合理的设计，例如使用了不可逆的后倾式风机，以减小总风摩耗;五是要求在设计时，选用最合理的绕组型式和节点间距、槽配合、转子槽倾角和获得最佳的气隙大小尺寸等等，以减小杂散损失。

4.结束语

综上所述，三相异步电机的节能方式较多，要根据对实际情况进行分析，并且采取相应的节能措施。但在实际操作中，还必须同时充分考虑安全可靠、经济效益，并进行综合对比，以进一步优化，探索出最佳的节能方案。

参考文献：

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