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交流异步电机运行过程中的节能分析
2024常州第九届电机与新能源技术博览会   2015-12-10 14:23:40 作者:论文网 来源:论文网
对交流异步电机运行过程中的节能，主要是选用智能型的节能器的节能保护，这样不但提高了产品的质量、提高了劳动的生产率也节约了电能。所以在设计交流异步电机的时候需要满足一些特殊的要求，还需要降低电流，减少电机的损耗，提高电机的工作效率。

1 前言

现在我们国家的许多企业中，许多交流异步电机都在运转，然而其中有许多都是没有在经济的状态下运转，浪费了大量的电能。所以交流异步电机运行过程中的控制是节约能源和提高工作效率。企业中许多都是使用直接启动的电机，启动的时候5-7倍的电流造成了大量的电能的浪费。对于负荷量不是特别大的电机就要使拖动系统有变压和调速的功能，而使用压和定速的方式会造成大量的电能损耗。所以在电机运行过程中的节能主要方法是依靠对电机的启动电流进行控制并且调节负载情况。因此在电机运行的过程中就要求电机启动设备操作简单方便，启动的电流小一些，电机的机械特性要符合系统的要求提高工作效率。

2 异步电动机工作方式

2.1 异步电动机起动方式

2.1.1 软起动

随着微型计算机控制技术的迅猛发展，在相关的控制工程领域中先后研制成功了一批电子式软起动控制器，广泛应用在电动机的起动过程，降压启动器随之被替代。当前电子式的软起动设施都使用的是晶闸管的调压电路，其电路构成如下所描述：晶闸管六只，两两反并联后串联至三相电源上，待系统发送起动信号后，微机控制起动器系统立即进行数据计算，令晶闸管输送触发信号，使晶闸管的导通角得到控制，根据给定的输出，调节输出电压，实现电动机的控制。该起动方式适合各种功率值的三相交流异步电动机包括六根和三根连接方式的起动控制。

2.1.2 直接起动

此种起动方式是电机起动方式中最基础最简单的，首先借助用刀开关使电动机与电网进行连接，此时在额定电压下电动机起动并运行起来，该方式特点为：投资少，设备简单、数量少，虽然起动时间短，但起动时的转矩较小，电流较大，比较适合应用在容量小的电动机起动。

2.1.3 降压起动

由于直接起动存在较大的缺点，降压起动随之产生。这种起动方式适用的起动环境为空载和轻载这两种情况，由于降压起动方式是在同时实现了限制起动转矩和起动电流的，因此起动工作结束后需要使工作的电路恢复到额定状态。

2.2 异步电动机运行方式

2.2.1 调压控制

从电动机的机械特性上可以得出，负载一定的情况下，转速可以控制在O-Sm进行控制，要使调速宽度得到扩展，可通过对定子绕组电压进行调整的方法实现对电机转速的控制，定子电压降低时，电机的电压平方与电磁转矩的关系为正比，所以此时电机的转速随着电压的减小而减小，由此实现了扩大调速范围。

由于调压调速的稳定性不高，又因为存在较大的转子电阻，一旦负载转矩发生变化，随之被引起的转速的大范围的变化，此时系统的稳定性将变的更差。

2.2.2 串级控制

对于绕线式异步电动机经常使用的是串级调速，在转子回路中加入了额外的电动势使得转差率发生变化，由此实现调速目的，串级调速的效率较高，可以将电动机的功率进行利用，并且能实现无级且平滑的调速，在转速较低时能得到较硬的机械特性。

2.2.3 变频控制

变频器主回路的结构基本相同，大同小异，但其有多种的控制方式，一般可分为开环控制以及闭环控制两种方式，如今各种产品中大部分应用了成熟的变频器控制方式，根据自己的调速用途、设备性能要求以及调速目的去选择最合意的控制方式的变频器。

3 异步电动机能耗分类

3.1 恒定的损耗

这种损耗是任一台电动机都会产生的，且与电机负载的大小没有关系，仅与电动机本身有关，恒定损耗包括铁芯损耗和机械损耗，并且电机各类参数决定了损耗的大小，例如材料、工艺、结构、转速等。

3.2 带负载损耗

此种损耗也称之为铜耗，由转子铜耗以及定子铜耗构成，这是因为电动机在工作时电流流经转子绕组以及定子绕组时的损耗。这种损耗所占总损耗的比重约为20%-70%，负载损耗与电动机的容量形成反比。

3.3 杂散损耗

这种损耗是由铁杂损耗以及铜杂损耗构成的，是由定子的漏磁通以及转子和定子的高次谐波引起的。

铁杂损耗又被称为脉动损耗或者表面损耗，产生于转子动作时，转子和定子之间发生齿磁通脉动时产生的，和外加电压的平方成正比，由电压决定其大小。高次谐波磁势产生铜损，和电流平方成正比，电流决定了铜损的大小。当今异步电机的电机主要是感应电机，其杂散损耗约占总损耗的10%-15%，铜损耗所占的比重最多，约占70%-90%。

4 节能措施

4.1 节能状态下频率变化对电机性能影响

通过改变定子频率与电压的比例来实现电机的节能工作状态，概括说即为改变定子的频率。此种变化只对电机铁心参数的影响较大，对铜损耗的影响不大，所以电机的铁心参数应该在节能要求较高的情况下得到充分的考虑。

4.2 采用自适应变频调速节能

在确定了转速以及转矩的电动机工作在节能状态时，要找到节能点需要考虑到电动机的参数，但是由于异步电动机的负载为感性负载，频率的变化必然后引起参数的变化，导致电机偏离了节能点。因此将自适应式控制应用在电动机的控制系统中。

自适应式的工作方式为：首先待节能调节器将给定输入调入以后将电压以及频率进行输出，并把二者输送给异步电动机以及模型。由于刚开始存在一定的偏差，要把偏差信号送回至自适应调整回路，经过运算后逐步的进行调节。最后在误差信号最小时自动停止调节，电动机达到稳定的工作状态。

4.3 节能技术适用对象

优化节电技术在不需要调速的现场、对转速无较高要求的、电机较长时间运行在轻载或空载的场合以及具有大幅度变化的负续现场等效果都非常显着。是否能够采用节能装置仅通过所产生的节能量来确定是远远不够的。

一般情况下，节能量通常是与电机大小以及效率相关，效率高、容量大的电动机其能够节能的范围反而小，常要求电机工作在满载的50%-60%以内。此外，通过对电动机的端电压，即三相交流全波调压电路，此电路由晶闸管组成，可以降低电动机的损耗达到节能的效果。但在应用时要注意其工作的稳定性是与电动机的转子电阻、定子阻抗以及转动惯量有关的，其相应的数值越大，稳定性能越好。

5 结束语

当前我国的工矿企业几乎都在使用交流异步电动机，同时相当一部分的电动机处在高能耗的工作状态，造成了大量的能源浪费，破坏我国的生态文明建设。对交流异步电动机节能的研究以及效率的提高等问题亟待解决，希望以上的一些见解能为日后的研究工作提供帮助，使电动机的工作更节能更高效。

 

 

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