“電機節能技術”課程的的改革探索

白連平

(北京信息科技大學自動化學院，北京100192)

在各行業的節能工作中，電機節能是非常重要的，因為每年電動機消耗的電能占到全國總發電量的50%以上［1］。國家在“十一五”和“十二五”期間的節能減排規劃中，均把電動機系統節能列為重中之重。與電動機系統節能密切相關的專業有電氣工程和自動化等專業。給這些專業的大學生開設“電機節能技術”課程是非常必要和迫切的。

1 課程主要內容

本課程主要講授三相異步電動機的節能原理和節能方法。使學生了解三相異步電動機的經濟運行原理，掌握三相異步電動機的基本節能原理和方法。課程內容包括:電動機與負載的功率配合、轉速配合和機械特性配合的節能原理;雙功率電動機、變頻調速、組合變極調速和軟特性配合的節能原理;電動機的靜態和動態無功補償的節能原理和方法;高效永磁同步電動機的應用;三相異步電動機經濟運行分析及節能效果的計算方法;電動機的現場檢測方法和舊電動機質量評價方法;三相異步電動機經濟運行標準和三相異步電動機的能效標準;電動機測試平臺、測試儀器和測試方法。本課程總學時為32學時，其中授課為24學時，實驗為8學時。

2 課程實驗內容

2.1 實驗目的和內容

“電機節能技術”課程實驗目的:使學生加深對電動機節能原理的理解，掌握電動機節能方法，培養學生進行電動機節能的測試能力;掌握雙功率電動機功率切換控制方法，掌握變頻調速系統效率測試方法和掌握電動機無功補償的節能原理和測試方法，學會節能電動機的測試和節能效果分析方法。

實驗內容有:①實驗裝置和電能綜合測試儀的使用方法;②電動機綜合效率測試與計算;③雙功率電動機節能方法;④變頻調速系統的效率測試及分析;⑤電動機靜態無功補償;⑥電動機動態無功補償;⑦變頻通風系統的節能測試。必做的實驗為前4個，其余的可以作為課外選做實驗。

2.2 實驗裝置

“電機節能技術”實驗裝置如圖1所示。裝置主要由三相異步電動機、扭矩/轉速傳感器、扭矩/轉速顯示儀、永磁同步發電機、電能回饋器、電能綜合測試儀、裝置底座和三相調壓電源等組成。其中永磁同步發電機和電能回饋器用于電動機的加載，在加載過程中只有少部分能量消耗在電動機和發電機上，大部分能量又回饋給電網，避免了電動機實驗過程中消耗大量的電能。這種加載裝置比電磁渦流制動器和磁粉制動器優越得多，而且加載的平滑性好。扭矩傳感器是非接觸式電阻應變傳感器，這種傳感器測量精度高、可靠性高，精度能達到0.5%。轉速傳感器通常采用光電編碼形式，測量精度均能達到0.1%。扭矩/轉速顯示儀可以方便地讀取或記錄電動機的扭矩、轉速及輸出功率。三相異步電動機的功率為3kW，永磁同步發電機的功率為4kW，能量回饋器的容量為5.5kVA。

圖1 電動機節能測試實驗裝置

電能綜合測試儀是電動機參數測試的重要測試儀器，能夠直接測量三相異步電動機的輸入電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數和電源頻率等。

我們選擇的電能綜合測試儀型號為3169-20，其主要測試指標為:①電壓測試精度為0.1%;②電流測試精度為0.5%;③頻率測試精度為0.01%;④有功功率、無功功率、視在功率和累積電量測試精度均為1.0%;⑤功率因數測試精度為±0.03。這個精度完全滿足效率和綜合效率的測試要求。

3 課程教材編寫

為電氣工程專業開設“電機節能技術”課程的相關參考書很少［2］，我們在編寫講義的基礎上出版了教材［3］。該書共有九章，包括:①緒論;②三相異步電動機概述;③三相異步電動機經濟運行;④功率配合的節能原理及方法;⑤轉速配合的節能原理及方法;⑥機械特性配合的節能原理及方法;⑦異步電動機無功補償節能原理;⑧高效永磁同步電動機工作原理及應用;⑨電動機的測試和質量評價。

此書將電動機節能原理、方法、技術和經驗融為一體。編寫思路是以電動機與負載的功率配合、轉速配合和機械特性配合為線索闡述異步電動機節能原理。此書介紹了三相異步電動機工作原理和節能原理，結合實例介紹電動機節能方法，還介紹了電動機節能的測試方法和評價方法。全書將國家相關的標準貫徹始終，使讀者在掌握電動機節能原理的同時能夠了解和運用標準，在實例分析和方案選擇時有據可循。

4 課程開設體會

“電機節能技術”是我校電氣工程及其自動化專業的特色課程之一，是一門新課。我們早在2000年給本科生開設學科前沿講座時，就利用4學時的時間給學生講授了“電動機節能概況”。2006年“電機節能技術”獨立設課;16學時，1學分。2008年，學時增加到32學時，2學分。下面我們介紹幾點開設課程的經驗和體會。

(1)內容的擴充過程—為了讓學生了解三相異步電動機經濟運行的國家標準，掌握三相異步電動機的基本節能原理和方法，課程中包含了電動機輕載運行的損耗分析、變頻調速節能原理、變極調速原理及應用等內容，這是16學時的課程內容。當時沒有開設實驗課。現在，該課程的學時增加到32學時，其中實驗學時為8學時。

(2)實驗內容的設置—“電機節能技術”是一門實踐性很強的課程，單獨設課以后我們就開始研究開設什么實驗才能幫助學生更好地理解電動機節能原理，培養實踐技能。

(3)培養學生的責任感—我們在教學過程中，引導學生了解我國國情，樹立節能意識和為國分憂的責任感，給學生提出了一些討論題目:①從能源的角度，談一談我國的基本國情;②為什么說我國目前還沒有達到節能型社會;③從專業和科技的角度，談談“當代大學生如何承擔起節能的使命”;④為什么說電動機節能本身就意味著保護環境。

5 結語

我們在開設“電機節能技術”課程方面做了一些探索性的工作取得了一些成績，也得到了一些企業的認可。相關公司每年都會接收我校電氣工程及其自動化的本科畢業生，從事電動機節能工作。

［1］ 中國電機系統節能項目組.中國電機系統能源效率與市場潛力分析［M］.北京:機械工業出版社，2001

［2］ 趙家禮.電機節能技術問答［M］.北京:化學工業出版社，2008

［3］ 白連平，馬文忠.異步電動機節能原理與技術［M］.北京:機械工業出版社，2012