浅析三相异步电动机的功率及提高效率的途径

浅析三相异步电动机的功率及提高效率的途径

摘要：三相异步电动机在供水泵站有着较为广泛的应用，提高电机的效率可以使企业受到良好的经济效益。

1、三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机是由固定不动的定子和绕轴旋转的转子两部分组成。

（1） 定子的结构:三相异步电动机的定子由机座、定子铁芯和定子绕组构成。

（2） 转子的构成：三相异步电动机的转子由转子铁芯、转子绕组和转子轴等部件组成。

（3） 三相异步电动机由轴承盖、接线盒、端盖、定子铁心、定子绕组、转轴、轴承、转子、风扇、罩壳组成。

2、三相异步电动机的工作原理

定子绕组接上三相电源后，电动机便产生旋转磁场，所谓旋转磁场就是指电动机内定子和转子之间气隙的圆周上按正弦规律分布的，能够围绕着电动机在空间不断旋转的磁场。转子与旋转磁场之间存在相对运动。转子导条被旋转磁场的磁力线切割而产生感应电动势，它在转子绕组中感应出电流，两者相互作用产生电磁转矩，使转子转动起来。从而将电能转化为转轴的机械能。

3、三相异步电动机的性能参数

额定电压：是指电动机在额定运行时加在定子绕组上的线电压。

额定电流：是指电动机在定子绕组上加额定电压、轴端输出额定功率时，定子绕组中的线电流。

额定功率:是指电动机在额定运行情况时，由轴端输出的机械功率。

额定功率因数：是指电动机在额定负载时定子边的功率因数。

4、三相异步电动机的功率关系

三相感应电动机以转速n稳定运行时，从电源输入到定子边的有功功率为P1,则P1=3U1I1COSϕ1 ，ϕ1-定子边的功率因数，功率P1的一部分消耗于定子绕组电阻R1上，称为定子铜耗，用PCU1表示，即PCU1=3I12R1，另有一部分消耗于电机

的铁芯中，称为电机的铁耗，用PFe表示，即P2=P1-PCu1-PFe-PCu2-Pmec-Pad，

扣除这两部分损耗之后，剩下的功率便是通过气隙旋转磁场，利用电磁感应作用传递到转子上的功率，称为电磁功率，用PM，则电磁功率PM与输入功率P1的关系为PM=P在功率传递的过程中，转子电阻R2/消耗掉一部分功率，1-PCU1-PFe。

称为转子铜耗，用PCU2表示，PCU2=3I2/2R2/,电磁功率PM减去转子铜耗PCU2之后，便是产生于转子上的总机械功率PMec，则总机械功率PMec与电磁功率PM的关系为PMec=PM-PCU2。电动机在运行时，由于轴承、风扇灯产生摩擦阻转矩，也要消耗一部分功率，称为机械损耗，用Pmec表示。除上述各部分损耗外，由于定子、转子铁芯开有齿槽和定子、转子磁动势中含有高次谐波磁动势灯影响，还要产生一些损耗，称为附加损耗，用Pad表示。总的机械功率PMEC减去机械损耗Pmec和附加损耗Pad之后，才是转轴上真正输出的机械功率，称为电动机的输出功率，用P2表示。则转轴上输出功率P2与电动机从电源输入的功率P1之间的关系为P2。 以上各功率间的关系，可用功率流程图表示出来，如下图所示。

图1 功率流程图

5、异步电动机的工作特性

(1)功率因数特性

对电源而言， 感应电动机相当各感性阻抗，功率因数总是滞后的。空载时，定子电流基本上是励磁电流，主要用于无功励磁，所以功率因数很低。当负载增加时，转子电流的有功分量增加，定子电流的有功分量随之增加，致使功率因数逐渐提高。在接近额定负载时，功率因数达到最大。当超过额定负载时，功率因数降低。

（2）根据效率的定义，异步电动机的效率为输出功率P2与输入功率P1之比，用百分数表示，即η=⎛P⎫P2⨯100%= 1-⨯100%,式中∑P为电动机损耗。空⎪ ⎪PP11⎭⎝

载时，效率η=0。当输出功率P2增加时，可变损耗增加较慢时，所以效率上升很快。当负载增加到不变损耗（Pmec+PFe）等于可变损耗（PCu1+PCu2+Pad）时，效率达到最大值。若输出功率P2继续增加时，引起定子、转子铜耗增加很快，效率反而下降。

图2 电机的效率特性 图3 电机的功率特性 现实生产中对效率的准确监测是非常困难的，从图2、图3可以看出电动机的效率与功率因数是同时增长、同时降低的，从而控制电动机的功率因数就可以间接的控制其效率的变化。

6、泵站、绿化泵站三相异步工频电动机实际运行分析

*YKK型电动机为防护等级为IP44的4极、空/空冷却器三相异步电动机。 根据额定功率的定义，电机额定运行时电机的输出功率P2即为电动机的额定功率。从上表数据可以看出，送水泵房的机组实测功率都超过电机的额定功率，但监测电流却未达到额定电流，其主要原因是电机进行了现地无功补偿，监测到的电流为电机电流与电容电流的合成电流。泵站机组的实测功率为达到电机的额定功率，其大小与所带水泵的流量及计量误差有一定关系，但实测功率因数很高及用电效率较高，现地也进行了无功补偿。根据以上分析，可以看出无功补偿对于提高电机的功率因数及用电效率有很大作用。

结语

根据对电动机内部损耗、外部损耗及其工作特性的分析，可以通过以下途径提高电动机效率的途径：1、合理的选用电动机。（1）选用高效电动机，如YX3系列、EE系列电动机。高效电机采用先进的制造工艺有效地减少了电机的各类损耗、提高了电机的输出效率，可降低用电单耗，对于长期使用的电机具有良好的经济效益。（2）根据所用负载，选择合适功率的电动机，使电动机工作在额定运行状态附近，避免出现“大马拉小车”的现象，造成电能浪费。2、进行合理的无功补偿。电动机为感性负载，进行合理的无功补偿，可以减少电网对电机输入的无功功率，提高电机的功率因数，进而提高电机的效率3、降低电动机温升 采取有效的外冷却方式，降低温度可使定子及转子绕组阻抗降低，从而降低定子铜耗及转子铜耗，提高电机输出功率，提高效率。4、采用变频及技能控制技术。 通过变频器对电机的转速、负载进行实施调节可使电动机工作在高效区域；节能控制技术可通过软件设定对电机进行最小能耗控制，可通过开环、闭环控制使电机运行过程中，根据给定的参数不断进行调节，平稳的工作在高效区域。

【参考文献】

[1]虞维廉.电机系统节能——高效电机，2008.

[2]姚鹏.温升对感应电动机效率的影响,2011.

[3] 呼朝.影响电机效率的因素及现实中提高电机效率的方法浅析,2008.

[4]张炳达.注册电气工程师专业基础考试复习教程，天津大学出版社.