摘要：当今，节能行动进行得如火如荼，工农业生产中大量使用异步电动机，针对异步电动机的特点、结构、以及新技术的应用，本文从提高电动机的利用率，降低电能的损耗方面分析异步电动机的节能方法和原理。
关键词：异步电动机 节能方法 论文内容：
电动机的应用在我们生活中已成为必需，电动机的用电总量也越来越多，约占我国用电总量的70%以上，其中中小型异步电动机的用电量约占总用电量的30%，而电动机的损耗约占额定输出功率的6.5%~23%，如何减少这一部分损耗是攻克电动机节能的主要课题。下面就异步电动机的几种节能方法及原理做些浅要的分析。
一）适当选择电动机的容量
用电设备选择不当，造成“大马拉小车”或“小马拉大车”的现象，无疑会造成对电能的浪费。比如某水泵的实际功率只有12KW，若采用JQ2—72—4型电动机，其功率为30KW，则其负荷率仅为40%，明显是“大马拉小车”了；若改用JQ2—61—4，13KW的电动机，则大大减少了浮装容量，功率因数、负载率均得到了提高，功率损耗减少节省了电能。实用中若负载率经常低于60%的电动机，应改用适当的小容量的电动机。
二）采用Y/△自动转换装置
很多设备的负载不均衡，且运行时负载功率较大，重载时负载率达到70%以上，如车床、冲床、皮带运输机等，因其重载时输出功率大，故而不能象上面将大电动机改换成小容量电动机。然而这些设备上的电动机轻载时间长，其轻载时负载率也只有10%~40%，为了解决轻载时对电能的浪费现象，在不更换电动机的前提下，我们可以采用Y/△自动转换装置以达到节电的目的。
因为三相交流电网中，负载的不同接法所获取的电压是不同的，因而从电网中吸取的能量也就不同。
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当电动机做Y形接法时，流过电动机绕组的电流IY为：
IY =
U 3Z当电动机做△形接法时，流过电动机绕组的电流I△为：
U ZI△ =3
从上两式不难看出，当电网的电压不变时，电动机做△形接法和Y形接法时的电流之比为 I△：IY=3：1。也就是电动机Y形接法与△形接法相比，前者的线电流只有后者的1/3，因而Y形接法可使电动机的铜损、铁损降低，电动机效率提高。
因为Y形接法时电动机绕组电压较低，在同样负载下，Y形接法时的转子电流比△形接法时大，而转子电流受额定值的限制不能过大，这就限制了Y形接法时不能带较大的负载，需要在负荷较大时自动切换到△形接法。电动机由△形接法改为Y形接法后，其极限容许负载率大致为铭牌容量38—45％左右，在不同负载率 β情况下Y形接法与△形接法的电动机效率比YY／Y△见表1。
负载率0.1 β 1.2YY／Y△ 7 4 0 6 4 2 1 5 5 1.10 1.15 1.00 1.05 1.01.01.001 0.10.20.20.30.30.4 0.45 5 0.表1
由表可知，在负载率 β为0.5时Y形接法与△形接法电动机的效率相等，所以在负载率0.5以上时，将△形接法转换为Y形接法没获多大经济效果，只有在 β∠0.3时效果才明显。
Y/△自动转换装置是在一定程度上使电动机运行状态处于最佳状态（或范围）以达到节约电能的节电装置。该装置设计为当β∠0.45
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时，通过取样电路把反馈的电流信号放大送入控制电路，并通过控制电路执行把绕组由△形接法转为Y形接法，当负载率 β>0.45时，该装置又将绕组由Y形接法转换成△形接法。从而达到了节能的目的。
三）开口槽异步电动机采用磁性槽楔可实现节能
中、小型排灌水泵用异步电动机大多采用开口槽异步电动机，由于电动机定子槽采用开口槽，因此整个圆周内气隙磁阻不相同，出现齿部磁阻小，槽部磁阻大。由于齿部磁阻小，磁通密度大，槽部磁阻大，磁通密度小，这样在定子与转子之间的气隙磁场产生了畸变。通过傅里叶级数分解可得到基波分量和谐波分量，谐波分量在转子中造成了附加铁损耗和附加铜损耗。此谐波产生的铁损耗一般占电动机整个铁损耗的30%左右，为了降低这一部分损耗电动机可采用磁性槽楔。
所谓磁性槽楔就是能够导磁的槽楔。普通槽楔是不导磁的，如常见的竹楔，用环氧玻璃丝布层压板制作的槽楔。在制造槽楔的材料中加入导磁的材料（如钢丝、薄钢板、铁粉等导磁金属材料），均能构成磁性槽楔。磁性槽楔主要降低异步电动机中的空载铁损耗，空载附加铁损耗是由齿槽效应在电机内引起的谐波磁通而在定子、转子铁芯中产生的。定子、转子在铁心内感生的高频附加铁损耗称为脉振损耗。另外，定子、转子齿部时而对正、时而错开，齿面齿簇磁通发生变动，可在齿面线层感生涡流，产生表面损耗。脉振损耗和表面损耗合称高频附加损耗，它们占电机杂散损耗的70%～90%，另外的10%～30%称为负载附加损耗，是由漏磁通产生的。
采用磁性槽楔的电动机比采用普通槽楔的电动机的铁损耗可降低6%，因中、小型异步电动机的铁芯损耗约占其额定容量的1.32%～3%，所以中小型异步电动机采用磁性槽楔后其铁损耗可降低0.78%~1.8 %。
四）采用电容补偿法对电动机做无功补偿
有关资料表明：0.4KV低压配电网络中的无功损耗约占全电网损耗的50％。因此，仅仅对高压输配电网络的无功补偿是远远不够的，只有在低压配电网络中合理实施无功补偿，才能使电网运行在最佳的经济状态。中、小型电动机则是无功消耗的主要设备，因此必须对这
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些使用电动机的电网进行无功补偿。常采用补偿电容法对电动机进行无功补偿。
提高功率因数，减少功率损耗是无功补偿的主要目的。当输送有功功率不变，功率因数从cosø1提高到cosø2时，电网中各串接元件的有功负载损耗降低百分率为⊿P%=(1- cos2ø2/ cos2ø1)×100%。当功率因数从0.6提高到0.95时有功功率损耗将降低53.2％，可见降损效果显著。
五）采用周期制动装置
在实践中，有些设备在运行过程中不是连续工作的，而是时断时续或是周期性运作。为了消除空载功耗和发电回馈造成的浪费，我们可以利用一种周期制动装置控制电动机的供电，直接节电率可达到10%~25%。
该周期性制动装置通过在电动机供电线路中接入数据处理和控制单元、负载率检测单元、同步信号检测单元以及供电执行单元对周期制动异步电动机进行节能控制。其特征在于：当电动机的实测负载率大于零时，供给电动机按实测负载率大小计算出的最佳电压值，以输入最小电功率适应电动机负载的变化，提高电动机的效率和功率因数；而在电动机实测负载率小于或等于零时关断供电回路停止供电，消除空载功耗和发电回馈浪费。该装置的控制步骤如下：
a、通过负载率检测单元连续测量电动机供电回路中的工作电压和电流，并将测量数据传输给数据处理和控制单元。
b、通过同步信号检测单元连续检测电动机电压信号，在电压出现过零点时向数据处理和控制单元发出同步脉冲信号。
c、数据处理和控制单元用获得的电流、电压数据计算电动机的实际负载率，并根据计算结果自动选择后面的控制步骤：若电动机实际负载率大于零，则执行下述从d至g的步骤。
d、根据电动机的实际负载率，计算出电动机在此负载率下能够获得最高效率的最佳供电电压。
e、根据最佳供电电压计算出供电执行单元应该获得的控制数据。
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f、用同步信号检测单元发来的同步脉冲信号作为时间基准，由数据处理和控制单元控制供电执行单元按计算的控制数据导通，从而使电动机获得最佳的供电电压。
g、返回上述步骤a循环执行；若电动机实际负载率等于或小于零，则执行下述从h至k的步骤。
h、数据处理和控制单元停止为供电执行单元提供控制信号，使其处于截止状态，从而关断电动机的供电回路，同时也切断了电动机被负载拖动发电向电网回馈的回路。
i、继续通过负载率检测单元以及数据处理和控制单元检测电动机的负载率。
j、当负载率数值重新大于零时，按软启动方式恢复电动机的供电。 k、返回上述步骤a循环执行。 该周期制动装置的控制流程图如下：
手动 闭合供电电源 工作电源 电机 负载率检测 同步信号检测 RL＞0 数据处理 U 电压调整 RL≤0 RL 控制执行 供电执行 U 手动 切断电源 电机停转 六）采用变频调速异步电动机
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异步电动机的转速表达式为：
60f1(1-s)=n0(1-s) pn=
当极对数p不变时，均匀地改变定子供电电源频率f，则可连续地改变异步电动机的同步转速n0,因为稳态时转差率很小（s=0.03~0.05），所以可连续改变n0，达到平滑调节电动机实际运行转速的目的。这就是所谓的变频调速。
通常变频调速电动机拖动负载多采用U／f控制方式，即频率下调，电压也随之下调，U／f的比值保持常数(在保持电动机磁路不过饱和时，也可接近常数)。U／f控制方式是变频调速电机控制方式中最简单的控制方式，只能控制转速，但不能对转矩进行控制。在实用中，可以采用定子压降补偿，适当地提高电压，以增强负载能力。
U／f控制方式有多种模式，即有多种电压随频率变化的曲线模式，在变频器使用说明书里能查到，选定后，给变频器设定即可。下图提供几种曲线模式供参考。
U/f模式 异步电动机进行电力拖动在各领域的应用非常广泛，而且消耗的电量相当可观。近些年来由于交流变频技术的发展，变频器从技术水
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平、实用性、制造成本的降低均取得可喜的成果，广泛被用作变频电动机的电源，取得了在经济性、运行性能等多方面效益。
变频调速异步电动机就是普通异步电动机，用变频器做电源，在无特殊情况下，就可以达到调速的目的。
变频调速异步电动机拖动的特点：①节能效果好；②起动电流小而变压器容量可减小；③由于是鼠笼型电机，故障点少了，维修方便，减少了停工时间；④可以连续调速，可选择最佳应用速度；⑤最高速度不受电压影响；⑥电机可高速化，小型化；⑦可以调节加减速度大小。
变频调速异步电动机通常拖动风机、水泵类只需调节速度的负载。
左图绘出了阀门控制调节和变频调速控制两种状态下的水泵功率消耗——流量关系曲线。
该图显示了变频器控制和阀门控制水泵所消耗的不同功率，从图上我们可以清楚的看出在水泵流量为额定的60％时，变频器控制与阀门控制相比，
功率下降了60％；所以水泵仅仅依靠阀门控制是远远不够的，进行变频器控制的节能改造是相当必要的。
对于水泵来说，流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的二次方成正比，而轴功率P与转速N的三次方成正比，表2列出了它们之间的关系变化：
表2
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水泵转速N% 100 90 80 70 60 运行频率F(Hz) 50 45 40 35 30 水泵扬程H% 100 81 64 49 36 轴功率 P％ 100 72.9 51.2 34.3 21.6 节电率 ％ 0 27.1 48.8 65.7 78.4 从上表可见用变频器调速的方法来减少水泵流量进行节能改造的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。
当水泵转速下降到额定转速的10%即F=45Hz时，其电动机轴功率下降了27.1%，水泵节电率为27.1％；
当水泵转速下降到额定转速的20%即F=40Hz时，其电动机轴功率下降了48.8%，水泵节电率为48.8％；
当水泵转速下降到额定转速的30%即F=35Hz时，其电动机轴功率下降了65.7%，水泵节电率为65.7％；
当水泵转速下降到额定转速的60%即F=30Hz时，其电动机轴功率下降了78.4%，水泵节电率为78.4% ；
从以上分析可归纳出水泵节电率的计算为：
冷冻和冷却水泵节电率=[1－（变频器运行频率÷50Hz）3]×100%
可见采用交流变频技术以变频器作为异步电动机的电源实现对电动机的调速控制，在节电节能效果上是很明显的。但不是选变频调速电动机就能达到较好地节能目的，必须根据负载情况精心计算出最佳使用速度，才能达到最佳节能效果。
结束语
异步电动机的节能方法多种多样，现今市面上形形色色的节能器，在不同程度上都能达到节能的目的，选择何种节能方法或节能装置则要根据电动机使用的场合以及产生的经济效益等多方面考量，才能真
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正达到节能增效的目的。
参考文献
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