[科普中国]-电压效率

电解时理论所需最小外加电压(理论分解电压)与实际外加电压(槽电压)之比。即电压效率=(理论分解电压/槽电压)×100%。其值小于100%是由于存在超电压和电解液、电极、接点等的电压降。影响其大小的主要因素有电极材料、电流密度、电解液组成、电解槽结构、槽温及搅拌强度等。1

概念电压效率是电解反应的理论分解电压与电化学反应器工作电压之比。显然，电压效率的高低可以反映电极过程的可逆性，即通电后由于极化产生的过电压高低，也综合地反映了电化学反应器的性能优劣，即反应器各组成部分的欧姆压降。2

一般说来，因为K值基本不变（除非原料及生成反应根本改变），影响直流电耗的主要是槽电压和电流效率，降低槽电压和提高电流效率是降低直流电耗的关键。

影响因素对于一个实际电池体系来说，除参与电池反应的电极活性物质外，还应包含许多其他结构材料，如导电剂、黏结剂、集流体、隔膜、外壳等，因此，电池的实际比能量往往大大低于其理论值。事实上，电池的实际比能量除受这一因素影响外，在很大程度上还受制于电池反应实际能达到的反应程度以及实际的可输出电压。上述影响因素分别称为电压效率(班)和质量效率(抽)、反应效率(聃)。3

分析既提高所谓电压效率是指电池的实际输出电压与电动势的比值。由于电动势只是从热力学角度考虑而获得的一个理论电压值，而电池的实际输出电压涉及反应体系的动力学性质，因此，后者低于前者，其比值小于1。电压降低的多少由电极反应的电化学极化、浓差极化及体系的欧姆极化所决定。其中，欧姆极化包含电池各部件之间的接触电阻、固相电阻以及电解质溶液的液相电阻等引起的极化。因此，要获得高的电压效率，必须选择具有高电化学活性的物质作为电极活性材料，并发展与之适配的具有高电导率特征的电解质体系，同时，尽量减小体系的固相电阻及接触电阻。所谓反应效率是指实际电池反应能进行的最大限度，也就是活性物质的利用率。导致电极活性物质利用率降低的原因主要有各种副反应的发生(如水溶液电池中的置换析氢反应)、电极表面钝化以及电极结构粉化等。因此，要提高电极材料的反应效率，必须避免和抑制上述现象的发生。例如，增大电极表面积、提高电极孔隙率或加入合适添加剂等以消除或延缓负极钝化。3

损耗分析电动机过负荷能力降低及某些重载负荷过电流等问题。但-5%范围内，一般不会出现这些问题。 电压变化在负载不同时对电机效率影响是不同的。在重载时提高电压在一定范围(从342伏提到380伏)可以提高效率,再提(412伏)则效率反而下降。但轻载时，电压从342伏上升则效率越来越低，如何调整线路电压及个别调整电机端电压力可以达到节能的效果。

三相电压不平衡时异步电动机运行损耗分析： 由于三相负载不对称，常常引起供电电压不平衡。这不平衡电压在异步电机中产生三相不平衡电流。用对称分量法可以分成正序、负序及零序电流。当定子绕组Y接时，则零序电流为零。其中正序电流产生转矩，使电机转运，负序电流产生一反转矩，使输出转矩有所减少，当电压不平衡值小于10%时，负转矩不大，一般可以不计。但对于负序磁场在转子中产生损耗以及定子电流由于不平衡而使损耗增加必须给予关注。一般电压不平衡时，其三相相位差不能保持120度，而相位变动后，产生的负序损耗及定子铜耗增加随电压不平衡度的增大而达到不允许的结果。因而保持供电电压平衡，可以节约电能。 4

相关研究各国对于电源频率允许偏差范围的规定是不同的。在实际正常运行中，日、美控制在±0.01周/秒，而我国许多缺电系统有时频率偏差超过±0.2周/秒。在电力系统网络化的今天，公共电源频率的稳定是有保证的。这里只需要考虑专用电源（比如变频电源）频率变化对电机损耗的影响。

对于风机泵类负载，由于轴转矩与转速的平方成正比变化，频率降低后，转速下降，转矩也下降，使定子及转子电流下降，因而电机效率有所提高,再加上轴功率有大幅度下降，电机输入功率同样大幅度下降,所以风机泵类负载采用变频调速，在低速时可获得好的节能效果。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所