王磊
（大唐国际陡河发电厂 河北唐山 063000）
摘要：三相异步电动机是广泛使用的一种动力机械，每年的耗电量占我国总耗电量的50%以上。在满负荷工况条件下，电机的效率一般较高，通常在80%左右；然而，一旦负荷下降，电机的效率便随之显著下降。因为电机选型时是按最大可能负荷和最坏工况所需的功率而定的，多数电机在大部分运行时间的负荷率都在50%～60%，所以实际运行时的效率都是比较低的。因此，提高这部分电机的运行效率，有着巨大经济效益和社会效益。本文阐述了三相异步电动机的工作原理，分析了三相异步电动机技术及措施。
关键词：三相；异步电动机；节能技术；方法
三相异步电动机的应用十分广泛，在整个电网中三相异步电动机所消耗电能的比例约占2/3，并且在工业越发达的国家，所占的比例越大。因此三相异步电动机的节能，对全球经济、工业的发展具有十分重要的意义。我国也已发布GB18613-2012《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》作为电机能效强制性标准，从源头开始淘汰落后的电机。三相异步电动机的节能，需要研究者从电机的原理、制造工艺及使用等方面进行深入的探讨研究，从而总结出最经济、简便的方法。
一、三相异步电动机的工作原理
该电动机的工作原理是利用旋转磁场和此种旋转磁场借助于感应作用在转子绕组内所产生的感应电流之间相互作用，以产生电磁转矩来实现拖动作用。相互对称的三相绕组嵌在三相异步电动机定子的铁心上，其中许多导条均匀的嵌在转子的铁心上，利用铜环将导条的两端连接起来，使他们组合成为一个整体。此时如果三相电源和对称的三相绕组正确的连接好后，在电动机的定子和转子两者之间的空间产生了转速同步的旋转磁场。因为装备好的在旋转的磁场进行切割，转子上的导条内部必然会产生感应的电动势，根据物理所学的右手螺旋定则，可以判断出当旋转的磁场以逆时针或者是逆时针的方向进行旋转时，判断好转子上半部装嵌的导体产生感应电动势的方向，导体的下半部感应电动势也随之判定出来了。由于转子上装嵌的导条本身是一个闭合的回路，因而在导条上就会有电流产生。如果此时对导条中的电流和电动势之间的相位差不加以考虑，那么电流的瞬时方向和电动势的瞬时方向就是一样的，转子上的导条处在磁场中，产生感应电流的同时，自身也会受到磁场产生电磁力的作用。所受到的电磁力方向可以运用左手定则来判定。所有装嵌在转子上的导条所受的电磁力是同一个方向的，会形成同一个方向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁场逆时针以转速为n进行旋转。如果把转子和生产的机械进行连接，这样就能够机电能量进行相互的转换。
二、电机节能主要存在的问题
虽然我国各电机研究所及制造厂对三相异步电动机不断的进行设计优化和工艺改良，然而受电磁理论、材料、使用环境等影响对电机节能有着很大的制约。
1.电机负载率低。使用过程中电机的选型不合适，裕量过大或是生产的工艺发生变化，导致电机实际的工作负荷低于规定额定负荷。装机容量较小的风机却在比规定范围的额定负载还大的电机上运行，最终导致运行的效率很低。我国现阶段的风机平均运行的效率在60%左右。
2.电机电源电压不对称或者是电压过低。因为三相的四线制低压供电的系统不平衡的单相负荷，导致三相电压的不对称，从而使电机产生负序转矩，这就增加了电机在运行过程中电能的损耗。另一个原因是电网电压处于长期的偏低环境，致使正常工作过程中电机的电流变大，从而电能的损耗必然增大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而且三相电压不对称度越来越大，电压就会越低，导致的电能损耗就会越大。
3.负荷的调节与控制转速的不当。因为风机与水泵两者间所具有的机械特性极其相似，当我们定性的分析了通过风机的调节风门是以何种方式来对风量进行调节，和利用电机的转速调节来对风量调整的比较。结合现实的工况不难发现，在对风机风量和水泵流量的调节，仍然有部分场合利用挡板或者阀门来进行调节，这就导致截流所损耗的功率变大。另外，很多设备仍然还是应用机械调速的方法，电气调速还未能有效的普及。而且因为调速方法的选用和负载性质不同以及对转速的控制的适当程度都会影响到在调速的过程中电能损耗的增大。
4.维修管理不善。使用单位不按规定对电机进行维修和保养，并长期处于运行状态，磨损过快使损耗量增大。若管理不善，工作人员离开后长时间不关机，也会导致某些电机处于长时间空转状态，能量损耗必然增加。
三、三相异步电动机技术及措施
1.功率因数角的检测。通常情况下电流波形是完整的，通过检测电压和电流的过零点获得的相位差即是功率因数角。但本控制器由于采用了可控硅交流调压，当导通角较小时，电流波形出现断续。电流继续使电流过零检测失效。为此，我们采取电流与微电平比较来获取其正半周连续波形的部分，进而取得近似的相位差。
2.电压和电流有效值的检测。一般按有效值的定义进行检测的电路需要用到模拟乘法器，因而电路比较复杂，成本也高。由于有效值和绝对平均值之间存在一定的对应关系，并且此处对检测精度要求不高，故我们先检测绝对平均值，再转化为有效值。
3.强干扰下的系统加固。如果本电器工作在工厂的恶劣环境下，强电磁干扰会严重影响微机系统的正常工作，为此我们采取了多种保护措施：将数字电路部分单独安装在金属机壳中，以屏蔽空间电磁干扰；选用优质开关电源和传感器，以减少从线路串入的干扰；在微机外围电路中广泛采用串行接口芯片，以简化电路板布线；采用广泛使用的WDT 电路，提高软件抗干扰能力。
4.可控硅的移相触发电路。在三相交流调压电路中，一个很重要的指标是三相平衡问题。以前的三相交流调压常采用3个单相移相触发芯片设计（如TA785），要细心调试才能达到三相平衡。我们采用最新推出的三相移相触发芯片AT787，简化了电路设计，使该电路免于繁杂的调试；同时还采用了可控硅的强触发技术，使其触发得更准确。
四、减少有功损耗提高电动机效率
异步电动机的损耗由有功损耗和无功损耗组成，所以减少有功损耗，电动机的效率就会得到显著的提高，达到节能的效果。在电机的设计以及制造方面可以做到以下几点：使用较薄及低损耗的硅钢片，降低电机的涡流损耗；加长铁芯或者用较多的硅钢片材料，也可以做到减少磁密最终达到降低损耗的目的；利用大截面铜导线，缩短线圈端部长度，提高槽满率，以将导线的电阻和定子电流合理的控制来达到降低定子的铜损；采用较大截面的转子导条和转子端环，提高转子导条和端环导电率，以达到将转子的损耗降至较低的程度；将风扇的设计进行改善，从而将风扇的效率提高，降低风扇旋转产生的风摩耗。选用优质的低摩擦类轴承，对降低轴承损耗有明显作用。就比如对2极的电机，它很大部分的机械损耗都是风摩耗，因而将风摩耗的减少相当重要。所以在此类型号的电机上可以装上不可逆类型的后倾式的风扇，它可以保持风量处于不变状况下，降低风摩耗降量。
降低三相异步电动机的能耗是研究者的目标，方法主要是对有功和无功损耗进行合理的控制。用减少有功损耗的方法来提高电机的运行效率，可以重点在设计优化和工艺改良方面进行着手。而采用减少无功能耗来提高其功率因数，可以将电机的运行一直处于高功率因数区内，再对电机运行过程中进行就地无功补偿。总之只要结合好电机设计、生产及使用过程中电机存在实际的问题，然后再进行针对性分析和处理，就能探讨出更多、更有效及更经济的方法来提高电动机在运行过程时的效率及功率因数，从而达到节能的目的。
参考文献
[1]张皓.从节能的观点谈电动机的选用[J].电气时代,2013,(1).
[2]周希章.节电技术与方法[M].北京:机械工业出版社,2012.
[3]续明进.风机水泵类负载电动机的高效节能运行方式[J].机电产品开发与创新,2014,(3).
论文作者:王磊
论文发表刊物:《电力设备》2016年1期供稿
论文发表时间:2016/4/15
标签：电机论文; 转子论文; 电流论文; 三相异步电动机论文; 磁场论文; 效率论文; 电动势论文; 《电力设备》2016年1期供稿论文;