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异步电动机节能方法初探 |
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摘 要：介绍了异步电动机若干节能方法，并根据其不同的工作原理，得出相应的应用范围
关键词：异步电动机；铁损；铜损；调速；节能；功率因数
一、引言
异步动机作为电能转换的特定机械，在交通、能源、工农业生产中应用广泛，据不完全统计，异步电动机的用电量高达整个电网的60%以上，如果能采取有效措施使其节能0.9%，则按2000年初我国的总装机为27700万KW的容量计算，相当于增加了一个150KW装机的发电厂。由此可见、异步电动机实现节能十分有益。
二、节能措施
1、正确选型
按节能的需要，用户宜优先选用高效电机，且必须减小所选电机的浮装容量，杜绝“小马拉大车”的不良现象, 使电机负载率始终保持在80%以上。我国自行设计的Y、YX系列异步电动机较老式的 JQ2 具有较高的效率，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系列电机较JQ2的效率高出0.4%，而YX的平均效率较Y又高出 3.0%。为了降低铜、铁损，必须采用损耗低、导磁性能较好的磁性材料，同时又需以设计及工艺的革新来降低杂散损耗，使得高效电机的成本相应地增加20%~30%。但是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。例如；一台功率为11KW的4极高效电机，其损耗下降为25%，负载KL =1，运行小时数H=4000h，电价Ce =0.4元/KW.H，由成本回收公式△C=(1/η0-1/ηe)PNHKLCe可知，每年可节约电费600元，而高效电机的投资增加量为500元，由计算可知，10个月后高效电机的追加成本可以回收。
电机选型时除了上述原则外，以下几点不容忽视：
（1）因转子效率的差异，笼型电机较绕线电机宜优先选择。
（2）因功率因数的差异，高速机较低速电机优选择。
（3）因电压等级差异致损耗有所差异，当负载较大时，高压电机较低压电机宜优先选择。
2、提高功率因数
异步电动机在运行过程中会在电网中吸取大量的感性无功功率, 这样，就使电网中的功率因数被恶化。系统的运行效率下降。可以采取无功补偿的方法予以调整：
（1）并联电容器。
（2）对大容量的绕线式异步电机宜使其同步运行。
（3）安装功率静补装置，该装置主要由交流滤波装置及容量可无级连续调节的感性无功设备联合组成，可以进、滞相运行。
电网的功率恒定的前提下，使系统的视在电流有所减小，降低了供电线路的损耗，从而有效地实现了节能。
3、调速节能
（1）串级调速节能
如图1 所示，串级调速是将异步电动机运行时转子线圈中的感应电势SE2通过清环装置引出经三相整流桥变为直流，再由三相全控桥将其逆变为50Hz或60Hz的交流电源，通过变压器调压后并接于电机的电源两端。这样，就可以通过调节逆变桥的晶闸管触发角来调节电机的转速；同时，还可以确保转差功率sPem 被电网再利用，对大容量的异步电动机，有利于其在低速状态下节约大量的电能。
（2）变压调速节能
当异步电动机轻载时，降低其外在的电源电压，可以实现节能。设异步电动机正常运行，若不计空载转矩，则电磁转矩Te 必定等于负载转矩TL。电源下调后，主磁通φm减小， 此时，Te =CTφmI2 COSφ2 保持不变，因转差率s 及cosφ2 基本无变化，故只有转子电流I2增加。需要指的是电机轻载时，转子电流 I2的增幅较小，由电磁理论可知：定子电流I1=Im - I2，式中Im是满足随着φm减小而减小。在一定的负载下，只要满足 I2 的增幅减小 便得Im 的减幅起主导作用，此时I2及Im的矢量和减小，即：定子电流 I1减小，定子铜损Pcul =3 I21 r1随之减小，电机效率上升。
在实际应用中对于△接法的异步电动机，当负载率低于50%以下时，可以改接为Y形接法, 如图2 所示，此时，电机的相电压降为原来的1/ 具有较好的节能效果。据悉，山东胜利油田的抽油机采用△/Y切换后，平均有功电14.53 %，综合节电率为22.49%，该油田在五个月内累积节电产值为51.84万元，十分可观。同时，随着现代电力电子技术的发展，异步电动机的高效节能器（或称软起动器）应用日益广泛，它是移相控制原理同自动控制理论相结合的产物。如图3所示，由串接于电源与被控电机间的三相反并晶闸管VT及其控制回路组成，通过改变晶闸管导通角的大小，来控制主回路电流值，经验表明：负载率在35%以下时，软起动器节能性能显著，例如：对于30KW的电机，当负载为0.3%时，节电640W节；当负载率5%，节电370W；当负载率为15%时，节电160W；当负载率为35%时，节能40W。
（3）其他调速节能方式
常用的节能方式还有变频节能，变极节能等，对于风机、泵类负荷也可以双速电机调节，当流量大时，采用高速；当流量小时，采用低速。总之，若异步电动机的输入功率下降时，则在允许范围内，应赌输出功能随之下降。
三、结束语
异步电动机的节能方法较多，在实际操作中，需同时兼顾可靠性、经济性、综合比较，不断优化，直正作到投资少、见效快、收益高。
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