電機(jī)在使用過程中的節(jié)能分析

馬枝玉　李良慶　張美玲

【摘 要】本文主要分析了電動(dòng)機(jī)在使用過程中能量損耗的組成，重點(diǎn)介紹了如何減少電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的機(jī)械損耗，達(dá)到節(jié)能增效的目的。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械損耗；風(fēng)扇；軸承；潤(rùn)滑劑；裝配

1.異步電動(dòng)機(jī)能量損耗的組成

（1）銅損耗：定子銅損；轉(zhuǎn)子銅損；雜散損耗。

（2）鐵芯損耗。

（3）機(jī)械損耗：通風(fēng)損耗；摩擦損耗。

從以上列出的異步電動(dòng)機(jī)能量損耗看，銅損耗和鐵損耗我們?cè)跈z修中是不易改變的，它們是由設(shè)計(jì)決定的，而機(jī)械損耗是可以改變的。異步電動(dòng)機(jī)一般來(lái)說級(jí)數(shù)少的即轉(zhuǎn)數(shù)高的電動(dòng)機(jī)機(jī)械損耗較大，銅損耗較少；而級(jí)數(shù)多的即轉(zhuǎn)數(shù)低的電動(dòng)機(jī)銅損耗占得比例較機(jī)械損耗就大。所以，我們要降低電動(dòng)機(jī)的能量損耗就要從減少電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗入手解決。

2.減少電動(dòng)機(jī)機(jī)械損耗的主要方法

減少電動(dòng)機(jī)機(jī)械損耗主要從以下幾個(gè)方面入手解決：

（1）采用高效率的風(fēng)扇（如機(jī)翼型軸流風(fēng)扇）。

（2）調(diào)整風(fēng)罩與扇葉外圓之間的間隙。

（3）輕載電動(dòng)機(jī)適當(dāng)縮小風(fēng)扇外徑。

（4）采用高質(zhì)量的軸承。

（5）采用優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑劑。

（6）提高電動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量。

3.減少電動(dòng)機(jī)機(jī)械損耗的具體措施

首先，我們來(lái)看如何通過改變風(fēng)扇尺寸進(jìn)行節(jié)能，大家都知道電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的設(shè)備，在轉(zhuǎn)換過程中要產(chǎn)生損耗，這些損耗是以熱的形式出現(xiàn)的，它使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱。定制繞組有電流流過后產(chǎn)生銅損耗，經(jīng)槽絕緣材料把熱傳導(dǎo)給定子鐵芯，再由定子鐵芯傳給電機(jī)外殼散發(fā)到空間。轉(zhuǎn)子的熱量是由轉(zhuǎn)子鋁耗及其摩擦產(chǎn)生的，它傳給轉(zhuǎn)子鐵芯和內(nèi)風(fēng)扇表面，靠?jī)?nèi)風(fēng)扇攪拌使熱量散發(fā)在電機(jī)空間，在轉(zhuǎn)給定子鐵芯、端蓋、機(jī)座，定、轉(zhuǎn)子這兩股熱量均由外風(fēng)扇吹散。因此，外風(fēng)扇風(fēng)量的大小是決定電動(dòng)機(jī)的溫度不能超過其絕緣材料等級(jí)所允許溫度的關(guān)鍵。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各種絕緣等級(jí)的電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行條件下的允許溫升，要求電動(dòng)機(jī)中最熱點(diǎn)溫度不允許超過其絕緣等級(jí)的極限溫度，而電機(jī)常用絕緣等級(jí)如下表：其中：允許溫升=允許溫度極限—環(huán)境溫度規(guī)定值—熱點(diǎn)溫差繞組的熱點(diǎn)溫差使指當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)，繞組熱點(diǎn)的穩(wěn)定溫度與繞組平均溫度之差。

表內(nèi)數(shù)值單位皆為攝氏度

當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于空載或輕載時(shí)，電動(dòng)機(jī)總損耗要比額定時(shí)小，而風(fēng)量與電動(dòng)機(jī)總損耗成正比關(guān)系，所以風(fēng)扇處于“大馬拉小車”（因?yàn)橥L(fēng)損耗與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，故通風(fēng)損耗不隨負(fù)載變化，所以這時(shí)應(yīng)降低風(fēng)量來(lái)減少電動(dòng)機(jī)的通風(fēng)損耗）。改變風(fēng)扇葉形狀可以降低風(fēng)量，但比較麻煩，不如直接減少外風(fēng)扇葉直徑來(lái)降低風(fēng)量更簡(jiǎn)單些。我們知道風(fēng)扇本身的機(jī)械損耗按扇葉直徑的4—5次方成比例，而風(fēng)量隨扇葉直徑的平方成正比，所以減少扇葉直徑時(shí)，風(fēng)量降低不多，而通風(fēng)損耗卻降低很多。

由于外風(fēng)扇的冷卻風(fēng)量減少，使電動(dòng)機(jī)溫升上升，但仍能保持電動(dòng)機(jī)溫升在絕緣等級(jí)允許的范圍內(nèi)。同時(shí)，我們還要看到由于外扇葉直徑縮小電動(dòng)機(jī)機(jī)械損耗降低，又會(huì)使電動(dòng)機(jī)溫升進(jìn)一步降低。尤其對(duì)于2，4級(jí)這樣高轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，當(dāng)風(fēng)扇外徑縮小14%—16%時(shí)，通風(fēng)損耗降低20%—40%。另外，改變扇葉直徑的同時(shí)，要相應(yīng)改變擋風(fēng)板或風(fēng)扇罩尺寸，使它們互相配合的尺寸符合規(guī)定。風(fēng)扇葉與風(fēng)扇罩的間隙不可過大，一般在10—15之間，過大會(huì)正大高壓區(qū)回流到低壓區(qū)的漏風(fēng)損耗，同時(shí)要保持扇葉與風(fēng)扇罩之間的角度，其作用是使進(jìn)風(fēng)的一部分動(dòng)壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓力而減少損耗。比如8號(hào)機(jī)座用的風(fēng)扇經(jīng)過調(diào)整和修整可使用9號(hào)機(jī)座輕載的電動(dòng)機(jī)上，這樣就可使9號(hào)機(jī)座輕載的電動(dòng)機(jī)降低機(jī)械損耗，并使溫升提高些來(lái)提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)。

3.1減少摩擦以降低機(jī)械損耗

電動(dòng)機(jī)軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、噪聲、震動(dòng)、過熱、壽命等因素均與合理選擇潤(rùn)滑脂有關(guān)，目前通常是選用3號(hào)鋰基脂為好，可以降低機(jī)械損耗，不過當(dāng)前隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展又出現(xiàn)了許多性能優(yōu)越的潤(rùn)滑脂，如：“中小型電動(dòng)機(jī)軸承潤(rùn)滑脂“其性能經(jīng)有關(guān)部門測(cè)試達(dá)到日本JIS2220—80滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑脂的標(biāo)準(zhǔn)，接近瑞士SKF65C潤(rùn)滑脂的水平，含雜質(zhì)極低，價(jià)格與3號(hào)鋰基脂相當(dāng)。在由當(dāng)前在市場(chǎng)上出現(xiàn)的美國(guó)艾索潤(rùn)滑脂性能也不錯(cuò)。我們完全可以使用這些性能不錯(cuò)的潤(rùn)滑脂來(lái)改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況以降低機(jī)械損耗。作為電動(dòng)機(jī)專業(yè)檢修人員我們還可以在合理選用軸承上下功夫，也可以節(jié)能降耗；既然我們已經(jīng)知道數(shù)少的電動(dòng)機(jī)機(jī)械損耗大，級(jí)數(shù)多的電動(dòng)機(jī)機(jī)械損耗小。我們就可以在修理電動(dòng)機(jī)時(shí)有選擇的使用軸承。例如，在高速的電動(dòng)機(jī)上我們可以使用進(jìn)口軸承或國(guó)產(chǎn)高級(jí)別的B、C級(jí)優(yōu)質(zhì)軸承室損耗降到最小。而在低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)上我們可以使用國(guó)產(chǎn)的C、D級(jí)，這樣在軸承上我們就可以省下一筆資金，從而達(dá)到節(jié)能降耗的母的。

3.2提高功率因數(shù)以降低機(jī)械損耗

發(fā)電廠里的轉(zhuǎn)機(jī)拖動(dòng)設(shè)備95%是交流異步電動(dòng)機(jī)，而交流異步電動(dòng)機(jī)是低功率因數(shù)的設(shè)備。如果提高其功率因數(shù)的問題我們進(jìn)行討論。

3.2.1合理調(diào)整運(yùn)行設(shè)備，提高功率因數(shù)

在未進(jìn)行人工補(bǔ)償前，應(yīng)考慮對(duì)電廠現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行檢查和調(diào)整，使其合理運(yùn)行，從而提高功率因數(shù)。

（1）一般來(lái)說電廠內(nèi)的設(shè)備都是配套的無(wú)需我們?cè)谌萘亢瓦x型上考慮，只需考慮運(yùn)行中的電機(jī)，避免“大馬拉小車“現(xiàn)象，當(dāng)負(fù)載率低于40%時(shí)，可以考慮更換小容量的電動(dòng)機(jī)。當(dāng)負(fù)載率低于30%時(shí)，可將三角接線的繞組改為星形接線的與運(yùn)行方式，這樣一來(lái)電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)均有所提高。

（2）對(duì)老系列的電動(dòng)機(jī)如：J0、J02系列的老式電機(jī)進(jìn)行改造或淘汰，更換Y系列的節(jié)能電動(dòng)機(jī)。

（3）正確使用和維護(hù)電機(jī)，注意控制其頻繁啟動(dòng)（頻繁啟動(dòng)時(shí)功率因數(shù)很低），精心的檢修，在電動(dòng)機(jī)安裝時(shí)調(diào)整好中心線及電機(jī)轉(zhuǎn)、靜子間隙也是必不可少的，因?yàn)闅庀恫痪鶗?huì)造成空載電流增大，功率因數(shù)降低。

3.2.2加裝變頻器，提高功率因數(shù)

使用變頻器進(jìn)行調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)提高功率因數(shù)的目的，也是常用的節(jié)能方法，即在普通的交流異步電動(dòng)機(jī)上加裝變頻器，此方法安裝簡(jiǎn)單，操作方便，節(jié)能效果顯著。 [科]