根据电机的电流、功率因数判断电机是否具有节能潜力

1、1引言电机是工厂企业中消耗电能的主要设备， 而三相鼠笼电机是使用最广泛的电 机。电机的使用效率直接影响着企业的电力费用。然而，在众多工厂中，由于技 术力量薄弱、缺乏测量手段、管理不到位、没有节能意识等原因，人们不知道使 用的电机运行效率到底有多少。电机的效率不易直接测量，计算也较复杂。工厂 企业又往往只有简单的仪表。本文介绍一个简单、直观的方法，根据简单的仪表 初步判断一台电机的运行是否节能。安彩集团大多数电机是丫系列低压鼠笼式三相异步电动机，由于同一系列的 电动机在设计参数、制造工艺方面的共性，使得它们有相似的特性曲线。因此可 以根据电机的特性曲线估计电机的使用状况。 通过对大量不同型号的丫

2、系列鼠笼 电机进行测试，得出了平均特性曲线，并由此对电机的运行状况进行了粗略判断。2 丫系列低压鼠笼式电机特性曲线分析2.1电流一效率特性曲线电流一效率特性曲线反映了电机效率随电流变化的特征。通过对丫系列电机的分析可知：不同型号的电机额定状态下效率 n值不同， n的最大值也不同，用n/额定作为电机特性曲线的一个变量，得到如图 1所示 特性曲线，能够较好地适用于不同型号 丫系列电机。电动机的效率关系式：殳1一空丘 R( 1)式中：n一效率；P2 一输出功率：P1 一输入功率；XP 电机总损耗。22 P Pcu1+ Peu2十 PFe+ Pmec+ Pad( 2)式中：Pcu1 一定子铜耗；Pcu

3、2 一转子铜耗；PFe 一铁耗；Pmec 机械损耗;Pad 附加损耗。空载时输出功率P2=0,故n =0当负载从零增加时，电机总损耗 XP增加较慢，效率曲线上升很快，直到随负载变化的损耗(FCul + Peu2+pad)等于不变损耗(PFe+Rec)时，效率达到最大值。如图1所示，电流标幺值I*处于0.80.9附 近，效率n达到最大值；0.6时，n较高；电流标么值I*0.7时可以得到较满意的效率，对于I v0.7时可以考虑进行节能改造；对于I v 0.6的电机，应当进行节能改造1f匸TJ11Lrr ,10.1 0.2 03 0.4 0.5 0,6 0.7 0.8 0,9 L0 1.11*厂一电

4、流标幺值1 Y系列电机电流一效率特性曲线在I =0.5附近及IV 0.5时，随I的变化，急剧变化，同时由于不同型号的电机实 际的特性曲线不同，从图1所示的统一的特性曲线查取I* 0.5寸的n会有较大误 差。为此我们需要找到一个方法减少这种误差。2.2效率特性曲线与功率因数如图2所示，功率因数cos 与效率，随负荷率n的增加有相似的变化规律。LO0.9u.i u”上 u.4 u; u.o u. / u.s u.y 1.0 B2 Y系列电机0-朋0-叩特性曲线异步电动机在电网吸取很大的无功电流来建立磁场，它在正常工作范围内几 乎不变。在空载时Il-Im，即定子电流近似等于励磁电流，功率因数很低，通

5、常 小于0.2。当负载增加时，定子电流Ii中的有功分量增加，使功率因数很快上升， 当接近额定负载时，功率因数达到最大值，一般约为0.750.9。根据功率因数与效率随负荷率有相似变化规律的特点，可以得到曲率变化不 大的功率因数一效率特性曲线，如图3所示，由功率因数cos 可以得到较准确 的效率。由于功率因数可以通过仪表直接测量， 由功率因数估计效率可以得到较 满意的结果。1JOJ 0-2 03 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1Jcosp/cos(p 3 Y系列电机特性曲线根据特性曲线发现当功率因数达到额定功率因数的 93%时，效率能够达到额定 效率的95%。此时电机的负

6、荷系数B大约在0.6。低于此值时效率和负荷系数都 很低，应该对电机进行必要的调整。3应用实例3.1原水泵4#节能改造前后参数及工况（见表1）原水泵4土节能改造前设备工規设备电桩型号运行方式制定功率额定电療翔定电压买测电覘电扳奇幺值宝羁功率实剧功率额定功率实测功率固数Ic/Af/ArP/kW颅定功率因期Y315S-8 -用一备H2.13S017.450.6937.660一?390.810.01该泵电机的I*v0.69，根据上面分析的结论，可以考虑对该水泵进行节能改 造。同时又看到功率因未达到额定功率因数的 93%说明电机效率不高，需要对 该水泵进行节能改造。结合研磨原水管网情况分析，该泵通过调节

7、泵出口阀门调节流量，出口阀门通常不能开展，该公司有必要进行节能改造，并拟定了两种改造的方法：(1)改用功率小的水泵及电机；(2)加装变频器。由于方法(1)改造耗时长，工艺上不允许，而该公司有功率相当的变频器， 决定采用方法(2)对原水泵进行改造。改造后节能情况见表2。耗电量有所减少，按照每度电0.474元计算，年节 约费用2.5万元。表2原水泵广节能改造后节能情况变频器输人变频器输人变频器输出年节约节电率/%电流/A功率/kw功率/kW费用/元48.0031.5928.1025198,8721.73.2回用水泵2#节能改造前后主要参数及工况回用水泵2#改造前情况见表3。该泵电机的I* =0.7

8、1，说明电机运行在高效 区。电机功率因数达到额定功率因数的 100,此时效率约等于电机在额定负荷时 的效率。但是电机效率高不等于这套供水系统效率高。 该泵出口阀门经常处于节 流状态，阀门开度很小，可以听到因节流产生的噪音。电机所做的功很大部分因 阀门的节流损失掉了。嘉3硼水泵广节皴歸鶴瑰设备电机箭讎孵駝电压热电朮电脇髓 鹽卿 蜩孵 齡孵隸劝率瞰餡鹏扳Pe4W酬 “1/A 广 PW 碱 sit顺産孵前i 一 醐梆产血砂一用二备75140 加 ISO 0J158.58 询 0 l.Ofl由于水泵、风机类负荷通过调节转速调节流量比通过改变阀门(风门)调节流量经济得多，所以对此例进行变频改造节能。回用

9、水泵2#节能改造后节能情况见表4。在安装了变频器之后，耗电量减 少年节约普用16.4万元。義4回用水泵站节能改造后节能情况变频器输人电流/A变频器输人 功率厲啪变频器输出药率伽年节约 费用/元节电率29.0019.091J.50163970 J067.4本例改造前电机将电能转化为机械能的效率很高， 但是泵的机械能很大一部 分由于阀门的节流而转化为热能，导致该送水系统的效率很低。4 电机节能改造注意事项(1) 本文所述估算效率的方法是在生产实践中总结出来的，虽然对初步判断 电机运行效率切实可行， 但是比较粗略， 不适合需要精确计算效率的场合。 如果 有具体型号电机的特性曲线，就可以较为精确地查出电机的运行效率。(2) 在利用功率因数估计效率时，注意电机是否安装有对效率有影响的设备 (如就地补偿装置)，以免得出错误结论。(3) 本文所述方法用于估计电机效率，但电机效率高不等于使用该电机的设 备效率高或该设备所在系统的效率高。 比如一个用泵输送水的供水系统中， 电机 的效率高并不等于水泵的效率高，也不等于这个供水系统的效率高。如实