張煥祥 葉雅鋒 胡嗣炯

（輕工業(yè)杭州機電設(shè)計研究院，杭州 310004）

低效率電動機節(jié)能分析

張煥祥 葉雅鋒 胡嗣炯

（輕工業(yè)杭州機電設(shè)計研究院，杭州 310004）

三相交流異步電動機的效率越高，其轉(zhuǎn)差率越小。也即在額定頻率與電壓下，相同負(fù)載的轉(zhuǎn)速越高。對于某些功率與轉(zhuǎn)速成正比，甚至成高次方比的負(fù)載來說，也就意味著電動機的輸出功率的提高。反過來說，低效率電動機因其轉(zhuǎn)差率的增大而使負(fù)載轉(zhuǎn)速下降，就可使電動機的輸出功率減少，從而達(dá)到節(jié)電目的。

電動機；功率；效率；轉(zhuǎn)差率；轉(zhuǎn)速；節(jié)電效果

眾所周知，電動機的效率高低決定了電動機自身損耗的多少，也即產(chǎn)生了節(jié)電的效果。但是，在某些特定情況或條件下，低效率電動機也會產(chǎn)生節(jié)電效果。

1 電機節(jié)能就是減少輸入功率

電動機的核心價值是將電能轉(zhuǎn)化為機械能，在轉(zhuǎn)化過程中支付的代價就是電動機的自身損耗。電動機的效率越高，其自身的損耗就越低。

電動機的輸入功率為輸出功率與自身損耗之和。降低電動機的損耗自然減少了電動機的輸入功率，但未必取得節(jié)能效果。因為在某種場合下，電動機輸出功率提升程度有可能超過損耗的降低，就達(dá)不到減少輸入功率的目的。

電動機的負(fù)載分3種，一種是恒功率負(fù)載，一種是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，還有一種就是風(fēng)機、水泵類負(fù)載。這后一種負(fù)載的機械特性是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的2次方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的 3次方成正比（見圖1）。也就是說，在額定電壓、額定頻率情況下只要能夠降低負(fù)載的轉(zhuǎn)速，即使多付出了一些電機損耗的代價，也有可能獲得系統(tǒng)的節(jié)能效果。

圖1 不同負(fù)載的機械特性曲線

2 電動機效率與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系

三相交流異步電動機的工作特性曲線（見圖1）是一條描述在額定電壓、額定頻率條件下電動機工作狀態(tài)的特性曲線。A點表征電動機的空載轉(zhuǎn)速, 也即電動機的同步轉(zhuǎn)速 n0；B點表征電動機的最大轉(zhuǎn)矩Mmax；C點表征電動機的起動轉(zhuǎn)矩。 因為轉(zhuǎn)差率所以電動機的轉(zhuǎn)差率s正比tanα，即A-B直線與縱軸夾角α越大，表示轉(zhuǎn)差率s越大[1]。

圖2 三相交流異步電動機的工作特性曲線

同時，電動機的效率

即轉(zhuǎn)差率s越大，電動機的效率 越低。反過來說，電動機的效率 越低，轉(zhuǎn)差率 s越大，對應(yīng)的負(fù)載運行轉(zhuǎn)速n也就越低。

由此可見，負(fù)載轉(zhuǎn)速降低，電動機的輸出功率也就有所減少。雖然電動機對應(yīng)的效率有所降低，但對應(yīng)的輸入功率卻同時有所下降，也就達(dá)到了節(jié)能目的[2]。

3 低效率電動機節(jié)能實例分析

電錠電動機屬紡織專用電動機（見圖3），年運行時間超過 7000h，利用率較高。所以電機效率的高低對于節(jié)能效益影響較大。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 99001《FYD型與FYDZ型電錠電動機》規(guī)定的額定功率為160W，額定效率為77%[3]。

圖3 FYD型電錠電動機

目前國內(nèi)化纖企業(yè)普遍使用的幾款“節(jié)能”電錠電動機的功率都是 140W，效率低于 74%（甚至70%）。由于這幾款電錠電動機“重量輕，體積小”，制造成本低，售價低，加上所謂現(xiàn)場“實際應(yīng)用”對比測試，似乎比起正規(guī)的 FYD型電錠電動機來“節(jié)能”可達(dá)25%～30%以上，所以深受用戶青睞[4]。

圖4 不同功率、效率電動機的工作特性曲線

事實上，這種電錠電動機的負(fù)載是離心罐，電動機的輸出功率與離心罐轉(zhuǎn)速的 2.7次方成正比。對于這類風(fēng)機、水泵類特征的負(fù)載，轉(zhuǎn)速受電動機效率影響很大：電動機效率越低，損耗越大，輸出轉(zhuǎn)速越慢，輸出功率就越少（見圖4）。從表面上看，電動機的輸入功率是減少了，但其實這是以犧牲電動機的出力為代價的。因為低效率電動機的自身損耗的增大才是真正的浪費。

從一般意義上說，電動機輸出功率的降低，必然影響到產(chǎn)能的下降。但是，電錠電動機的特點是轉(zhuǎn)速的下降，只影響到絲束的捻度而不會影響絲餅的產(chǎn)量。這給人造成的錯覺是，電錠電動機節(jié)能了，產(chǎn)出卻沒有減少，是十分有效的節(jié)能措施。但事實上，離心罐轉(zhuǎn)速下降過多，不僅是絲束捻度降低，還會造成操作工人“倒絲”困難，致使廢絲（即間接損耗）增加，由此可見，低效率電錠電動機之所以給人有驚人的“節(jié)能”效果，就是因為紡絲工藝上對于離心罐的轉(zhuǎn)速下降沒有限制，也就是電錠電動機的輸出功率是可以隨之減少的。當(dāng)在相同電壓、相同頻率、相同離心罐形狀尺寸的工況下，低效率電錠電動機因其自身損耗大反而使其運行轉(zhuǎn)速減少，取得了表面上的“節(jié)能”效果。這在節(jié)能產(chǎn)品的價值評估上是有違公平原則的[5]。

4 結(jié)論

所以說，“低效率電動機也可以節(jié)能”其實是個偽命題。要實現(xiàn)電動機的真正意義上的節(jié)能，就要選用高效率電動機，其效率至少要達(dá)到 GB 18613-2006《中小型三相異步電動機能效限定值及節(jié)能評價值》[6]的規(guī)定。在上例中，為了保持離心罐的實際轉(zhuǎn)速不變，可以通過變頻器對電源電壓與頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低電錠電動機的運行轉(zhuǎn)速。這樣既可以滿足紡絲工藝的捻度要求，又使電錠電動機自身的損耗維持最低。選用符合 FZ/T 99001-91標(biāo)準(zhǔn)的高效電錠電動機，才能真正取得最具效果的綠色節(jié)能。

[1] 浙江大學(xué)電機教研室編著.王毓東主編.電機學(xué)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1990:497-509.

[2] 浙江大學(xué)電機教研組編著.王毓東主編.電機學(xué)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1990:487-497.

[3] 紡織工業(yè)部.FZ/T 99001-91FYD型和FYDZ型電錠電動機[S].北京:1991.

[4] 何小亢,孫國賓.GD型高效節(jié)能離心紡絲電錠[J].人造纖維, 2004(6):8-10.

[5] 中國電器工業(yè)協(xié)會.GB/T 20137-2006三相籠型異步電動機損耗和效率的確定方法[S].北京:2006.

[6] 國家發(fā)展與改革委員會.GB 18613-2006中小型三相異步電動機能效限定值及節(jié)能評價值[S].北京:2006.

Low Efficiency Motor Energy Saving

Zhang Huanxiang Ye Yafeng Hu Sijiong
(Hangzhou Project & Research Institute of Electro-mechanic in Light Industry, Hangzhou 310004)

In theory, the three-phase AC asynchronous motor slip is inversely proportional to its efficiency. To be specific, under the specified frequency and voltage, the higher the efficiency is, the higher the output speed can be achieved. In order to reduce the output power of a low efficient motor,one feasible technique can be to suppress the load speed by increasing the slip. As an example of electrical energy saving practice, such technique showcases its simplisticity and practicality, and yet can often be neglected when techniques are to be developed.

motor；power；efficiency；slip；speed；energy saving

張煥祥（1963-），男，漢族，浙江杭州人，高級工程師，主要從事輕工機械的設(shè)計研究工作。