电动机节能系统的设计思路浅谈张海青

电动机节能系统的设计思路浅谈张海青

张海青

（山西阳煤丰喜化工有限责任公司山西运城044100）

摘要：随着可持续发展理念的深入，人们的节能环保意识明显提高，电动机能源消耗巨大，其节能降耗势在必行。结合电动机的工作原理，有针对性地优化和改造，引入先进的节能降耗方法，减少电动机运行的电力损耗，提高电动机的经济效益、社会效益和环境效益。

关键词：电动机；节能系统；设计

1中国电机能效现状及节能效果

中国目前在用的电动机以Y系列为主，其效率平均值为87.3%，而美国高效电动机的效率平均值为90.3%，因此，中国电动机效率比美国等国家使用的高效电动机的效率平均低3个百分点。由于电动机系统消耗了大部分的工业用电，工业领域电动机的能效每提高一个百分点，每年可节约电量约260亿kWh，因此电动机效能的提升成为工业节能的一个重要方面。

2电动机节能技术措施

电动机的节能有两方面的技术途径：一方面是进行电机本体结构设计的改进和新材料的采用，对老电机进行更新改造；另一方面是改进电动机运行的外部环境。

2.1永磁同步电动机技术

2.1.1节能原理

稀土永磁是一种高性能的功能材料，它的高剩磁密度、高矫顽力、高磁能积等优异磁性能特别适合于制造电机，充磁后无需外加能量就能在电机内部建立进行机电能量转换所必需的磁场。与异步电动机相比，稀土永磁同步电动机无滑差，转子上无基波铁、铜耗；不需要用已产生磁场的无功励磁电流，在满载、轻载时，其功率因数均可接近于1.0，功率因数的提高，不仅节约了无功功率，也使定子电流下降，定子铜耗减少，效率提高；在稳定运行时，稀土永磁同步电动机转子中无感应电流，因此无转子电阻损耗，电动机的温升有更大裕度，可将风扇减小甚至不安装，从而减少风摩损耗，进一步提高电动机效率；稀土永磁电动机效率特性有高而平的特点，所以稀土永磁电动机在轻载到满载之间相当宽的区域内效率为最高，在相同负载下，效率较异步电动机要高得多。

2.1.2适用场合

稀土永磁同步电动机适用于长时间轻载、空载运行的场合，如数控机床、纺织、升降机、化纤类等设备。但是，永磁材料在高温下容易发生退磁现象，而退磁曲线不能保证是直线，在永磁同步电动机中，起动、刹车或故障情况下电流会激增，可能发生不可逆退磁，因此，永磁同步电动机不适用于频繁起动、制动和高温场合。

2.2高效电动机替换技术

2.2.1节能原理

高效节能电动机采用新型电机设计、新工艺及新材料，通过降低电磁能、热能和机械能的损耗来提高输出效率。与普通电动机相比，高效电动机由于满载和部分负载运行时效率都提高，因此可以降低能源消耗，同时由于损耗小，发热少，温升较低，使得电动机使用寿命及可靠性都可提高。通常情况下，高效电动机效率比普通电动机平均提高3%以上，节能效果明显。

2.2.2适用场合

高效电动机直接替换技术适合应用在负载率较高（50%以上）、年运行时间较长（3000h以上）的恒转矩负载上。

2.3变极调速技术

2.3.1节能原理

变极调速异步电动机是在电源频率保持不变时，通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。根据公式（1）可表明节能原理。

n=60f（1-s）/p.（1）

式中：n为电动机转速；f为电源频率；s为电动机转差率；p为电动机磁极对数。

电动机的转速n与磁极对数p成反比，磁极对数p增加一倍，电动机转速n下降近似一半，又因为电动机的功率与转速n成正比关系，所以改变磁极对数可以达到改变电动机功率的目的。但是这种调速方法是有级的，不能平滑调速，而且只适用于异步鼠笼式电动机。

2.3.2适用场合

变极调速技术适用于需要进行调速且转速调节的次数不高或者工艺要求有几个固定速度的场所，比如风机、水泵类负载要求对流量进行调节，调速精度要求不高的场合。由于变极调速技术成本比变频调速低很多，在特定场合有着良好的应用空间。

2.4改革电动机的传统设计系列

通过研究电动机以往的设计系列发现，大多数电动机的设计采用的是J2或者JO2型系列，这两个系列的电动机在实际使用过程中出现了许多问题，严重影响到了电动机工作性能，不利于我国工农业等的发展进步。对此，我们可以将J2以及JO2系列设计的电动机改为用Y型系列，Y型系列的电动机相比J2和JO2型电动机来说，有两个极为突出的优势，第一，利用Y型系列设计的电动机能够极大的降低耗能，符合我们对电动机系统设计改革的要求，并且符合当今社会对于绿色环保的要求。第二Y型系列设计的电动机在初始阶段成本会高于J2和JO2型系列的电动机，但是其边际成本是呈下降趋势的，随着电动机生产数量的不断上升，适应率的不断上升，电动机的平均成本会下降，当平均成本下降到边际成本以下之后，那么就会给企业带来极大的经济效益，因此，利用Y型系列设计新型电动机是我们对于电动机系统的设计改革的一个重要步骤。

2.5加强控制电动机内部系统的电压

电动机内部系统的电压也是影响电动机耗能的一个重要因素，具体来说，电动机内部电压影响耗能的原理为电动机内部电压在控制的过程中主要依靠的是三相电压，然而三相电压在工作的过程中存在不稳定性，这些不稳定性长期存在就会影响到电动机内部的磁场，磁场受到影响后产生负序磁场，这些磁场对电动机内部的电流产生巨大影响，使其对电动机产生的功率进行消耗，这样一来不仅会造成电动机功率下降，也会造成电动机耗能上升，对于电动机内部系统的工作极为不利，因此，从根本上来说，我们要降低电动机耗能就需要有效控制电动机内部的电压，使其保持持续性平衡状态。

2.6利用电容器进行电动机内部的就地补偿

电动机内部的损耗极大，对此我们可以利用电容器进行电动机内部的就地补偿，以此减少损耗。具体来说，以异步电动机来说，电动机做无用功的情况很多，其中电动机在负载时，为了保证电动机的正常运行和操作就需要对其进行电能损耗，那么这些电能就是电动机做无用功所产生的额外电能，不仅不能提高工作效率，还会影响电动机的性能。针对这种情况，我们考虑利用电容器来对电动机进行就地补偿，当电动机在负载情况下进行工作的时候，电容器就对电动机进行电能补偿，防止电动机自身利用做无用功的方式保证电动机的正常运作从而减少电动机的额外消耗，此外电动机在做有用功时也会消耗一定的电流，利用电容器的就地补偿也能解决这一问题，降低电动机的电能消耗。

3结语

电动机节能减耗是当前我国社会经济可持续发展的必然要求，结合当前我国电动机应用现状，应从多个方面积极运用节能降耗技术，加大对电动机节能降耗的研究，不断提高电动机的节能性。

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