異步電動機的節(jié)能方法分析

1、論文題目：異步電動機的節(jié)能方法分析摘要：當今，節(jié)能行動進行得如火如荼，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用異步電動機，針對異步電動機的特點、結構、以及新技術的應用，本文從提高電動機的利用率，降低電能的損耗方面分析異步電動機的節(jié)能方法和原理。關鍵詞：異步電動機節(jié)能方法論文內容：電動機的應用在我們生活中已成為必需，電動機的用電總量也越來越多，約占我國用電總量的70%以上，其中中小型異步電動機的用電量約占總用電量的30%,而電動機的損耗約占額定輸出功率的6.5%23%,如何減少這一部分損耗是攻克電動機節(jié)能的主要課題。下面就異步電動機的幾種節(jié)能方法及原理做些淺要的分析。一）適當選擇電動機的容量用電設備選擇不當，造成“

2、大馬拉小車”或“小馬拉大車”的現(xiàn)象，無疑會造成對電能的浪費。比如某水泵的實際功率只有12KW,若采用JQ724型電動機，其功率為30KW,則其負荷率僅為40%,明顯是“大馬拉小車”了；若改用JQ2614,13KW的電動機，則大大減少了浮裝容量，功率因數(shù)、負載率均得到了提高，功率損耗減少節(jié)省了電能。實用中若負載率經(jīng)常低于60%的電動機，應改用適當?shù)男∪萘康碾妱訖C。二）采用Y/自動轉換裝置很多設備的負載不均衡，且運行時負載功率較大，重載時負載率達到70%以上，如車床、沖床、皮帶運輸機等，因其重載時輸出功率大，故而不能象上面將大電動機改換成小容量電動機。然而這些設備上的電動機輕載時間長，其輕載時負載

3、率也只有10%40%,為了解決輕載時對電能的浪費現(xiàn)象，在不更換電動機的前提下，我們可以采用Y/自動轉換裝置以達到節(jié)電的目的。因為三相交流電網(wǎng)中，負載的不同接法所獲取的電壓是不同的，因而從電網(wǎng)中吸取的能量也就不同當電動機做Y形接法時，流過電動機繞組的電流1丫為:Iy=U3Z當電動機做形接法時，流過電動機繞組的電流I為：Ia=V3UZ從上兩式不難看出，當電網(wǎng)的電壓不變時，電動機做形接法和Y形接法時的電流之比為必：1丫=3:1。也就是電動機Y形接法與形接法相比，前者的線電流只有后者的1/3,因而Y形接法可使電動機的銅損、鐵損降低，電動機效率提高。因為Y形接法時電動機繞組電壓較低，在同樣負載下，Y形接

4、法時的轉子電流比形接法時大，而轉子電流受額定值的限制不能過大，這就限制了Y形接法時不能帶較大的負載，需要在負荷較大時自動切換到形接法。電動機由形接法改為Y形接法后，其極限容許負載率大致為銘牌容量38-45%左右，在不同負載率（3情況下Y形接法與形接法的電動機效率比丫丫/Y見表1。負載率30.10.150.200.250.300.350.40.450.5Yy/Ya1.271.141.101.061.041.021.011.0051表1由表可知，在負載率（3為0.5時Y形接法與形接法電動機的效率相等，所以在負載率0.5以上時，將形接法轉換為Y形接法沒獲多大經(jīng)濟效果，只有在（3/0.3時效果才明顯。

5、BZ0.45Y/自動轉換裝置是在一定程度上使電動機運行狀態(tài)處于最佳狀態(tài)（或范圍）以達到節(jié)約電能的節(jié)電裝置。該裝置設計為當時，通過取樣電路把反饋的電流信號放大送入控制電路，并通過控制電路執(zhí)行把繞組由形接法轉為Y形接法，當負載率（3>0.45時，該裝置又將繞組由Y形接法轉換成形接法。從而達到了節(jié)能的目的。三）開口梢異步電動機采用磁性梢楔可實現(xiàn)節(jié)能中、小型排灌水泵用異步電動機大多采用開口梢異步電動機，由于電動機定子梢采用開口梢，因此整個圓周內氣隙磁阻不相同，出現(xiàn)齒部磁阻小，梢部磁阻大。由于齒部磁阻小，磁通密度大，梢部磁阻大，磁通密度小，這樣在定子與轉子之間的氣隙磁場產(chǎn)生了畸變。通過傅里葉級數(shù)分

6、解可得到基波分量和諧波分量，諧波分量在轉子中造成了附加鐵損耗和附加銅損耗。此諧波產(chǎn)生的鐵損耗一般占電動機整個鐵損耗的30%左右，為了降低這一部分損耗電動機可采用磁性梢楔。所謂磁性梢楔就是能夠導磁的梢楔。普通梢楔是不導磁的，如常見的竹楔，用環(huán)氧玻璃絲布層壓板制作的梢楔。在制造梢楔的材料中加入導磁的材料（如鋼絲、薄鋼板、鐵粉等導磁金屬材料），均能構成磁性梢楔。磁性梢楔主要降低異步電動機中的空載鐵損耗，空載附加鐵損耗是由齒梢效應在電機內引起的諧波磁通而在定子、轉子鐵芯中產(chǎn)生的。定子、轉子在鐵心內感生的高頻附加鐵損耗稱為脈振損耗。另外，定子、轉子齒部時而對正、時而錯開，齒面齒簇磁通發(fā)生變動，可在齒面線

7、層感生渦流，產(chǎn)生表面損耗。脈振損耗和表面損耗合稱高頻附加損耗，它們占電機雜散損耗的70%90%,另外的10%30%稱為負載附加損耗，是由漏磁通產(chǎn)生的。采用磁性梢楔的電動機比采用普通梢楔的電動機的鐵損耗可降低6%,因中、小型異步電動機的鐵芯損耗約占其額定容量的1.32%3%,所以中小型異步電動機采用磁性梢楔后其鐵損耗可降低0.78%1.8%。四）采用電容補償法對電動機做無功補償有關資料表明：0.4KV低壓配電網(wǎng)絡中的無功損耗約占全電網(wǎng)損耗的50%。因此，僅僅對高壓輸配電網(wǎng)絡的無功補償是遠遠不夠的，只有在低壓配電網(wǎng)絡中合理實施無功補償，才能使電網(wǎng)運行在最佳的經(jīng)濟狀態(tài)。中、小型電動機則是無功消耗的主

8、要設備，因此必須對這3些使用電動機的電網(wǎng)進行無功補償。常采用補償電容法對電動機進行無功補償。提高功率因數(shù)，減少功率損耗是無功補償?shù)闹饕康摹．斴斔陀泄β什蛔?，功率因?shù)從cos?1提高到cos72時，電網(wǎng)中各串接元件的有功負載損耗降低百分率為/P%=(1-cos2?2/cos2?1)x100%。當功率因數(shù)從0.6提高到0.95時有功功率損耗將降低53.2%,可見降損效果顯著。五)采用周期制動裝置在實踐中，有些設備在運行過程中不是連續(xù)工作的，而是時斷時續(xù)或是周期性運作。為了消除空載功耗和發(fā)電回饋造成的浪費，我們可以利用一種周期制動裝置控制電動機的供電，直接節(jié)電率可達到10%25%。該周期性制動裝

9、置通過在電動機供電線路中接入數(shù)據(jù)處理和控制單元、負載率檢測單元、同步信號檢測單元以及供電執(zhí)行單元對周期制動異步電動機進行節(jié)能控制。其特征在于：當電動機的實測負載率大于零時，供給電動機按實測負載率大小計算出的最佳電壓值，以輸入最小電功率適應電動機負載的變化，提高電動機的效率和功率因數(shù)；而在電動機實測負載率小于或等于零時關斷供電回路停止供電，消除空載功耗和發(fā)電回饋浪費。該裝置的控制步驟如下：a、通過負載率檢測單元連續(xù)測量電動機供電回路中的工作電壓和電流，并將測量數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理和控制單元。b、通過同步信號檢測單元連續(xù)檢測電動機電壓信號，在電壓出現(xiàn)過零點時向數(shù)據(jù)處理和控制單元發(fā)出同步脈沖信號。c、

10、數(shù)據(jù)處理和控制單元用獲得的電流、電壓數(shù)據(jù)計算電動機的實際負載率，并根據(jù)計算結果自動選擇后面的控制步驟：若電動機實際負載率大于零，則執(zhí)行下述從d至g的步驟。d、根據(jù)電動機的實際負載率，計算出電動機在此負載率下能夠獲得最高效率的最佳供電電壓。e、根據(jù)最佳供電電壓計算出供電執(zhí)行單元應該獲得的控制數(shù)據(jù)。4f、用同步信號檢測單元發(fā)來的同步脈沖信號作為時間基準，由數(shù)據(jù)處理和控制單元控制供電執(zhí)行單元按計算的控制數(shù)據(jù)導通，從而使電動機獲得最佳的供電電壓。g、返回上述步驟a循環(huán)執(zhí)行；若電動機實際負載率等于或小于零,則執(zhí)行下述從h至k的步驟。h、數(shù)據(jù)處理和控制單元停止為供電執(zhí)行單元提供控制信號，使其處于截止狀態(tài)，

11、從而關斷電動機的供電回路，同時也切斷了電動機被負載拖動發(fā)電向電網(wǎng)回饋的回路。i、繼續(xù)通過負載率檢測單元以及數(shù)據(jù)處理和控制單元檢測電動機的負載率。j、當負載率數(shù)值重新大于零時，按軟啟動方式恢復電動機的供電。k、返回上述步驟a循環(huán)執(zhí)行。該周期制動裝置的控制流程圖如下：5六）采用變頻調速異步電動機異步電動機的轉速表達式為:60fln=(1-s)=n0(1-s)當極對數(shù)p不變時，均勻地改變定子供電電源頻率f,則可連續(xù)地改變異步電動機的同步轉速n0,因為穩(wěn)態(tài)時轉差率很小(s=0.030.05),所以可連續(xù)改變n。，達到平滑調節(jié)電動機實際運行轉速的目的。這就是所謂的變頻調速。通常變頻調速電動機拖動負載多采

12、用LKf控制方式，即頻率下調,電壓也隨之下調，U/f的比值保持常數(shù)(在保持電動機磁路不過飽和時，也可接近常數(shù))。U/f控制方式是變頻調速電機控制方式中最簡單的控制方式，只能控制轉速，但不能對轉矩進行控制。在實用中，可以采用定子壓降補償，適當?shù)靥岣唠妷?，以增強負載能力。U/f控制方式有多種模式，即有多種電壓隨頻率變化的曲線模式，在變頻器使用說明書里能查到，選定后，給變頻器設定即可。下圖提供幾種曲線模式供參考。彳拒轉負載而(低轉用負載用)U/f模式£自E三-:誓異步電動機進行電力拖動在各領域的應用非常廣泛，而且消耗的電量相當可觀。近些年來由于交流變頻技術的發(fā)展，變頻器從技術水平、實用性、

13、制造成本的降低均取得可喜的成果，廣泛被用作變頻電動機的電源，取得了在經(jīng)濟性、運行性能等多方面效益。變頻調速異步電動機就是普通異步電動機，用變頻器做電源，在無特殊情況下，就可以達到調速的目的。變頻調速異步電動機拖動的特點：節(jié)能效果好；起動電流小而變壓器容量可減??；由于是鼠籠型電機，故障點少了，維修方便,減少了停工時間；可以連續(xù)調速，可選擇最佳應用速度；最高速度不受電壓影響；電機可高速化，小型化；可以調節(jié)加減速度大小。變頻調速異步電動機通常拖動風機、水泵類只需調節(jié)速度的負載閥門控制Q如6080100水泵流量()左圖繪出了閥門控制調節(jié)和變頻調速控制兩種狀態(tài)下的水泵功率消耗一一流量關系曲線。該圖顯示了

14、變頻器控制和閥門控制水泵所消耗的不同功率，從圖上我們可以清楚的看出在水泵流量為額定的60%時，變頻器控制與閥門控制相比，功率下降了60%;所以水泵僅僅依靠閥門控制是遠遠不夠的，進行變頻器控制的節(jié)能改造是相當必要的。對于水泵來說，流量Q與轉速N成正比，揚程H與轉速N的二次方成正比，而軸功率P與轉速N的三次方成正比，表2列出了它們之間的關系變化：水泵轉速N%運行頻率F(Hz)水泵揚程H%軸功率P%節(jié)電率%10050100100090458172.927.180406451.248.870354934.365.760303621.678.4從上表可見用變頻器調速的方法來減少水泵流量進行節(jié)能改造的經(jīng)濟

15、效益是十分顯著的，當所需流量減少，水泵轉速降低時，其電動機的所需功率按轉速的三次方下降。當水泵轉速下降到額定轉速的10%即F=45Hz時，其電動機軸功率下降了27.1%,水泵節(jié)電率為27.1%;當水泵轉速下降到額定轉速的20%即F=40Hz時，其電動機軸功率下降了48.8%,水泵節(jié)電率為48.8%;當水泵轉速下降到額定轉速的30%即F=35Hz時，其電動機軸功率下降了65.7%,水泵節(jié)電率為65.7%;當水泵轉速下降到額定轉速的60%即F=30Hz時，其電動機軸功率下降了78.4%,水泵節(jié)電率為78.4%;從以上分析可歸納出水泵節(jié)電率的計算為：冷凍和冷卻水泵節(jié)電率=1(變頻器運行頻率+50Hz)3X100%可見采用交流變頻技術以變頻器作為異步電動機的電源實現(xiàn)對電動機的調速控制，在節(jié)電節(jié)能效果上是很明顯的。但不是選變頻調速電動機就能達到較好地節(jié)能目的，必須根據(jù)負載情況精心計算出最佳使用速度，才能達到最佳節(jié)能效果。結束語異步電動機的節(jié)能方法多種多樣，現(xiàn)今市面上形形色色的節(jié)能器，在