關于電機節能運行問題的探討

張廷海

（江蘇井神鹽化股份有限公司，江蘇 淮安 223200）

關于電機節能運行問題的探討

張廷海

（江蘇井神鹽化股份有限公司，江蘇 淮安 223200）

文章首先介紹了電動機的幾種啟動運行方式特點，但由于各種設備上的電動機運行時“大馬拉小車”現象十分普遍，造成了電能的極大浪費，最后從電機的節能運行著手，著重闡述了磁力耦合器與變頻器在電機運行使節能使用優缺點比較。

啟動運行方式；變頻器；磁力耦合器

從電動機的誕生到現在，使用在各種設備上的電動機“大馬拉小車”現象十分普遍，所以電能的浪費十分嚴重，產生這種現象原因大致有以下幾種：（1）設備上配置的電動機容量大：因設備配置電動機容量均按最大負載考慮，正常工作時，電動機帶動負載比較小，只是在偶然才帶動大負載進行工作。（2）長時間輕載運行：很多生產設備大半的時間都在準備、備料、等待，負載很輕，經常開、停機損傷設備或不方便停機，有的設備不能停機，只有很少的時間才重載工作。（3）長時間無規律變負載運行：工作在公用場所或商業場所以及其它企業場所的設備(如扶梯、空調及制冷設備等)。（4）長時間有規律的動態負載運行：有些電動機經常在空載或輕載與重負載之間進行有規律變化的運轉。針對上述情況，電機的啟動運行方式就顯得尤為重要。

1 電機啟動運行方式

1.1 全壓直接起動運行

全壓起動是最常用的起動方式，也稱為直接起動。它是將電動機的定子繞組直接接入電源，在額定電壓下起動，具有起動轉矩大、起動時間短的特點，也是最簡單、最可靠的起動方式，但啟動電流約為額定電流6～8倍，加速電機老化；同時全壓啟動容易導致如齒輪、皮帶、鏈條等傳動機構失效。另外容易引起較大的線路壓降，影響到其它的用戶，不具有節能效果，僅適用于功率較小的電機啟動。

1.2 星三角起動運行

對于正常運行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機來說，如果在起動時將定子繞組接成星形，起動電流只是原來按三角形接法直接起動時的1/3。如果直接起動時的起動電流以6～7ie計，則在星三角起動時，起動電流才2～2.3倍。起動轉矩也降為原來按三角形接法直接起動時的1/3。待起動完畢后再接成三角形，就可以降低起動電流，減輕它對電網的沖擊。這樣的起動方式稱為星三角減壓起動。

采用星三角起動，在星三角切換時會產生尖峰電流，對設備有沖擊。適用于無載或者輕載起動的場合。不具有節能效果，但與其它減壓起動器相比較，其結構最簡單，價格也最便宜。

1.3 自耦變壓器降壓啟動

自耦變壓器降壓啟動是指電動機啟動時，利用自耦變壓器來降低加在電動機定子繞組上的啟動電壓。待電動機啟動后，再使電動機與自耦變壓器脫離，從而在全壓下正常運動。采用自耦變壓器降壓起動時，與直接起動相比較，起動電壓降低得很多（為額定電壓的 1/4～1/7），而起動轉矩降低得更多；且自耦變壓器不允許頻繁起動，因而限制了它的廣泛使用。

1.4 軟啟動

軟起動器是一種集電機軟起、軟停、多種保護功能于一體的電機控制裝置。軟起動器在應用時串接于電源與被控電機之間，起動時通過控制其內部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數關系逐漸上升，電壓由零慢慢提升到額定電壓，這樣在啟動過程中的啟動電流，就由過去過載沖擊電流不可控制變成為可控制?？筛鶕枰{節啟動電流的大小。電機啟動的全過程都不存在沖擊轉矩，而是平滑的啟動運行。待電機達到額定轉速時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命。軟起動器自動化程度相對較高，由于起動性能較好，是一種推廣非?？斓膯臃绞剑痪邆涔澞芴攸c。

1.5 變頻啟動

變頻器亦叫電動機變頻調速器.是一種靜止的頻率變換器. 它把電力配電網 50hz 恒定頻率的交流電，變為可調頻率的交流電. 供普通的交流異步電動機作電源用，在必要時進行調節，其最主要的特點是具有高效率的驅動性能和良好的控制特性，應用變頻器不僅可以根據需要進行調速，還可節約大量電能。

1.6 磁力耦合器啟動

磁力耦合調速驅動是通過導磁體和永磁體之間的氣隙實現由電動機到負載的扭矩傳輸。該技術實現了電動機和負載側沒有機械聯接。其工作原理是一端稀有金屬氧化物硼鐵釹永磁體和另一端感應磁場相互作用產生扭矩，通過調節永磁體和導磁體之間的氣隙就可以控制傳遞的扭矩，從而實現負載速度調節。

以上幾種電機運行方式，可以根據不同的應用場合進行選擇，但實際運行時能做到節能的只有變頻運行和磁力耦合器運行。

2 運行節能比較

2.1 調速性能比較

變頻器通過調節頻率達到調速目的，磁力耦合器通過調節氣隙長度達到調速目的，因變頻器調節頻率精度較高，（可達0.01Hz），所以更容易達到最佳效果。并且利用變頻器提高輸出頻率,在不使用減速箱的情況下，可以使得機械運行在額定轉速以上。還可以方便地控制多個傳動點,使其同步或比例運行。所以變頻控制的轉速遠遠優于其它的調速方式。

2.2 穩定性比較

盡管變頻器目前技術比較過關，但是作為一個高度復雜的電子設備而言，其運行中的故障確實存在不可預見性和不確定性。首先對環境的要求十分苛刻，專用房間要密封、防塵，夏季要有空調來保持設備正常運行所要求的溫度。其次對供電電源有一定的要求，電子設備易受電磁干擾會造成變頻器設備運行的不可靠。根據多數企業的使用情況調查，變頻器在使用過程中，長期運行穩定性不太理想，它會因為突發故障而給用戶帶來措手不及的事故。

永磁耦合器具有機械結構簡單，一旦安裝完成投入使用，基本不受使用環境的干擾和影響，運行穩定可靠。由于采用永磁耦合器時，電機與負載之間的軸連接是非接觸式的，因此，負載的震動不會傳遞到電機上；也正是由于軸連接是非接觸式的，所以帶來了兩方面的好處，一是安裝時“對中”要求低，允許較大的安裝對中誤差（5mm）。大大簡化了安裝調試過程。；二是在長期運行中不會產生因為直接的軸連接而帶來的軸承、密封的損壞，保證設備的使用。根據其他企業的使用情況，永磁耦合器表現了優越的長期運行穩定性。而作為純機械設備，其可能的運行故障是可預見的，不會因為突發故障而給用戶帶來措手不及的事故。

2.3 節能效果

當前，國內企業的風機和水泵所采用的調速方式大部分是變頻調速。節電率可達到20%～60%，這是因為風機、水泵的耗用功率與轉速的三次方成比例，當用戶需要的平均流量較小時，風機、水泵的轉速較低，其節能效果也是十分可觀的。并且變頻器作為自動化非常高的產品，可以將節能效果調節到最佳狀態，優勢也是非常明顯的。

磁力耦合器的節能效果是非常好的，根據有關的實驗表明，節能范圍在25%～66%之間。在試驗當中，耦合器的類型是非常多的，但是真正做到節能的耦合器當中，磁力耦合器是遙遙領先的。不過在磁力耦合器當中，根據不同的生產制作技術來，其節能的效果也是有差別的，好的可以達到50%以上。

2.4 經濟性分析

永磁耦合器的初始投資與變頻器的投資目前大致相同；.由于永磁耦合器基本上是免維護的，所以維護費用很少；并且永磁耦合器的平均無故障時間比變頻器要長，基本不會因為突發故障而給用戶帶來措手不及的事故而造成經濟損失。

3 結語

上述電機的幾種啟動運行方式中，直接啟動運行、星三角啟動運行、自耦變壓器降壓啟動運行、軟啟動器軟起運行在沒有節能要求的場合都可以根據需要進行選擇，但在有節能要求的的生產現場，可結合變頻啟動運行與磁力耦合器啟動運行特點，變頻器調速性能較好，但穩定性不及磁力耦合器，節能效果兩者相當，可根據不同的需要，比選應用電機的運行控制方式。

[1]梁佰興.淺論電機啟動方式的選擇[D].廣東建,2010(10):32-33.

[2] 汪海.磁力耦合器與變頻器應用方案比較[D].才智,2010(6):121-123.

[3] 許新軍,李俊卿.淺論磁力耦合器調速[D].科技博覽,2014(3):77-78.

Discussion on the Issue of Electrical Energy to Run

ZHANG Tinghai
(Jiangsu Jingshen Salt and Chemical Co.,Ltd., Huai'an 223200)

This paper first introduces the characteristics of several kinds of operation mode of the starting motor, but the motor is running on a variety of devices, " Large motor with small power output" phenomenon is w idespread, resulting in a great waste of energy, this articl e from the motor Energy-saving operation the started, focuses on the magnetic coupling and Frequency converter in the motor running make the energy used to compare the advantages anddisadvantages.

Up and Running the Way; Frequency Converter; Magnetic Coupler

張廷海（1969- ），男，江蘇淮安人，工程師，江蘇井神鹽化股份有限公司規劃發展部部長。