電機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)和方法探討

胥立慶

摘? 要：由于技術(shù)力量較落后，管理不到位、節(jié)能意識(shí)不強(qiáng)等問(wèn)題，我國(guó)諸多企業(yè)存在著電機(jī)耗電量巨大，效率不高的情況。那么，如何提高電機(jī)的利用率，降低能耗是我們今天將要重點(diǎn)討論的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：電機(jī);節(jié)能降耗;技術(shù);效率;耗電量

中圖分類(lèi)號(hào)：TM343? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）23-0147-02

Abstract： Due to the backwardness of technical force， inadequate management， weak awareness of energy saving and other problems， many enterprises in China have huge motor power consumption and low efficiency. So， how to improve the utilization rate of the motor and reduce the energy consumption is the problem that we will focus on today.

Keywords： motor; energy saving and consumption reduction; technology; efficiency; power consumption

1 電機(jī)特性曲線(xiàn)分析

1.1 電流-效率特性曲線(xiàn)

電機(jī)的電流-效率特性曲線(xiàn)是展現(xiàn)兩個(gè)變量之間的關(guān)系。通過(guò)對(duì)比幾組數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)：不同型號(hào)的電機(jī)在限定狀態(tài)下的效率值不同，效率的最大值也不同，利用公式我們可得出：

η=P2/P1=1-∑P/P1

其中η代表效率;P2為輸出功率;P1為輸入功率;∑P為電機(jī)總損耗，下圖1是電機(jī)電流與效率特性曲線(xiàn)圖：

1.2 效率特性曲線(xiàn)與功率因數(shù)

異步電機(jī)從電廠吸引一部分電流形成磁場(chǎng)，這部分電流就是電機(jī)的空載電流，它在正常工作情況下基本保持不變。在空載的情況下，定子電流與勵(lì)磁電流基本相等，功率因數(shù)低。功率因數(shù)cosΦ與效率η隨負(fù)荷率β的增加有相似的變化規(guī)律。

2 電機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)和方法

2.1 自身降耗

（1）電機(jī)硬件節(jié)能改造

我們所使用電機(jī)的能耗大通常是因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理，只要重新設(shè)計(jì)，或者更換零部件，就可以達(dá)到節(jié)能減排的效果，可以將高耗能的電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榈秃哪艿碾姍C(jī)。對(duì)電機(jī)的硬件進(jìn)行改造，是電機(jī)整體節(jié)能降耗的重要手段，其主要方法有：更換磁性槽楔、改變定子繞組形式、更換合適規(guī)格風(fēng)扇、增加有效材料用量等。

以下我們主要介紹更換合格風(fēng)扇和增加有效材料用量的方法：

更換合格風(fēng)扇：研究表明，對(duì)于較大功率的電機(jī)，其風(fēng)扇磨損的消耗是非常大的，只要控制住這一部分損耗，就能減少電機(jī)整體的耗能。舉例說(shuō)明：90千瓦的2極電機(jī)風(fēng)扇磨損消耗可以達(dá)到總消耗的百分之三十左右，風(fēng)扇的磨損伴隨著溫度升高，電機(jī)又要消耗電量去給風(fēng)扇降溫，給機(jī)器降溫所消耗的能量是巨大的，風(fēng)扇通風(fēng)功率正比風(fēng)扇直徑的4次到5次方，由此看來(lái)，在電機(jī)正常的運(yùn)行溫度下，選擇尺寸小一些的風(fēng)扇可以有效降低風(fēng)扇與機(jī)器之間的磨損率。風(fēng)扇的直徑?jīng)Q定了電機(jī)風(fēng)扇磨損的耗能和溫度的高低，所以在選取合適的風(fēng)扇時(shí)，既要考慮到電機(jī)本身的冷卻要求，還要將電機(jī)的磨損消耗計(jì)算進(jìn)去。

（2）新型節(jié)能電機(jī)

對(duì)現(xiàn)在使用較為廣泛的電機(jī)進(jìn)行改造，常常會(huì)受到成本、技術(shù)和材料的限制，有時(shí)候電機(jī)的效率得不到提高，或者提高的空間比較有限。這個(gè)時(shí)候，就需要開(kāi)發(fā)新的電機(jī)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新技術(shù)、新理念逐漸走進(jìn)了電機(jī)領(lǐng)域，在綜合考慮到電機(jī)的損耗和運(yùn)行規(guī)律之后，新的電機(jī)被不斷研發(fā)出來(lái)并投入使用。比如：稀土永磁電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、變極變?nèi)萘侩姍C(jī)等，這些新電機(jī)終將會(huì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高消耗電機(jī)，進(jìn)入我國(guó)的工業(yè)市場(chǎng)。下面，我們針對(duì)稀土永磁電機(jī)和變極變?nèi)萘侩姍C(jī)來(lái)進(jìn)行分析。

稀土永磁電機(jī)：稀土永磁電機(jī)利用磁性能，在充磁之后可以形成永磁場(chǎng)，再利用永磁場(chǎng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電力磁場(chǎng)，這種稀土永磁電機(jī)易操作、易搬運(yùn)、工作效率高。我們觀察幾組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：稀土永磁電機(jī)的效率曲線(xiàn)高，而且傾斜度不高，這就說(shuō)明，即使在很寬的負(fù)載工況區(qū)間，這種電機(jī)也能保持比較高的效率，所以說(shuō)，在相同負(fù)載情況下，稀土永磁電機(jī)的效率比傳統(tǒng)電機(jī)高出很多。稀土永磁電機(jī)存在著諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是它本身生產(chǎn)成本高、裝配難度大的問(wèn)題也是急需解決的。

變極變?nèi)萘侩姍C(jī)：變極電機(jī)可以通過(guò)改變電機(jī)定子繞組的極對(duì)數(shù)來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，分為多繞組式和單繞組式。這種電機(jī)可以對(duì)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)做出改變，使其符合不同的負(fù)載狀況，這種轉(zhuǎn)變可以大大提高電機(jī)本身的效率，但是也有一定的風(fēng)險(xiǎn)，變極變?nèi)萘侩姍C(jī)設(shè)計(jì)極為復(fù)雜，調(diào)速的范圍有一定限制，這就導(dǎo)致了這種電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合受到了很大的限制。

2.2 先進(jìn)的傳動(dòng)控制技術(shù)及裝置

（1）調(diào)壓節(jié)能

電機(jī)在恒定的壓力下工作，負(fù)載減小，輸出功率就會(huì)變小，轉(zhuǎn)子電流下降會(huì)讓轉(zhuǎn)子的銅耗降低，這個(gè)時(shí)候，定子電壓保持不變，定子的損耗保持不變，機(jī)械損耗保持不變，導(dǎo)致電機(jī)的整體功率和效率較低。所以，功率小的時(shí)候，可以通過(guò)降低電壓來(lái)降低電機(jī)的損耗，應(yīng)用這種調(diào)壓裝置可以有效地減小電機(jī)能耗，提高電機(jī)效率，而且這種調(diào)壓裝置操作簡(jiǎn)單，成本低，可以大量使用。

（2）變頻節(jié)能

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻技術(shù)也被廣泛應(yīng)用到電機(jī)的改造當(dāng)中，常用的幾種變頻控制方法有：恒壓頻比控制、轉(zhuǎn)差率控制，這兩種適用于電機(jī)的靜態(tài)模式，控制方法簡(jiǎn)便;矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制適用于電機(jī)的動(dòng)態(tài)模式，這兩種的控制方法比較復(fù)雜。

我們現(xiàn)在使用的電機(jī)一般多為泵類(lèi)負(fù)載和風(fēng)機(jī)設(shè)備，企業(yè)在選擇這類(lèi)電機(jī)的時(shí)候一般是根據(jù)其滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)候的情況來(lái)進(jìn)行型號(hào)的甄選，但其實(shí)電機(jī)被帶回工廠之后，因?yàn)榧竟?jié)、工作環(huán)境等因素，很少能滿(mǎn)負(fù)荷工作，經(jīng)常處于一種低負(fù)載運(yùn)行的狀態(tài)，有數(shù)據(jù)顯示，電機(jī)工作的平均功率只能達(dá)到額定功率的百分之四十到五十。經(jīng)過(guò)力學(xué)分析得出結(jié)論，風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)電機(jī)屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，它們有一個(gè)特性就是數(shù)據(jù)之間呈現(xiàn)三個(gè)正比，分別是：流量與轉(zhuǎn)速;壓力與轉(zhuǎn)速的平方;軸功率與轉(zhuǎn)速的立方。所以對(duì)泵類(lèi)電機(jī)來(lái)說(shuō)，如果需要的流量降低，轉(zhuǎn)速降低，它的功率也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的下降，我們可以通過(guò)下圖泵類(lèi)電機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能效果分析來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。

圖2中，Q1、Q2、Q分別表示的是流量，H1、H2、H3代表了泵的揚(yáng)程。我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流量從Q1降到Q2，如果使用的是關(guān)小閥門(mén)的辦法，那么管網(wǎng)阻力會(huì)增加，工況點(diǎn)從A變到B。這時(shí)，泵揚(yáng)程明顯增加，我們可以看出P2與矩形面積BH2OQ2成正比。如果改成使用變頻器控制，那么泵轉(zhuǎn)速?gòu)膎1下調(diào)到n2，想要繼續(xù)滿(mǎn)足流量就需要H3變大，這樣軸功率P3與矩形面積CH3OQ2成正比。我們觀察發(fā)現(xiàn)此時(shí)的軸功率與之前相比降低很多。這說(shuō)明采用變頻技術(shù)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有效地節(jié)約能源。

（3）結(jié)構(gòu)改進(jìn)

電機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)可以從兩方面入手，一種是更換磁性槽楔，另一種是采用新的絕緣材料。磁性槽楔是可以導(dǎo)磁的槽楔，在普通的槽楔中加入磁性材料。實(shí)驗(yàn)證明，如果用磁性槽楔來(lái)替代普通的槽楔，可以有效地改善電機(jī)的特性，提高電機(jī)使用效率。改用磁性槽楔之后，電機(jī)表面的損耗降低了，使有效氣隙長(zhǎng)度縮短，改善電機(jī)氣隙磁勢(shì)波形，降低電機(jī)鐵耗，降低磨損和溫度，可以有效地延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。

高壓電機(jī)多采用瀝青云母膠帶來(lái)達(dá)到絕緣目的。因?yàn)闉r青云母膠帶是經(jīng)過(guò)浸膠處理的，其表面比較厚重，它纏繞在銅線(xiàn)上的時(shí)候，會(huì)使銅線(xiàn)的整體截面增加，這樣電機(jī)的損耗會(huì)變大。所以，如果將瀝青云母膠帶換成B級(jí)絕緣膠帶，就可以使絕緣膠帶的厚度減小，銅線(xiàn)的截面面積變大，這樣使得電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)候的溫度降下來(lái)，功能損耗自然也就降低了。

3 結(jié)論

隨著科技的不斷發(fā)展，節(jié)能減排的思想已經(jīng)深入人心，高耗能的電機(jī)終將被淘汰，只有不斷改進(jìn)技術(shù)，不斷使用新材料，才能將電機(jī)的耗能降下來(lái)，將能源的浪費(fèi)降到最低。面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，我們不能再打能源戰(zhàn)，而是應(yīng)該盡可能地將能源利用率提高起來(lái)，用有限的資源創(chuàng)造出無(wú)限財(cái)富，從電機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)始，每一個(gè)環(huán)節(jié)都要經(jīng)過(guò)重重技術(shù)考量，在生產(chǎn)過(guò)程中也要盡量使用節(jié)能材料，保證電機(jī)的低消耗、高效率。

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