第3章電動(dòng)機(jī)節(jié)電技術(shù)

電氣節(jié)能技術(shù)第3章電力傳動(dòng)設(shè)備的節(jié)電技術(shù)——電動(dòng)機(jī)

電力傳動(dòng)設(shè)備的概念和分類

定義：也稱為電氣傳動(dòng)設(shè)備或者電力拖動(dòng)設(shè)備，指應(yīng)用電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，傳動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械按工藝要求完成生產(chǎn)任務(wù)的設(shè)備。分類：通用型：工礦電機(jī)車、起重運(yùn)輸設(shè)備、

風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)專用型：礦山和煤礦設(shè)備、石油和化工設(shè)備、機(jī)械加工設(shè)備、木材加工設(shè)備等

第3章

電動(dòng)機(jī)節(jié)電技術(shù)

電動(dòng)機(jī)作為將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種裝置，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

統(tǒng)計(jì)資料表明：電動(dòng)機(jī)消耗的電能約占全國(guó)總用電量的60%～70%。1．電動(dòng)機(jī)節(jié)電的原因

由于管理水平低，技術(shù)落后，多數(shù)電動(dòng)機(jī)處于輕載、低效、高能耗的運(yùn)行狀態(tài)，電能浪費(fèi)十分嚴(yán)重。所以要進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的節(jié)電工作。2．電動(dòng)機(jī)節(jié)電的原則（1）以節(jié)約電能和提高電動(dòng)機(jī)的綜合效益為原則，合理選擇電動(dòng)機(jī)，使其處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。

（2）對(duì)在用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，降低電動(dòng)機(jī)的能量損耗，提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。

第1節(jié)

生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)荷曲線及分類

1．生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)荷曲線指生產(chǎn)機(jī)械所消耗的有功功率隨時(shí)間而變化的曲線。該曲線可根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)繪制出來。

2．負(fù)荷曲線的分類根據(jù)測(cè)定部位不同，負(fù)荷曲線可分為：

其生產(chǎn)機(jī)械的典型負(fù)荷曲線有以下幾類：如圖所示。

由圖可知，負(fù)荷曲線分為兩大類：一類為恒值負(fù)荷曲線，如圖中曲線①。一類為變值負(fù)荷曲線，如圖曲線②～⑥。具有恒值負(fù)荷曲線的生產(chǎn)機(jī)械稱為恒負(fù)荷生產(chǎn)機(jī)械，具有變值負(fù)荷曲線的生產(chǎn)機(jī)械稱為變負(fù)荷生產(chǎn)機(jī)械。生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)荷曲線不同，電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法也不同。所以，為使電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須測(cè)定生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)荷曲線。

電動(dòng)機(jī)廣泛地應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械中，稱為應(yīng)用最多的用電設(shè)備，也是消耗電能最多的電氣設(shè)備。什么是電動(dòng)機(jī)的節(jié)約用電？——采取有效的措施，使它既滿足所拖動(dòng)機(jī)械按工藝的最佳要求，優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本地完成生產(chǎn)任務(wù)，又保證在整個(gè)用電過程中，電動(dòng)機(jī)始終處于高效、低耗的狀態(tài)下經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)的節(jié)電技術(shù)主要包括三個(gè)部分的內(nèi)容：

合理選擇電動(dòng)機(jī)：主要包括合理選擇電動(dòng)機(jī)和采用高效的電動(dòng)機(jī)兩部分的內(nèi)容電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行：主要包括采用電力傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)、提高自然功率因數(shù)技術(shù)、人工提高功率因數(shù)技術(shù)這幾個(gè)方面電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理：采用有效的措施進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的管理第2節(jié)

電動(dòng)機(jī)的能量損耗

1．電動(dòng)機(jī)能量損耗的種類當(dāng)電動(dòng)機(jī)將輸入的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出時(shí)，總是要產(chǎn)生一定的能量損耗。電動(dòng)機(jī)的能量損耗可劃分為恒定損耗、負(fù)載損耗及雜散損耗三類。（1）恒定損耗指電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的固有損耗，它與電動(dòng)機(jī)材料、制造工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)速等參數(shù)有關(guān)，而與負(fù)載大小無關(guān)。它包括鐵心損耗（含空載雜散損耗）及機(jī)械損耗。

①鐵心損耗：也稱鐵耗，指主磁場(chǎng)在電動(dòng)機(jī)鐵心中交變而引起的渦流損耗和磁滯損耗。異步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)子鐵心中磁通變化的頻率很小，一般僅為每秒1～3周。所以鐵耗主要為定子鐵心損耗。鐵耗大小取決于組成電動(dòng)機(jī)鐵心材料、頻率及磁通密度，其近似計(jì)算公式為

而B與輸入電壓U成正比。所以，對(duì)某一臺(tái)電動(dòng)機(jī)而言，其鐵耗近似于與電壓的平方成正比。

②空載雜散損耗POS：是指空載電流通過定子繞組的漏磁通在定子機(jī)座、端蓋等金屬中產(chǎn)生的損耗。由于空載電流近似不變，因此這些損耗也是恒定的。

鐵耗（包括空載雜散損耗）一般占異步電動(dòng)機(jī)總損耗的20%～25%。

③機(jī)械損耗：通常包括軸承摩擦損耗及通風(fēng)系統(tǒng)損耗，對(duì)繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子還存在電刷摩擦損耗。軸承摩擦損耗主要與軸承型號(hào)、裝配水平、潤(rùn)滑脂有關(guān)。通風(fēng)系統(tǒng)損耗主要取決于冷卻風(fēng)扇所用材料、風(fēng)機(jī)效率、風(fēng)道設(shè)計(jì)合理性等。機(jī)械損耗的高低還與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)：因?yàn)檩S承摩擦損耗正比于轉(zhuǎn)速的平方，通風(fēng)損耗正比于轉(zhuǎn)速的三次方。機(jī)械損耗一般占總損耗的10%～50%。電動(dòng)機(jī)容量越大，由于通風(fēng)損耗變大，所以在總損耗中所占比重也增大。

（2）負(fù)載損耗它主要是指電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子、轉(zhuǎn)子繞組通過電流而引起的損耗，亦稱銅耗。它包括定子銅耗和轉(zhuǎn)子銅耗，其大小取決于負(fù)載電流及繞組電阻值。銅耗約占總損耗的20%～70%。（3）雜散損耗（附加損耗）PS：它主要是由定子漏磁通和定子、轉(zhuǎn)子的各種高次諧波在導(dǎo)線、鐵心及其他金屬部件內(nèi)所引起的損耗。這些損耗約占總損耗的10%～15%。各種電動(dòng)機(jī)的各種損耗所占比例可查相關(guān)手冊(cè)。

2．減少各種損耗的措施減少電動(dòng)機(jī)損耗應(yīng)該著眼于主要損耗分量的下降。對(duì)于小功率電機(jī)：銅耗占主要比例，應(yīng)該從適當(dāng)增加有效材料使用，增大導(dǎo)線截面來降低繞組電阻，達(dá)到降低損耗，提高效率的目的。對(duì)于較大功率電動(dòng)機(jī)：主要損耗在機(jī)械損耗及雜散損耗上，應(yīng)該通過各種措施減少通風(fēng)系統(tǒng)損失和雜散損耗。

降耗的主要措施：（主要是指從設(shè)計(jì)、材料、制造工藝方面來實(shí)現(xiàn)的）（1）定子銅耗①增加導(dǎo)線截面積②減小定子電流③縮短繞組端頭長(zhǎng)度④采用耐高溫、較薄絕緣材料，提高繞組槽滿率（填充系數(shù))（2）轉(zhuǎn)子銅耗①增加導(dǎo)線截面積和轉(zhuǎn)子端環(huán)尺寸②減小轉(zhuǎn)子電流③改進(jìn)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體鑄造方法，提高轉(zhuǎn)子導(dǎo)條及端環(huán)導(dǎo)電率（3）鐵損①增加鐵心長(zhǎng)度②采用低損耗鐵心材料，如冷軋硅鋼片③采用較薄的硅鋼片④降低磁通密度

（4）雜散損耗①選擇合適的繞組型式和節(jié)距②選擇合適的槽配合和轉(zhuǎn)子槽斜度③選擇最佳氣隙長(zhǎng)度④轉(zhuǎn)子槽特殊絕緣處理⑤改進(jìn)轉(zhuǎn)子表面切削加工方法（5）機(jī)械損耗①改進(jìn)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，提高風(fēng)扇效率②采用低損耗的冷卻風(fēng)扇③采用優(yōu)質(zhì)、低摩擦軸承④采用低損耗（摩擦系數(shù)小、性能好）潤(rùn)滑脂⑤安裝良好，同心度高3．電網(wǎng)質(zhì)量對(duì)電動(dòng)機(jī)損耗的影響（1）電壓波動(dòng)對(duì)各種損耗的影響

①對(duì)鐵心損耗的影響：

即電壓降低時(shí)，鐵耗按平方減少。

式中UN——電網(wǎng)額定電壓；

——

電網(wǎng)電壓波動(dòng)值。

②對(duì)機(jī)械損耗的影響：即電壓U下降，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下降，轉(zhuǎn)差率s變大，則損耗也下降。

③對(duì)轉(zhuǎn)子銅耗的影響：即電壓下降，轉(zhuǎn)差率變大，轉(zhuǎn)子銅耗將增加。

④對(duì)雜散損耗的影響：即電壓下降，雜散損耗也增加。所以，一臺(tái)電動(dòng)機(jī)在恒定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電壓下降將使總損耗增加。只有在負(fù)載率較低情況下，當(dāng)電壓下降時(shí)電動(dòng)機(jī)的總損耗才能下降，效率才能提高。

（2）三相電壓不對(duì)稱對(duì)損耗的影響由于負(fù)載存在著不對(duì)稱，而使電網(wǎng)電壓也呈不對(duì)稱運(yùn)行。其不對(duì)稱的程度可用三相電壓不平衡度來表示：

規(guī)程規(guī)定：三相電壓不平衡度應(yīng)小于1.5%。利用對(duì)稱分量法，不對(duì)稱電源電壓可分解成正序分量、負(fù)序分量。在電路中，很小的負(fù)序電壓分量也將會(huì)引起相當(dāng)大的負(fù)序電流。如負(fù)序分量電壓為5%，其負(fù)序電流將達(dá)到20%～30%的額定電流。負(fù)序電壓將產(chǎn)生負(fù)序磁場(chǎng)，負(fù)序磁場(chǎng)將產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為克服該制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，將吸收一定的機(jī)械功率（輸入的），變?yōu)檗D(zhuǎn)子的銅耗，使過載能力下降，并產(chǎn)生局部過熱危險(xiǎn)。同時(shí),還引起鐵損和雜散損耗的增加，使效率下降。如有3.5%的不平衡電壓加在電動(dòng)機(jī)上，將使電動(dòng)機(jī)總損耗增加20%，效率下降3%～4%。（3）電網(wǎng)頻率對(duì)損耗的影響①對(duì)總鐵耗的影響：當(dāng)電壓恒定時(shí)，鐵耗中的渦流損耗與頻率無關(guān)，而磁滯損耗則隨頻率而變化。所以總的鐵耗可認(rèn)為是所以頻率下降，鐵耗增加。

②對(duì)機(jī)械損耗的影響：

頻率下降，機(jī)械損耗略有下降。

③對(duì)轉(zhuǎn)子銅耗的影響：

④對(duì)雜散損耗的影響：

結(jié)論：總的來說，頻率下降時(shí)總損耗增加，效率下降。頻率上升時(shí)，總損耗下降，效率略有上升。

（4）高次諧波電流對(duì)損耗的影響高次諧波電流進(jìn)入三相異步電動(dòng)機(jī)后，將產(chǎn)生頻率較高的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使雜散損耗劇增，使齒、槽楔局部過熱，甚至燒壞電動(dòng)機(jī)。

第3節(jié)

電動(dòng)機(jī)的特性曲線及其分析

主要有效率曲線和功率因數(shù)曲線。1．電動(dòng)機(jī)的效率曲線電動(dòng)機(jī)的效率，是指電動(dòng)機(jī)的有功輸出功率與有功輸入功率的百分比，即

電動(dòng)機(jī)的效率分類：有

額定效率：

指輸出功率為額定值時(shí)的效率。

運(yùn)行效率：

指電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)某負(fù)載運(yùn)行時(shí)的工作效率。

最高效率：

指電動(dòng)機(jī)可能達(dá)到的最高運(yùn)行效率，即電動(dòng)機(jī)效率曲線最高點(diǎn)的數(shù)值。

電動(dòng)機(jī)的有功功率損耗可用下式計(jì)算：

式中P0——電動(dòng)機(jī)空載損耗；

β——電動(dòng)機(jī)負(fù)載率，β=P2/PN×100%PN——電動(dòng)機(jī)額定功率而電動(dòng)機(jī)的輸入功率為P1=P2+ΣP所以，可將效率計(jì)算公式改寫成

由此可知，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率與電動(dòng)機(jī)的ηN、P0及β有關(guān)。對(duì)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)而言，ηN、P0是固定值，因此，電動(dòng)機(jī)效率的高低取決于電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率β。電動(dòng)機(jī)效率η隨負(fù)載率β而變化的曲線稱之為電動(dòng)機(jī)的效率曲線。如圖3-2所示。

2．電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)曲線電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)是指電動(dòng)機(jī)輸入端的有功功率與視在功率之比，即

而式中——電動(dòng)機(jī)輸入端線電壓，kV；

——電動(dòng)機(jī)輸入端線電流，A；

——空載時(shí)的無功損耗，kvar；

——額定功率因數(shù)時(shí)的功率因數(shù)角。

因，所以

由上式可知，功率因數(shù)與Q0、P0、PN、ηN、及β有關(guān)。對(duì)一臺(tái)特定的電動(dòng)機(jī)而言，功率因數(shù)的大小只與β有關(guān)。電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)隨負(fù)載率β而變化的曲線稱之為電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)曲線。如圖3-2所示。

3．電動(dòng)機(jī)特性曲線的分析由電動(dòng)機(jī)的特性曲線可以看出：（1）電動(dòng)機(jī)的效率曲線具有較寬的高效率區(qū)域，只有當(dāng)負(fù)載率低于40%時(shí)，效率才迅速下降。因此，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，只要負(fù)載率不太低，電動(dòng)機(jī)效率一般是較高的。（2）效率曲線的最高點(diǎn)為電動(dòng)機(jī)的最高運(yùn)行效率，其對(duì)應(yīng)的負(fù)載率為有功經(jīng)濟(jì)負(fù)載率，用表示，它一般在0.6～0.8之間。（3）電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，功率因數(shù)很低，在0.1～0.2之間。隨著負(fù)載增加，功率因數(shù)也增大，當(dāng)β為0.8以上時(shí)，功率因數(shù)達(dá)到最佳。所以，實(shí)際使用中，應(yīng)盡量避免電動(dòng)機(jī)在輕載狀態(tài)下運(yùn)行。（4）不同系列、不同類型的電動(dòng)機(jī)效率、功率因數(shù)均不相同。一般情況下，對(duì)同容量的電動(dòng)機(jī)，鼠籠型電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)比繞線式電動(dòng)機(jī)高。轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)其效率、功率因數(shù)比轉(zhuǎn)速低的電動(dòng)機(jī)高。同一類型電動(dòng)機(jī)，容量大的電動(dòng)機(jī)其效率、功率因數(shù)比容量小的電動(dòng)機(jī)高。

（5）對(duì)于同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其效率曲線也不是一成不變的，使用時(shí)間過長(zhǎng)，維護(hù)保養(yǎng)不良都會(huì)導(dǎo)致各種損耗增加，使效率曲線下降。綜上所述，要使電動(dòng)機(jī)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，做到電動(dòng)機(jī)節(jié)約用電，必須合理選擇電動(dòng)機(jī)類型、容量，使電動(dòng)機(jī)和負(fù)載機(jī)械特性相適應(yīng)，力求有最高的運(yùn)行效率。對(duì)運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)要提高其負(fù)載率，加強(qiáng)維護(hù)檢修，采取各種改造措施減少損耗，以提高電動(dòng)機(jī)效率。

第4節(jié)電動(dòng)機(jī)的合理選用1．選用電動(dòng)機(jī)的原則及步驟（1）選用電動(dòng)機(jī)的原則①根據(jù)負(fù)載的起動(dòng)特性及運(yùn)行特性，選出最適合于這些特性的電動(dòng)機(jī)，滿足生產(chǎn)機(jī)械工作過程中的各種要求。②選擇具有與使用場(chǎng)所的環(huán)境相適應(yīng)的防護(hù)方式及冷卻方式的電動(dòng)機(jī)，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)能適合電動(dòng)機(jī)所處環(huán)境條件。

③計(jì)算和確定合適的電動(dòng)機(jī)容量。通常設(shè)計(jì)制造的電動(dòng)機(jī)，在75%～100%額定負(fù)載率時(shí)，效率最高。因此應(yīng)使設(shè)備需求的容量與被選電動(dòng)機(jī)的容量差值為最小，使電動(dòng)機(jī)的功率被充分利用。④選擇可靠性高，便于維護(hù)的電動(dòng)機(jī)。⑤考慮到互換性，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)。⑥為使整個(gè)系統(tǒng)高效率運(yùn)行，要綜合考慮電動(dòng)機(jī)的極數(shù)及電壓等級(jí)。

（2）選用電動(dòng)機(jī)的主要步驟①根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械性能的要求，選擇電動(dòng)機(jī)的種類。②根據(jù)電源的情況，選擇電動(dòng)機(jī)額定電壓。③根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所要求的轉(zhuǎn)速以及傳動(dòng)設(shè)備的情況，選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nN。④根據(jù)電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械安裝的位置和場(chǎng)所環(huán)境，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和防護(hù)型式。⑤根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式，選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率PN。根據(jù)以上，結(jié)合電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄，就可以選定一臺(tái)合適的電動(dòng)機(jī)。

（3）選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)有關(guān)電氣性能和機(jī)械性能的分類選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，還要考慮電氣性能和機(jī)械性能。①電動(dòng)機(jī)的電氣性能分類：如圖3-3所示。②電動(dòng)機(jī)的機(jī)械性能分類：如圖3-4所示。

2．有關(guān)三相異步電動(dòng)機(jī)選擇的規(guī)定（1）電動(dòng)機(jī)類型的選擇必須從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面來考慮，首先要求電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性完全滿足生產(chǎn)機(jī)械的需要，在此基礎(chǔ)上，要求電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便。電動(dòng)機(jī)類型的選擇原則：①生產(chǎn)機(jī)械對(duì)起動(dòng)、制動(dòng)及調(diào)速無特殊要求時(shí)，應(yīng)采用鼠籠型電動(dòng)機(jī)。若生產(chǎn)機(jī)械要求經(jīng)常起動(dòng)，且起動(dòng)力矩較大或要求在小范圍內(nèi)調(diào)速，可采用繞線型異步電動(dòng)機(jī)。②容量在200～355kW之間宜選用高壓異步電動(dòng)機(jī)，容量在355kW以上必須選用高壓異步電動(dòng)機(jī)。（因?yàn)楦邏寒惒诫妱?dòng)機(jī)的效率高、功率因數(shù)高）

③對(duì)于年運(yùn)行時(shí)間大于3000h，負(fù)載率大于50%的場(chǎng)合，應(yīng)選用高效率三相異步電動(dòng)機(jī)即YX系列的電動(dòng)機(jī)。④流量變化的風(fēng)機(jī)和泵類應(yīng)采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速節(jié)能裝置。為什么？因?yàn)轱L(fēng)機(jī)和泵類均具有轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比的機(jī)械特性，而其功率具有與轉(zhuǎn)速立方成正比的特性，當(dāng)流量變化時(shí)，采用調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可使軸上功率大大減少，從而獲得顯著的節(jié)電效益。

（2）電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇正確選擇電動(dòng)機(jī)的PN對(duì)提高電力拖動(dòng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，減少能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。若容量選擇過小，則不能保證生產(chǎn)機(jī)械正常運(yùn)行，甚至燒毀電機(jī)；若容量選擇過大，則增加投資，能耗增加，功率因數(shù)變大，不經(jīng)濟(jì)。

選擇的原則：①應(yīng)能勝任生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載和所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。②工作時(shí)的發(fā)熱，應(yīng)接近但不得超過其許可的工作溫度。③應(yīng)有一定的過載能力，以保證在短時(shí)過載時(shí)能正常運(yùn)行。

選擇的方法：①應(yīng)從機(jī)械負(fù)載變化的規(guī)律，確定其典型的負(fù)載圖，從而計(jì)算所需的實(shí)際負(fù)載功率。②應(yīng)根據(jù)機(jī)械類型和重要性，乘以適當(dāng)?shù)膬?chǔ)備系數(shù)，并使電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)載率接近經(jīng)濟(jì)負(fù)載率。③當(dāng)電動(dòng)機(jī)使用地點(diǎn)的海拔和介質(zhì)溫度與規(guī)定的工作條件不同時(shí)，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定予以修正。

下面根據(jù)電動(dòng)機(jī)不同的運(yùn)行狀態(tài)，分別討論電動(dòng)機(jī)額定功率的選取：

I

連續(xù)運(yùn)行工作制的機(jī)械：應(yīng)選用連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，其額定功率應(yīng)按機(jī)械的軸功率選擇。連續(xù)運(yùn)行又有兩種情況：①恒定負(fù)載時(shí)連續(xù)運(yùn)行工作制電動(dòng)機(jī)的功率選擇首先根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的功率，計(jì)算出所需的軸功率PL：

式中ML——折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N.m；

nN——

電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min然后根據(jù)負(fù)載的類型和重要性，乘以適當(dāng)?shù)膬?chǔ)備系數(shù)，選擇電動(dòng)機(jī)額定功率PN，并保證電動(dòng)機(jī)的PN等于或稍大于生產(chǎn)機(jī)械所需的功率，即PN≥PL

②變負(fù)載連續(xù)工作制時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率選擇第一步：計(jì)算并繪制生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖，如圖3-5所示。

第二步：按負(fù)載圖求出等效轉(zhuǎn)矩：

第三步：計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率，

第四步：按電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩校驗(yàn)其過載能力，即

第五步：進(jìn)行電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校驗(yàn)，即電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩>1.3倍機(jī)械起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

II

短時(shí)運(yùn)行工作制電動(dòng)機(jī)功率的選擇短時(shí)工作制機(jī)械，宜采用短時(shí)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，其額定功率應(yīng)按機(jī)械軸功率選擇，也可按允許過載轉(zhuǎn)矩選用周期工作制電動(dòng)機(jī)。將連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)用于短時(shí)工作制，可提高輸出功率。若負(fù)載是恒定不變的，則根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所需功率及短時(shí)工作的時(shí)間即可選擇專供短時(shí)工作的電動(dòng)機(jī)，其額定功率為PNS≥PL

若負(fù)載是變化的，可按下述方法求出等效短時(shí)功率及短時(shí)工作時(shí)間，來選擇電動(dòng)機(jī)的功率。

我國(guó)規(guī)定：短時(shí)工作的電動(dòng)機(jī)分10、30、60、90min四種。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械工作時(shí)間不是短時(shí)工作電動(dòng)機(jī)的額定時(shí)間時(shí)，可根據(jù)等效功率的原理加以換算，即

即（說明：下標(biāo)為L(zhǎng)的是實(shí)際的等效功率和等效時(shí)間，下標(biāo)為N的是折算后的短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)的額定值。）

若選用周期工作制電動(dòng)機(jī)作為短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)，則可按負(fù)荷持續(xù)率K與等效工作時(shí)限thp進(jìn)行對(duì)照換算，如下表所示：

將連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)用于短時(shí)工作制的功率選擇：連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)可用于60min、90min短時(shí)工作機(jī)械。等效短時(shí)工作輸出功率PS與原來額定功率PN的關(guān)系為

式中t——短時(shí)工作時(shí)間，h；

τ——電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)，可查產(chǎn)品手冊(cè)。通常情況下，t/τ>1，1>e-t/τ>0，所以，PS>PN，所以說，輸出功率可提高。

III

斷續(xù)周期工作制電動(dòng)機(jī)功率的選擇

斷續(xù)周期工作機(jī)械，應(yīng)采用周期工作制的電動(dòng)機(jī)，其額定功率應(yīng)按典型周期的等效負(fù)荷換算到額定負(fù)載持續(xù)率來選擇，并進(jìn)行過載能力校驗(yàn)。每一工作周期為10min，K分為15%、25%、40%、60%。

而工作機(jī)械的實(shí)際使用時(shí)間與上并不完全相符，所以在選擇電動(dòng)機(jī)功率時(shí)要進(jìn)行換算，即

式中PL——實(shí)際所需功率；

KL——實(shí)際工作負(fù)荷持續(xù)率；

KN——標(biāo)準(zhǔn)工作負(fù)荷持續(xù)率。如果工作機(jī)械實(shí)際使用情況大致與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方式相同，則按機(jī)械的軸功率選取相應(yīng)功率的電動(dòng)機(jī)即可。當(dāng)K<10%時(shí)，應(yīng)選取短時(shí)工作制；當(dāng)K>60%時(shí)，應(yīng)選取連續(xù)工作制。IV

連續(xù)周期工作制電動(dòng)機(jī)功率的選擇所謂連續(xù)周期工作制，是每一個(gè)工作周期內(nèi)包括一段負(fù)載運(yùn)行時(shí)間和一段空載運(yùn)行時(shí)間，但沒有電動(dòng)機(jī)停止的時(shí)間。對(duì)連續(xù)周期工作制機(jī)械，應(yīng)采用等效連續(xù)工作制或周期工作制的電動(dòng)機(jī)，其額定功率按等效電流或等效轉(zhuǎn)矩法選擇，并按允許過載轉(zhuǎn)矩校驗(yàn)。連續(xù)周期工作制電動(dòng)機(jī)功率的選擇可視為負(fù)載變化的連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)來選擇功率，可以選較小的PN，作過載能力校驗(yàn)。其步驟如下：

第一步：計(jì)算并畫出生產(chǎn)機(jī)械靜態(tài)負(fù)載圖；

第二步：初步計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率；

式中PT——等效功率；

MT——等效轉(zhuǎn)矩。第三步：作出電動(dòng)機(jī)負(fù)載圖P=f（t）或M=f（t）第四步：進(jìn)行發(fā)熱、過載能力、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩校驗(yàn)。如果校驗(yàn)通過，電動(dòng)機(jī)功率選擇適當(dāng)。否則重選功率再次校驗(yàn)，直到所選電動(dòng)機(jī)功率合適為止。電動(dòng)機(jī)所選功率最終應(yīng)滿足所選功率大于或等于計(jì)算功率，即PN≥PL。

若電動(dòng)機(jī)周圍環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度40℃相差較大時(shí)，電動(dòng)機(jī)選擇的功率應(yīng)進(jìn)行校正。當(dāng)環(huán)境溫度高于40℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)需降低容量使用，低于40℃時(shí)可以增加容量使用，這樣可保證運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫升不超過規(guī)定的允許值。修正的方法：①查表修正：如表3-2所示。

②計(jì)算修正：式中tmax——絕緣材料允許的最高溫度；

t0——周圍環(huán)境溫度；

α——電動(dòng)機(jī)鐵損與銅損的比值（0.4~1.1）。

電動(dòng)機(jī)的溫升還與海拔高度有關(guān)，海拔越高，散熱條件惡化。在1000m以下海拔高度工作的電動(dòng)機(jī)，兩者互補(bǔ)，功率不必進(jìn)行校正。當(dāng)電動(dòng)機(jī)安裝在1000m以上時(shí)，對(duì)于非特殊設(shè)計(jì)的高原電動(dòng)機(jī)，必須降低功率使用。

（3）電動(dòng)機(jī)效率的選擇電動(dòng)機(jī)的效率是電動(dòng)機(jī)節(jié)能的重要指標(biāo)，為了確保電動(dòng)機(jī)節(jié)能，應(yīng)力求提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率或系統(tǒng)效率。規(guī)范規(guī)定：①應(yīng)給出電動(dòng)機(jī)負(fù)載率100%、75%和50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的效率，供用戶選擇。②在選擇和更換電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)額定效率隨額定功率、額定轉(zhuǎn)速增加而增加。③應(yīng)盡量選用效率高的電動(dòng)機(jī)。④對(duì)頻繁起動(dòng)、斷續(xù)運(yùn)行和反復(fù)沖擊負(fù)載的場(chǎng)合，應(yīng)選用設(shè)計(jì)代號(hào)為H、HY（H級(jí)絕緣、高滑差率）的電動(dòng)機(jī)，以提高系統(tǒng)的效率。

電動(dòng)機(jī)效率選擇應(yīng)注意的問題：①條件許可時(shí)，盡量選用高效電動(dòng)機(jī)（如YX和FX系列，都是高效電動(dòng)機(jī)）。②對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)際使用情況進(jìn)行分析，例如對(duì)負(fù)載率、負(fù)載變化、工作方式等數(shù)據(jù)的掌握。③要進(jìn)行電動(dòng)機(jī)初投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用的綜合平衡。

（4）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性選擇應(yīng)與負(fù)載的機(jī)械特性相匹配，以確保驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行和提高系統(tǒng)電能利用率。規(guī)定：①電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械所要求的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)不小于機(jī)械起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的1.3倍。②對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大或重載起動(dòng)的機(jī)械，應(yīng)選擇與機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相適應(yīng)的電動(dòng)機(jī)，并按起動(dòng)條件、最大慣性量矩、過載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行校驗(yàn)。③對(duì)起動(dòng)頻繁的大功率電動(dòng)機(jī)，應(yīng)考慮起動(dòng)過程中由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引起的發(fā)熱影響，并進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。對(duì)鼠籠型電動(dòng)機(jī)按每小時(shí)允許合閘次數(shù)來校驗(yàn)，若大于允許次數(shù)，應(yīng)選取更大的電動(dòng)機(jī)④根據(jù)配套機(jī)械類型，可按經(jīng)驗(yàn)選用電動(dòng)機(jī)。

（5）電動(dòng)機(jī)外部結(jié)構(gòu)型式和防護(hù)等級(jí)的選擇合理選用電動(dòng)機(jī)外部結(jié)構(gòu)型式對(duì)其安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有密切的關(guān)系。規(guī)定：①電動(dòng)機(jī)的外部結(jié)構(gòu)型式按照外殼防護(hù)型式、通風(fēng)方式、冷卻方式分類，具體應(yīng)按相應(yīng)的規(guī)范規(guī)定來選擇。從用戶來說，應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)使用環(huán)境中，是否存在腐蝕性和起火、爆炸的危險(xiǎn)，灰塵和粉塵的多少，溫濕度高低，水和油的浸入情況等，來選擇合適的外部結(jié)構(gòu)型式。異步電動(dòng)機(jī)的外殼防護(hù)結(jié)構(gòu)有IP44、IP23和IP54、IP55四種。

其含義如下：

其含義如下：

框內(nèi)數(shù)字越大，表示縫隙越小或防護(hù)的方位越越全面。②根據(jù)電動(dòng)機(jī)使用環(huán)境條件，選擇適宜的外部結(jié)構(gòu)和型式。如果環(huán)境比較干燥，防護(hù)要求較低時(shí)，宜選用IP23防護(hù)等級(jí)。（6）電動(dòng)機(jī)電源電壓的選擇：電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)的選擇，運(yùn)行期間電壓和頻率的變化，以及電源電壓的波形和對(duì)稱性，對(duì)電動(dòng)機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，均有較大的影響。規(guī)程規(guī)定：①電動(dòng)機(jī)的UN，應(yīng)根據(jù)其額定功率和所在系統(tǒng)的配電電壓和配電方式綜合考慮確定。中小型三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓等級(jí)為：220、380、440、660、1140、3kV、6kV和10kV。一般情況下，PN>200kW時(shí)，電壓選用6kV；PN>1000kW時(shí)，電壓選用10kV。煤礦用電動(dòng)機(jī)，多為380/660V（Δ/Y）、660/1140V（Δ/Y）。②電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中電源電壓和頻率的變化應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。當(dāng)電壓偏差大于5%時(shí)，則應(yīng)通過計(jì)算降低允許使用功率。實(shí)際輸出功率的計(jì)算公式為式中KU——降壓系數(shù)，KU=U1/UN；

IN——額定電流，A；

I0——空載電流，A③電源電壓的波形和對(duì)稱性應(yīng)符合規(guī)定。電源電壓波形的正弦性畸變率不超過5%，電壓的負(fù)序分量不超過正序分量的1%（長(zhǎng)期運(yùn)行）或1.5%（不超過幾分鐘的短時(shí)運(yùn)行），電壓的零序分量不超過正序分量的1%。滿足這些條件，能確保電動(dòng)機(jī)可靠運(yùn)行。由此可知，電壓波形和三相平衡性對(duì)電動(dòng)機(jī)損耗有影響，波形正弦性畸變率越大，平衡性越差，則損耗越大，效率越低，浪費(fèi)用電。目前，企業(yè)中的電動(dòng)機(jī)電源電壓不平衡率大多超過1.5%，因此引起的電能浪費(fèi)，全國(guó)每年要多費(fèi)20億kWh以上的電能。所以，三相電壓不平衡度應(yīng)控制在1.5%以下，最好在1%以內(nèi)。（7）電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇，不僅影響電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)，也影響系統(tǒng)的電能利用率。

規(guī)定：①應(yīng)根據(jù)機(jī)械最高轉(zhuǎn)速對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的要求，以及機(jī)械減速的復(fù)雜程度和特性，選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。

PN相同條件下，額定轉(zhuǎn)速越高（極數(shù)越少），電動(dòng)機(jī)的尺寸、重量和成本越小，效率和功率因數(shù)也越高。因此選用2、4極電動(dòng)機(jī)，特別是選用4極電動(dòng)機(jī)較為經(jīng)濟(jì)。但又要考慮減速機(jī)構(gòu)的合理性，綜合考慮選擇一個(gè)合理的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。通常：泵、風(fēng)機(jī)用2、4極壓縮機(jī)選用4、6或8極軋機(jī)、粉碎機(jī)選用6、8或10極②頻繁起動(dòng)、制動(dòng)的斷續(xù)周期工作制的機(jī)械，在選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速時(shí)，除保證所需的最高穩(wěn)定工作速度之外，還應(yīng)選擇合適的傳動(dòng)比，其計(jì)算公式如下：

式中J——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

L——機(jī)械軸的；

N——

電動(dòng)機(jī)軸的。

③需要分級(jí)（有級(jí)）調(diào)速的場(chǎng)合，應(yīng)優(yōu)先考慮采用變極多速電動(dòng)機(jī)系列，其控制簡(jiǎn)單，維護(hù)工作少，力能指標(biāo)優(yōu)良。④電動(dòng)機(jī)經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，而過渡過程的持續(xù)時(shí)間對(duì)生產(chǎn)影響不大（即不要求快速正反轉(zhuǎn)控制），除考慮初期投資外，主要根據(jù)過渡過程能量損耗最小的條件來選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。⑤電動(dòng)機(jī)經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，且過渡過程的持續(xù)時(shí)間對(duì)生產(chǎn)影響較大，則主要根據(jù)過渡過程持續(xù)時(shí)間為最短的條件來選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。⑥需要調(diào)速的連續(xù)工作機(jī)械，應(yīng)選用可調(diào)速的電動(dòng)機(jī)，其調(diào)速范圍應(yīng)與機(jī)械的要求相符，調(diào)速精度應(yīng)滿足機(jī)械的靜轉(zhuǎn)差率要求，調(diào)速方式要與機(jī)械類型相符。3．節(jié)能型電動(dòng)機(jī)及其選用（1）Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)是我國(guó)在20世紀(jì)80年代初統(tǒng)一設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)時(shí)采用了IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用了先進(jìn)技術(shù)，使用了部分新材料，性能優(yōu)良，具有國(guó)際互換性的特點(diǎn)，完全能取代老系列（JO2、JO3、J2、J3等）電動(dòng)機(jī)。90年代，在Y系列的基礎(chǔ)上又設(shè)計(jì)了Y2系列異步電動(dòng)機(jī)。（2）YX系列高效率電動(dòng)機(jī)高效率電動(dòng)機(jī)的定義：凡是總損耗比標(biāo)準(zhǔn)系列電動(dòng)機(jī)降低20%以上的電動(dòng)機(jī)，稱為高效率電動(dòng)機(jī)。高效率電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：①效率高：高效率YX系列電動(dòng)機(jī)比Y系列電動(dòng)機(jī)效率提高3%左右（極數(shù)相同、功率相同條件下），損耗可降低20%～30%。②效率曲線平坦，額定轉(zhuǎn)差率小，減少運(yùn)行損耗。③功率因數(shù)有所提高。④起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲小、振動(dòng)小、溫升低、壽命長(zhǎng)。⑤電動(dòng)機(jī)成本比標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)高30%。

高效率電動(dòng)機(jī)節(jié)電的效益：設(shè)：標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)效率為η1，高效率電動(dòng)機(jī)效率為η2，年運(yùn)行時(shí)間為H（h），電價(jià)為C（元/kWh），電動(dòng)機(jī)額定功率為PN，負(fù)載率為β，則采用高效率電動(dòng)機(jī)年節(jié)電費(fèi)用為

高效率電動(dòng)機(jī)初投資要高于標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)，一般情況下，增加的投資費(fèi)用能在1～3收回。

式中M2——高效率電動(dòng)機(jī)的價(jià)格

M1——標(biāo)準(zhǔn)型電動(dòng)機(jī)的價(jià)格

高效率電動(dòng)機(jī)額外投資的節(jié)能回收期年限的計(jì)算：（3）FX系列高效率紡織專用三相異步電動(dòng)機(jī)紡織行業(yè)專用，具有節(jié)電3%的效果。（4）電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)有YCT系列電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)

YDCT系列換極式電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)

YCTD系列低電阻電樞電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)（5）YD系列變極多速三相異步電動(dòng)機(jī)（6）YTSP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)

第5節(jié)

電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

1．電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)負(fù)載率

電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行：是指電動(dòng)機(jī)在滿足生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行要求時(shí)，以節(jié)能和提高綜合經(jīng)濟(jì)效益為原則，選擇電動(dòng)機(jī)類型、運(yùn)行方式及功率匹配，使電動(dòng)機(jī)在效率高、損耗低、經(jīng)濟(jì)效益最佳狀態(tài)下運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，因所需要的無功功率在電網(wǎng)中交換，使電網(wǎng)的有功功率損耗增加。假設(shè)單位無功功率可能引起的有功功率損耗用KQ（kW/kvar）表示，稱KQ為無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量。則電動(dòng)機(jī)的綜合有功功率損耗為

式中——電動(dòng)機(jī)的有功功率損耗，kW；

Q——電動(dòng)機(jī)的無功功率損耗，kvar。理論上可以證實(shí)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的固定損耗與可變損耗相等時(shí)，其效率最高，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率稱為經(jīng)濟(jì)負(fù)載率。經(jīng)濟(jì)負(fù)載率又分為兩種：

（1）電動(dòng)機(jī)有功經(jīng)濟(jì)負(fù)載率

式中P0——

電動(dòng)機(jī)的空載損耗。

（2）電動(dòng)機(jī)綜合經(jīng)濟(jì)負(fù)載率

式中Q0——電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的無功功率。所以，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在有功經(jīng)濟(jì)負(fù)載率β或綜合經(jīng)濟(jì)負(fù)載率βj下，效率最高。

2．電動(dòng)機(jī)輕載節(jié)電器及其應(yīng)用當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于輕載、空載時(shí)，功率因數(shù)和運(yùn)行效率均很低。若采用電動(dòng)機(jī)輕載節(jié)電器，使得在電動(dòng)機(jī)輕載、空載時(shí)降低電動(dòng)機(jī)的端電壓，可達(dá)到節(jié)能效果。目前，國(guó)內(nèi)外均已研制成輕載節(jié)電器。

（1）降壓節(jié)電的基本原理由電機(jī)學(xué)可知，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，（U1為定子電壓），，（I2為轉(zhuǎn)子電流），而，所以。而降壓后不變，這樣隨著U1下降，P1亦下降。但U1下降是隨著I2變動(dòng)自動(dòng)下降的，并且使U1始終保持在最佳合理運(yùn)行狀態(tài)，即令電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)值提高。因?yàn)樗援?dāng)U1下降時(shí)，主磁通下降，電動(dòng)機(jī)的鐵耗下降，則電動(dòng)機(jī)效率提高，而且鐵耗是感性的，有利于功率因數(shù)的提高，如圖3-6所示。

（2）節(jié)能自動(dòng)控制器工作原理由日本埃萊克司電子工業(yè)株式會(huì)社制造的SMX節(jié)能自動(dòng)控制器的工作原理框圖如圖3-7所示。通過微型電腦監(jiān)測(cè)（5000次/s），并采用正弦脈寬調(diào)制進(jìn)行調(diào)壓調(diào)制，輸出級(jí)選用大功率模塊（半導(dǎo)體雙極型隔離開關(guān)管IGBTS），使電動(dòng)機(jī)在任何負(fù)載情況下均能獲得最佳效能的電壓供應(yīng)，也就是用監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)工作電流，控制電動(dòng)機(jī)的輸入電壓U1，來實(shí)現(xiàn)最大程度的節(jié)電效果，并具有降壓為主，兼有調(diào)頻的雙重功能控制方案。（3）主要特點(diǎn)具有報(bào)警功能，具有自動(dòng)保護(hù)功能。能在0.1s內(nèi)，在20%～100%范圍內(nèi)改變U1值。反映速度快，靈敏，可就地或遠(yuǎn)程操作?？蛇x用4～20mA、5～10V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。

3．電動(dòng)機(jī)重、輕載的Δ—Y自動(dòng)切換對(duì)于處在重、輕載交替工作狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，采用電動(dòng)機(jī)繞組接線的Δ接變Y接，是簡(jiǎn)捷易行的節(jié)能方法。

（1）節(jié)電原理

電動(dòng)機(jī)定子繞組由Δ接改為Y接后，定子每相繞組電壓下降到原來的，鐵耗下降2/3，轉(zhuǎn)矩下降為原來的1/3。改接后，由于轉(zhuǎn)速幾乎不變，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗基本保持不變，故電動(dòng)機(jī)的輸出功率相應(yīng)下降為原來的1/3。如果電動(dòng)機(jī)Δ接時(shí)的負(fù)載率為33%，則在電源電壓和負(fù)荷未變的情況下，改為Y接時(shí)，負(fù)載率變?yōu)?00%。所以功率因數(shù)和定子電流將明顯得到改善。（2）電動(dòng)機(jī)繞組Δ—Y自動(dòng)切換點(diǎn)計(jì)算同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)，用Y接法損耗較小。但負(fù)載增加到某一數(shù)值以后，由于轉(zhuǎn)子滑差率加大，使轉(zhuǎn)子電流及定子電流迅速增加，造成電動(dòng)機(jī)損耗與Δ接時(shí)相等，此時(shí)應(yīng)立即將定子繞組改為Δ接線，否則，負(fù)載繼續(xù)增加將使損耗超過Δ接線，造成“倒節(jié)電”現(xiàn)象。

所以，Y接線與Δ接線電動(dòng)機(jī)損耗相同的負(fù)載率,即為要找的切換點(diǎn)。

一般情況下，當(dāng)負(fù)載率低于40%時(shí)，由Δ接線切換為Y接線，可以節(jié)電。不同型號(hào)電動(dòng)機(jī)也稍有不同。切換點(diǎn)的確定方法：有兩種

①可繪出不同接法的電動(dòng)機(jī)損耗與負(fù)載率關(guān)系曲線，找出其交點(diǎn)，這個(gè)交點(diǎn)即為切換點(diǎn)。

②可用經(jīng)驗(yàn)公式求出切換點(diǎn)的負(fù)載率，即

式中——電動(dòng)機(jī)Δ接線時(shí)的鐵耗，kW；

——電動(dòng)機(jī)Δ接線的空載銅耗，kW；

——電動(dòng)機(jī)Δ接線的空載損耗，kW。4．電動(dòng)機(jī)的節(jié)能更換所謂節(jié)能更換，即對(duì)型式陳舊、性能落后、效率低的電動(dòng)機(jī)或嚴(yán)重的“大馬拉小車”電動(dòng)機(jī)進(jìn)行更換。（1）電動(dòng)機(jī)節(jié)能更換的基本步驟：①根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷狀況，計(jì)算電動(dòng)機(jī)負(fù)載率。方法：當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，測(cè)出其負(fù)載電流I1，再測(cè)出電動(dòng)機(jī)空載電流I0，然后用下式估算電動(dòng)機(jī)帶全負(fù)荷時(shí)的實(shí)