交流異步電機(jī)運(yùn)行過程中的節(jié)能分析

倪春梅

【摘要】對(duì)交流異步電機(jī)運(yùn)行過程中的節(jié)能，主要是選用智能型的節(jié)能器的節(jié)能保護(hù)，這樣不但提高了產(chǎn)品的質(zhì)量、提高了勞動(dòng)的生產(chǎn)率也節(jié)約了電能。所以在設(shè)計(jì)交流異步電機(jī)的時(shí)候需要滿足一些特殊的要求，還需要降低電流，減少電機(jī)的損耗，提高電機(jī)的工作效率。

【關(guān)鍵詞】交流異步電機(jī)；運(yùn)行過程中的節(jié)能；工作效率；節(jié)能保護(hù)

【中圖分類號(hào)】TM301.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）01—0081—02

1 前言

現(xiàn)在我們國家的許多企業(yè)中，許多交流異步電機(jī)都在運(yùn)轉(zhuǎn)，然而其中有許多都是沒有在經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，浪費(fèi)了大量的電能。所以交流異步電機(jī)運(yùn)行過程中的控制是節(jié)約能源和提高工作效率。企業(yè)中許多都是使用直接啟動(dòng)的電機(jī)，啟動(dòng)的時(shí)候5-7倍的電流造成了大量的電能的浪費(fèi)。對(duì)于負(fù)荷量不是特別大的電機(jī)就要使拖動(dòng)系統(tǒng)有變壓和調(diào)速的功能，而使用壓和定速的方式會(huì)造成大量的電能損耗。所以在電機(jī)運(yùn)行過程中的節(jié)能主要方法是依靠對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)電流進(jìn)行控制并且調(diào)節(jié)負(fù)載情況。因此在電機(jī)運(yùn)行的過程中就要求電機(jī)啟動(dòng)設(shè)備操作簡單方便，啟動(dòng)的電流小一些，電機(jī)的機(jī)械特性要符合系統(tǒng)的要求提高工作效率。

2 異步電動(dòng)機(jī)工作方式

2.1 異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式

2.1.1 軟起動(dòng)

隨著微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，在相關(guān)的控制工程領(lǐng)域中先后研制成功了一批電子式軟起動(dòng)控制器，廣泛應(yīng)用在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程，降壓啟動(dòng)器隨之被替代。當(dāng)前電子式的軟起動(dòng)設(shè)施都使用的是晶閘管的調(diào)壓電路，其電路構(gòu)成如下所描述：晶閘管六只，兩兩反并聯(lián)后串聯(lián)至三相電源上，待系統(tǒng)發(fā)送起動(dòng)信號(hào)后，微機(jī)控制起動(dòng)器系統(tǒng)立即進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，令晶閘管輸送觸發(fā)信號(hào)，使晶閘管的導(dǎo)通角得到控制，根據(jù)給定的輸出，調(diào)節(jié)輸出電壓，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的控制。該起動(dòng)方式適合各種功率值的三相交流異步電動(dòng)機(jī)包括六根和三根連接方式的起動(dòng)控制。

2.1.2 直接起動(dòng)

此種起動(dòng)方式是電機(jī)起動(dòng)方式中最基礎(chǔ)最簡單的，首先借助用刀開關(guān)使電動(dòng)機(jī)與電網(wǎng)進(jìn)行連接，此時(shí)在額定電壓下電動(dòng)機(jī)起動(dòng)并運(yùn)行起來，該方式特點(diǎn)為：投資少，設(shè)備簡單、數(shù)量少，雖然起動(dòng)時(shí)間短，但起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩較小，電流較大，比較適合應(yīng)用在容量小的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。

2.1.3 降壓起動(dòng)

由于直接起動(dòng)存在較大的缺點(diǎn)，降壓起動(dòng)隨之產(chǎn)生。這種起動(dòng)方式適用的起動(dòng)環(huán)境為空載和輕載這兩種情況，由于降壓起動(dòng)方式是在同時(shí)實(shí)現(xiàn)了限制起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的，因此起動(dòng)工作結(jié)束后需要使工作的電路恢復(fù)到額定狀態(tài)。

2.2 異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式

2.2.1 調(diào)壓控制

從電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性上可以得出，負(fù)載一定的情況下，轉(zhuǎn)速可以控制在O-Sm進(jìn)行控制，要使調(diào)速寬度得到擴(kuò)展，可通過對(duì)定子繞組電壓進(jìn)行調(diào)整的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，定子電壓降低時(shí)，電機(jī)的電壓平方與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為正比，所以此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著電壓的減小而減小，由此實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)大調(diào)速范圍。

由于調(diào)壓調(diào)速的穩(wěn)定性不高，又因?yàn)榇嬖谳^大的轉(zhuǎn)子電阻，一旦負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，隨之被引起的轉(zhuǎn)速的大范圍的變化，此時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性將變的更差。

2.2.2 串級(jí)控制

對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)常使用的是串級(jí)調(diào)速，在轉(zhuǎn)子回路中加入了額外的電動(dòng)勢使得轉(zhuǎn)差率發(fā)生變化，由此實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的，串級(jí)調(diào)速的效率較高，可以將電動(dòng)機(jī)的功率進(jìn)行利用，并且能實(shí)現(xiàn)無級(jí)且平滑的調(diào)速，在轉(zhuǎn)速較低時(shí)能得到較硬的機(jī)械特性。

2.2.3 變頻控制

變頻器主回路的結(jié)構(gòu)基本相同，大同小異，但其有多種的控制方式，一般可分為開環(huán)控制以及閉環(huán)控制兩種方式，如今各種產(chǎn)品中大部分應(yīng)用了成熟的變頻器控制方式，根據(jù)自己的調(diào)速用途、設(shè)備性能要求以及調(diào)速目的去選擇最合意的控制方式的變頻器。

3 異步電動(dòng)機(jī)能耗分類

3.1 恒定的損耗

這種損耗是任一臺(tái)電動(dòng)機(jī)都會(huì)產(chǎn)生的，且與電機(jī)負(fù)載的大小沒有關(guān)系，僅與電動(dòng)機(jī)本身有關(guān)，恒定損耗包括鐵芯損耗和機(jī)械損耗，并且電機(jī)各類參數(shù)決定了損耗的大小，例如材料、工藝、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速等。

3.2 帶負(fù)載損耗

此種損耗也稱之為銅耗，由轉(zhuǎn)子銅耗以及定子銅耗構(gòu)成，這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在工作時(shí)電流流經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組以及定子繞組時(shí)的損耗。這種損耗所占總損耗的比重約為20%-70%，負(fù)載損耗與電動(dòng)機(jī)的容量形成反比。

3.3 雜散損耗

這種損耗是由鐵雜損耗以及銅雜損耗構(gòu)成的，是由定子的漏磁通以及轉(zhuǎn)子和定子的高次諧波引起的。

鐵雜損耗又被稱為脈動(dòng)損耗或者表面損耗，產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子動(dòng)作時(shí)，轉(zhuǎn)子和定子之間發(fā)生齒磁通脈動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的，和外加電壓的平方成正比，由電壓決定其大小。高次諧波磁勢產(chǎn)生銅損，和電流平方成正比，電流決定了銅損的大小。當(dāng)今異步電機(jī)的電機(jī)主要是感應(yīng)電機(jī)，其雜散損耗約占總損耗的10%-15%，銅損耗所占的比重最多，約占70%-90%。

4 節(jié)能措施

4.1 節(jié)能狀態(tài)下頻率變化對(duì)電機(jī)性能影響

通過改變定子頻率與電壓的比例來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的節(jié)能工作狀態(tài)，概括說即為改變定子的頻率。此種變化只對(duì)電機(jī)鐵心參數(shù)的影響較大，對(duì)銅損耗的影響不大，所以電機(jī)的鐵心參數(shù)應(yīng)該在節(jié)能要求較高的情況下得到充分的考慮。

4.2 采用自適應(yīng)變頻調(diào)速節(jié)能

在確定了轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)工作在節(jié)能狀態(tài)時(shí)，要找到節(jié)能點(diǎn)需要考慮到電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，但是由于異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載為感性負(fù)載，頻率的變化必然后引起參數(shù)的變化，導(dǎo)致電機(jī)偏離了節(jié)能點(diǎn)。因此將自適應(yīng)式控制應(yīng)用在電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)中。

自適應(yīng)式的工作方式為：首先待節(jié)能調(diào)節(jié)器將給定輸入調(diào)入以后將電壓以及頻率進(jìn)行輸出，并把二者輸送給異步電動(dòng)機(jī)以及模型。由于剛開始存在一定的偏差，要把偏差信號(hào)送回至自適應(yīng)調(diào)整回路，經(jīng)過運(yùn)算后逐步的進(jìn)行調(diào)節(jié)。最后在誤差信號(hào)最小時(shí)自動(dòng)停止調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

4.3 節(jié)能技術(shù)適用對(duì)象

優(yōu)化節(jié)電技術(shù)在不需要調(diào)速的現(xiàn)場、對(duì)轉(zhuǎn)速無較高要求的、電機(jī)較長時(shí)間運(yùn)行在輕載或空載的場合以及具有大幅度變化的負(fù)續(xù)現(xiàn)場等效果都非常顯著。是否能夠采用節(jié)能裝置僅通過所產(chǎn)生的節(jié)能量來確定是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

一般情況下，節(jié)能量通常是與電機(jī)大小以及效率相關(guān)，效率高、容量大的電動(dòng)機(jī)其能夠節(jié)能的范圍反而小，常要求電機(jī)工作在滿載的50%-60%以內(nèi)。此外，通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的端電壓，即三相交流全波調(diào)壓電路，此電路由晶閘管組成，可以降低電動(dòng)機(jī)的損耗達(dá)到節(jié)能的效果。但在應(yīng)用時(shí)要注意其工作的穩(wěn)定性是與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻、定子阻抗以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)的，其相應(yīng)的數(shù)值越大，穩(wěn)定性能越好。

5 結(jié)束語

當(dāng)前我國的工礦企業(yè)幾乎都在使用交流異步電動(dòng)機(jī)，同時(shí)相當(dāng)一部分的電動(dòng)機(jī)處在高能耗的工作狀態(tài)，造成了大量的能源浪費(fèi)，破壞我國的生態(tài)文明建設(shè)。對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能的研究以及效率的提高等問題亟待解決，希望以上的一些見解能為日后的研究工作提供幫助，使電動(dòng)機(jī)的工作更節(jié)能更高效。

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