[科普中国]-电动机节电技术

电动机节电技术是指在利用电动机过程中的节约电能的相关技术。电动机使用中浪费设备陈旧、老化、电源电压过低或不对称以及运行不当、负载率过低等原因。电动机是使用最广泛的电气设备之一,所消耗的电能约占全部工业生产用电的60%,其节电问题显得十分重要。做好电动机电能节约对提高企业的经济效益及促进国民经济的发展,具有十分重要的意义。

简介节能是当前世界各国都很重视的一个课题,电能节约是节能的一个重要方面。而电动机是使用最广泛的电气设备之一,所消耗的电能约占全部工业生产用电的60%,其节电问题显得十分重要。做好电动机电能节约对提高企业的经济效益及促进国民经济的发展,具有十分重要的意义1。

电动机使用中浪费电能的主要原因1、设备陈旧、老化

如我国J2、JO2 系列及其派生电动机在一些用户中还大量存在，这些电动机采用E 级绝缘，体积大，启动性能较差，效率较低。

2、电源电压过低或不对称

由于变电所供电半径过大，供电线路中电压损耗加大，电网电压长期低于额定值，使得电动机的工作电流偏大，造成电动机损耗增大。同时由于低压供电系统中三相四线制的三相负荷分配不均，三相电压不对称，造成电动机产生了负序转矩，增大了电动机的损耗。

3 、运行不当、负载率过低

电动机没有按照经济运行标准科学合理使用，而且管理不善，电动机维护、维修不及时，造成了电动机的电能大量损失。另外，电动机的额定功率（容量）应按照负载设备的实际需要通过计算和校验来确定，“大马拉小车”2。

轻载运行时的降压节电原理分析电动机在额定运行时，随着电源电压的降低，不变损耗即铁损耗将会降低， 而电动机的电磁转矩也随电压成平方地迅速降低。为了稳定运行，要增大电动机的转差率，这必然引起转子电流、定子电流增大，定、转子铜耗即可变损耗的增加值超过不变损耗的下降值，电动机的效率降低。在轻载运行时，由电动机负载转矩公式可知，适当降低供电电压，是有利于节电运行的。因为轻载情况下，电动机的实际转差率小于额定转差率，转子电流并不大。降压运行时，转子电流增加的数值是有限的。降压使电动机的空载电流减少，空载损耗即不变损耗也减少，同时电动机的功率因数和运行效率也得到改善，具有可观的节电效果。据研究，一台鼠笼式异步电动机在额定负载运行状态下，定子绕组的接线方式为“Δ”形连接时，效率为66.7%，在轻载运行时，改为“Y”形连接，效率可提高到79.7%2。

节电技术措施1、选用高效节能的电动机

选用YX 系列高效型电动机和Y 系列节能型电动机能降低空载损耗。据研究，若将我国所有的高能耗电动机用YX 高效型系列和Y 系列节能型电动机替代，1 年可节电48 万kW·h，节电效果显而易见。

2、调节运行电压

异步电动机当三相电路不对称时， 将在内部形成负序磁场，使总损耗增加。如果能采取措施，平衡电力网的三相负荷，使电动机的三相电压对称，就能有效避免电动机的这部分损耗。

另外， 从电动机在轻载运行时的降压节电原理分析可知，电动机在轻载下运行时，如果能适时降低电动机的电源电压，就可降低损耗。常用的方法有：无级调压法、功率因数（cosφ）控制法、最小输入功率法和Δ/Y 电压变换法。

3、调节电动机在最高效率下运行

当电动机的可变损耗与不变损耗相等时效率最高，电动机的可变损耗主要为铜损耗，不变损耗主要为铁损耗。电动机效率最高时并不是在额定负载处。由电动机的运行特性曲线可知，对于常用的中小型异步电动机， 效率最高一般出现在额定负载的3/4 处左右。如果我们能适时调节电动机在最高效率下运行，那么电动机的损耗就能控制到最小。

4、异步电动机同步运行

异步电动机额定运行时的转速略低于旋转磁场的转速即同步转速，同步电动机的转速为同步转速：n1=60f/p。如果调节同步电动机在过励磁的情况下运行， 同步电动机就能从电网吸收超前的无功电流，还能补偿异步电动机等感性负载的无功电流，提高功率因数cosφ。同步电动机的功率因数cosφ 一般较高，可达到0.9～1.0。因此，在负载转速变化不大的情况下，把三相绕线式异步电动机改作三相同步电动机运行。即先将三相绕线式异步电动机异步启动，当转速接近同步转速时，绕线转子绕组接入直流电可实现同步运行，调节其在过励磁状态下，以达到节电目的。

5、就地电容无功补偿

电动机多为感性负载， 运行时要消耗一定的无功功率，功率因数都不高。如果用电容器给电动机就地无功补偿，即感性负载两端并联电容，就能大大减少无功损耗，提高功率因素。感性电动机电容无功补偿后的功率因数一般为0.92～0.96。同时由于电容补偿后的总电流减小，因而线路上的有功损耗I2R 也有所减少。

6、节电器的使用

使用节电器能达到节能的目的。几年来，市场上相继出现了多种节电装置，JN-1 高效节电器就是其中的一种， 其最高节电可达损耗的40%。它以电动机的工作电压和电流作取样对象，自动监测负载变化，适时动态调整电动机的电源电压。在轻载情况下，将电动机的供电电压自动降至最佳需求，提高了功率因数cosφ，降低了无功损耗和有功损耗，对于长期处于轻载或负载变化较频繁的电动机，其节电效果更佳。JN-1 节电器除具有节电功能外，还具有恒流软启动、缺相保护、过载保护、过热保护等功能，是一种较理想的电机节电、启动综合装置1。

节能技术的发展由于交流电动机的工作原理，使得电动机电能浪费成了各界人士广泛关注的问题。作为消费电能达发电总量60%以上的电动机，任何微小的浪费累计都是一个惊人的天文数字。为了解决这世界性的难题，各国的科学家进行了不懈的努力，也诞生了许多有效的节电办法，如使用变压器强制降压等。但是，这些节电方法并没有获得推广，其主要原因是设计复杂、造价昂贵，而节电效果不很理想。直到80年代中期，由于微电子技术的发展以及半导体材料科学的发展，使得节电效果好、结构简单、造价低廉的节电产品得以问世并迅速得到推广成为现实。控制输入电动机所需的最低电力，以达到省电的目的是当代节电技术的设计主流。它的原理基本上是以闸流体控制电力的供应。此一构想首由美国 NASA于20多年前提出。利用闸流技术进行电能控制，可分为两种情况：调压、调频。调频是改变电网供电频率的方法，促使电机在工作中始终在效率所要求最高状态下，提供最低限正常工作电量的节能方案。这一技术的应用，在很大程度上改变了异步电动机的工作特性，其节能的有效性已被广大客户所共识。但是这一技术的应用投入成本非常高，投资回收期很长。正是由于这一投资方面的原因，其节能技术的应用广泛性受到极大限制。

数字式异步电动机节电器是综合最新高科技技术的一种新产品。由一台微型电脑（单片机）和相关控制模块所组成。是先进的微电子技术和半导体材料科学的杰出代表，具有实时监控、智能调整、电机保护等多种功能。其极高的性能价格比，一经问世就成了关注的热点。通过世界60多个国家和地区的应用而最终成熟的一种采用最先进电子数字技术的程控节能产品3。

本词条内容贡献者为:

尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学