電動機效率低下的成因及應對措施探究

李 冉

（佳木斯電機股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002）

目前電動機設備在許多領域中得到了重點應用，但電動機的應用所表現(xiàn)出的特征不盡相同。在電動機的運行控制方面，如何控制電力能源的消耗始終是一個需要解決的難題，而若想解決這一問題，提高電動機效率尤為重要。三相異步電動機是應用最為廣泛的一種電動機，為達到電動機效率提高的目標，設計人員應當了解電機與電路設計中可能存在的問題，根據(jù)電動機的基本工作原理和工作環(huán)境等現(xiàn)有條件，分析導致電動機效率低下的各項原因，以提高電動機運轉(zhuǎn)效率的方式來提升經(jīng)濟效益。

1 電動機的基本工作原理

對于三相異步電動機來說，定子和轉(zhuǎn)子以及其他附屬結(jié)構一同組成三相異步電動機，其工作原理如下：當異步電機電子組和三相電源接通，之后定子組就會生成三相對稱電流，在氣體間隙中產(chǎn)生n1 轉(zhuǎn)速基波磁場，并且n1=60f1/p?；ù艌鲈谶M行轉(zhuǎn)子切割期間，轉(zhuǎn)子繞組回路中生成感應電動勢，感應電流也會在這一期間形成。氣體間隙中磁場在感應電流的作用下會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，三相異步電動機利用這種電磁轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)，帶動負載轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)能量的有效轉(zhuǎn)換和使用。

2 導致電動機效率低下的原因分析

2.1 設備老化造成效率低下

通常情況下，電動機在運轉(zhuǎn)期間如果存在內(nèi)部構件或線路老化情況，則可能會造成運轉(zhuǎn)效率低下，而這種設備結(jié)構老化問題又是難以避免的問題。隨著電動機使用時間的不斷增加，內(nèi)部構件運轉(zhuǎn)磨損或環(huán)境因素導致腐蝕都會造成老化問題，而且電動機維護保養(yǎng)工作的缺失也會讓設備老化問題更加嚴重，電動機效率下降程度也會越來越明顯，經(jīng)過不斷的積累可能會形成電動機性能損耗，嚴重時還可能會降低生產(chǎn)效率或形成安全隱患。對此，在電動機應用期間，內(nèi)部構件與線路的檢修維護工作至關重要，必要時應對構件進行更換[1]。

2.2 電源電壓和電機應用不相符

電動機在運轉(zhuǎn)期間，針對電源電壓具有較為明確的要求，通常來說電動機可以適用的電源電壓可以劃分為兩種類型，其一為220V 正常電壓，其二則是380V 高壓電。兩種電壓的選擇需要根據(jù)電動機實際條件而定，倘若沒能正確選擇電動機的電源電壓規(guī)格參數(shù)，可能會導致電動機所用電壓不相符的問題，若選擇的電壓低于電動機的運轉(zhuǎn)需求，便會導致電動機運轉(zhuǎn)效率低下的問題，影響生產(chǎn)效率。但如果所選電壓超過電動機的最大承受值，則可能會導致電動機電阻損壞等問題，嚴重時可能產(chǎn)生安全隱患。

2.3 電機自身負載率較低

在電動機運轉(zhuǎn)期間，效率低下的原因還可能表現(xiàn)在自身因素上，例如電動機設備在選擇時沒能充分考慮到后續(xù)應用的環(huán)境條件與性能要求等，可能導致電動機運轉(zhuǎn)期間整體應用性能未能達到要求，而且在出現(xiàn)問題后還會持續(xù)降低電動機的運轉(zhuǎn)效率，甚至因此造成了嚴重的經(jīng)濟損失。一般來說，電動機設備的效率運轉(zhuǎn)需要達到75%以上，一旦低于75%的標準線，就可能導致電動機功率下降。

2.4 后期維護管理不夠充分

維護管理是電動機設備運轉(zhuǎn)中必不可少的一項工作，能夠及時發(fā)現(xiàn)電動機設備存在的問題或隱患，確保電動機始終處于健康高效的狀態(tài)投入生產(chǎn)。但從實踐的角度來看，電動機的運轉(zhuǎn)與管理期間，后期維護管理缺失的問題并不少見，維護管理不足也會造成電動機效率降低等問題。電動機在運轉(zhuǎn)期間需要及時得到維護保養(yǎng)，從而確認是否存在老化嚴重或設備故障等問題，若維護缺失則會讓電動機長時間無法確認是否存在損壞或異常，加大電動機的運轉(zhuǎn)風險。對此，在電動機的應用與管理方面，為確保其健康穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，運轉(zhuǎn)維護與管理至關重要，只有做好維護管理工作，才能及時發(fā)現(xiàn)其中的問題，避免電動機的運轉(zhuǎn)效率受到不利影響[2]。

3 電動機效率低下的應對措施

3.1 及時更換老舊設備

電動機在運轉(zhuǎn)過程中，若設備存在老化問題，則會造成較為明顯的效率降低現(xiàn)象。為有效改善設備老化磨損而造成的運轉(zhuǎn)效率低下問題，便需要對電動機進行針對性分析，確保電動機性能始終達到生產(chǎn)要求。在電動機運轉(zhuǎn)期間需要做好設備及其構件的維修或更換，避免老化磨損的構件繼續(xù)運行，改善設備運轉(zhuǎn)效率低下問題的同時規(guī)避安全隱患的發(fā)生。對于生產(chǎn)單位來說，電動機設備的更新?lián)Q代應當予以重視，及時檢查電動機是否存在老化磨損現(xiàn)象，分析設備老化磨損是否對電動機使用性能及運轉(zhuǎn)效率帶來影響，若有影響則需要及時更換新的部件或整個設備進行更換，若影響不大可以采取一定的防護措施解決。

3.2 合理選擇電動機材料

從電動機結(jié)構與材料的角度來看，材料本身的質(zhì)量參數(shù)是決定可變損耗、固定損耗的關鍵因素，通常電動機的定子需要控制鐵耗，這就要適當提高硅鋼片用量，并且材料的導磁率也有一定要求。對于部分功率較大的電動機來說，鐵耗往往占整體損耗的較高比重，所以要盡可能選擇新型鐵芯材料，把控好鐵芯材料的單位損耗值，從而控制電機鐵耗情況。鐵芯材料的磁導率要求較高的原因在于降低勵磁電流參數(shù)，一般反應在磁感方面，磁感與磁導率呈正比關系，所以高磁感率低鐵損率的無取向硅鋼片是大多數(shù)大型、中型高效電機鐵芯材料的首選。而因為電動機產(chǎn)品越來越小型化，同時運轉(zhuǎn)效率要求卻在不斷提高，一般的冷軋硅鋼片因為鐵芯無法達到需求，厚度更低的低鐵損無取向硅鋼片則備受青睞。定子繞組磁動勢中高次諧波的強度也會對電動機的運轉(zhuǎn)帶來影響，如今電動機大多選擇60°相帶等元件繞組，但這種繞組雖然工藝水平較高，卻依然存在諧波會對電動機性能帶來一定影響。低諧波繞組指的是繞組含有的諧波更低，對繞組設計形式進行重構，削弱以往60°相帶繞組中存在的諧波，優(yōu)化定子繞組磁勢波形，讓磁勢波形更傾向正弦波。這種繞組可以改善繞組系數(shù)、控制雜散損耗、減少電動機溫升等，也是提高電動機運轉(zhuǎn)效率的手段之一[3]。

3.3 把控好電機的運轉(zhuǎn)電壓

從上述電動機效率低下的成因來看，電源電壓也會對電動機運轉(zhuǎn)效率帶來影響。對此需要準確分析電動機設備的適用電壓參數(shù)，確保電動機應用的電壓可以達到適用要求。比如380V 高壓電所適用的電動機需要在表面進行明確標識區(qū)分，確保在后續(xù)管理和維護中可以準確處理電源電壓，并將電源電壓與電動機管理采取同步化的措施，以網(wǎng)絡化的形式提高管理效率，如借助信息技術實現(xiàn)電動機自動控制電壓等。這些措施不僅能提高電源電壓的安全性，并且還可以改善電動機的運轉(zhuǎn)效率。

3.4 提高電動機的負載能力

電動機本身的負載能力也會對運轉(zhuǎn)效率帶來直接影響，所以在電動機運轉(zhuǎn)期間應當做好設備負載能力的專項分析，最大程度上提高電動機管理水平以及電動機自身的運轉(zhuǎn)效率，并且選擇電動機的功率性能、電壓指數(shù)、負載能力等。經(jīng)由上述，所選負載效率需要保持在75%以上，只有達到這一條件才可以保證電動機的運轉(zhuǎn)發(fā)揮到最理想的效率水平。但在電動機負載能力提升的同時，還要關注電動機應用兼容性問題，只有保證應用兼容，才可以實現(xiàn)電動機運轉(zhuǎn)效率最大化的目標。一般來說，電動機在生產(chǎn)運轉(zhuǎn)中很容易會產(chǎn)生負載不均勻的問題，并且在時間的不斷推移下負載可能會出現(xiàn)滿載、輕載、空載、間斷運轉(zhuǎn)等問題。若采用交流電動機恒速傳動方案，那么運轉(zhuǎn)效率就會受到影響，容易造成資源能源浪費等問題。分析負載轉(zhuǎn)速要求，利用電動機工作電源頻率調(diào)整的方式達到運轉(zhuǎn)速率的調(diào)整，進而在轉(zhuǎn)速高低不一的條件下都能保證運轉(zhuǎn)效率達到要求。如此一來電能消耗得到了有效控制，同時在電動機啟動期間也能對電機、負載設備等起到保護效果，避免順勢啟動電流沖擊對電網(wǎng)帶來的損害，提高設備運行的精度水平。變頻調(diào)速是利用交流電機電源頻率調(diào)整的方式，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的靈活調(diào)控，一些變頻裝置能夠在避免對電動機運轉(zhuǎn)效率帶來影響的條件下，利用驅(qū)動電源電壓與頻率調(diào)整的方式，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)節(jié)，根據(jù)輸出量大小控制輸出功率。根據(jù)實踐經(jīng)驗來看，變頻技術在交流電動機驅(qū)動控制中的應用不僅起到了運轉(zhuǎn)效率提升的目的，而且電動機的能源消耗也得到了節(jié)約。在變頻調(diào)速控制下，變頻電源由變頻器提供，而變頻器一般分為兩種，一種為交-直-交變頻器，另一種則是交-交變頻器，目前多數(shù)場景沿用的都是前者，變頻調(diào)速的損耗更低而且適用性更強、精度更高，但成本相對較高以及后續(xù)維保工作難度較大[4]。

3.5 轉(zhuǎn)子結(jié)構選擇

轉(zhuǎn)子繞組的損耗通常為轉(zhuǎn)子結(jié)構所決定，一般情況下轉(zhuǎn)子結(jié)構分為鑄鋁轉(zhuǎn)子和銅條轉(zhuǎn)子，因為銅的電阻率相較于鋁更低，因此銅條轉(zhuǎn)子的損耗也比鑄鋁轉(zhuǎn)子更低，一些功率參數(shù)較高的高壓電動機往往為控制轉(zhuǎn)子銅損、提升電動機效率，都會選擇銅條轉(zhuǎn)子。

3.6 控制機械損耗

常用的電動機機械損耗有多種形式之分，電機轉(zhuǎn)子表面摩擦損耗、軸承摩擦損耗、密封圈摩擦損耗等。這些損耗情況和電動機的轉(zhuǎn)速以及通風方式、風扇等具有密切聯(lián)系。當前交流電動機在機械磨損控制方面，大多采用正反向葉片和徑向分布盆式風扇，在氣流流經(jīng)風扇時，會在葉片之間形成渦流。葉片在維修期間需要進行精細的打磨，避免對風流帶來負面影響，以此來控制風磨損問題。為進一步提高風阻控制效果，工作人員還要合理選擇較大機座，盡量選擇軸流或后傾式風扇。高效率電動機熱耗在得到控制后，冷卻風量也會同步降低，相應的風耗也能得到控制。從通風結(jié)構的設計上分析，結(jié)構的調(diào)整也能起到控制能耗以及機械損耗的效果，零部件的合理選擇、盡量選擇摩擦較小的軸承、定期使用潤滑脂等都能有效降低機械損耗。而在尺寸的設計與選擇中，可以利用中間公差與形位公差的角度進行分析，規(guī)避裝配變形等問題，從而降低電動機內(nèi)部構件的持續(xù)摩擦損耗問題。

3.7 控制雜散損耗

對于定子繞組的銜接來說，可以選擇常見的正弦繞組接法，這一接法能夠有效應用磁場中的高次諧波，從而控制附加損耗以及附加轉(zhuǎn)矩等。與此同時，多槽數(shù)與短節(jié)距的鐵芯設計也能達到損耗控制的效果。在定子與轉(zhuǎn)子的選擇與運用中，盡可能選擇債槽口的定子轉(zhuǎn)子，期間工作人員還要做好端結(jié)構的優(yōu)化調(diào)整工作，規(guī)避漏磁損耗等問題。為提高轉(zhuǎn)子導條，在設計過程中需要對鐵芯間的接觸電阻進行調(diào)節(jié)，利用沖片氧化法對其表面進行處理，有助于雜散損耗的削弱[5]。

3.8 定期開展維護管理工作

后期的維護管理工作是電動機安全管理中的關鍵要素，關乎電動機的使用壽命和使用安全、運轉(zhuǎn)效率等，在電動機應用管理中至關重要。做好維護管理工作也是提高電動機運轉(zhuǎn)效率的必要之舉，對此應當提高電動機運行維護力度，采取合理的維護管理手段，盡可能及時發(fā)現(xiàn)并解決電動機運行中的各項影響因素，按照影響因素情況分析導致電動機運轉(zhuǎn)效率低下的原因，進而采取對應的措施進行解決。以問題解決為導向的維護管理可以及時排除影響電動機效率的不利因素，在日常維護管理工作中針對電動機的運轉(zhuǎn)效率實施專項分析，利用問題的分析及時排除電動機的效率影響因素，按照電動機的生產(chǎn)運作環(huán)境，和生產(chǎn)要求檢查電動機構件和參數(shù)是否達標，若未能達到要求則及時調(diào)整。借助這些措施提高電動機運作的安全性，保證電動機生產(chǎn)實踐中的運轉(zhuǎn)效率，從而提高生產(chǎn)效益。

4 結(jié)語

在生產(chǎn)實踐中，交流電動機的運行過程具有一定的復雜性，而且電動機的能耗控制應當具備完整的體系才能達到理想效果。除電動機系統(tǒng)設計之外，還需要分析電動機內(nèi)部構件的選擇、應用、維護，包括電路問題等，只有這樣才能讓電動機的運行效率達到理想水平，通過運轉(zhuǎn)效率的提升以及能耗水平的降低，達到控本增效與綠色發(fā)展的目標。