張廷海

（江蘇井神鹽化股份有限公司，江蘇 淮安 223200）

關(guān)于電機(jī)節(jié)能運(yùn)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(jī)的幾種啟動運(yùn)行方式特點(diǎn)，但由于各種設(shè)備上的電動機(jī)運(yùn)行時(shí)“大馬拉小車”現(xiàn)象十分普遍，造成了電能的極大浪費(fèi)，最后從電機(jī)的節(jié)能運(yùn)行著手，著重闡述了磁力耦合器與變頻器在電機(jī)運(yùn)行使節(jié)能使用優(yōu)缺點(diǎn)比較。

啟動運(yùn)行方式；變頻器；磁力耦合器

從電動機(jī)的誕生到現(xiàn)在，使用在各種設(shè)備上的電動機(jī)“大馬拉小車”現(xiàn)象十分普遍，所以電能的浪費(fèi)十分嚴(yán)重，產(chǎn)生這種現(xiàn)象原因大致有以下幾種：（1）設(shè)備上配置的電動機(jī)容量大：因設(shè)備配置電動機(jī)容量均按最大負(fù)載考慮，正常工作時(shí)，電動機(jī)帶動負(fù)載比較小，只是在偶然才帶動大負(fù)載進(jìn)行工作。（2）長時(shí)間輕載運(yùn)行：很多生產(chǎn)設(shè)備大半的時(shí)間都在準(zhǔn)備、備料、等待，負(fù)載很輕，經(jīng)常開、停機(jī)損傷設(shè)備或不方便停機(jī)，有的設(shè)備不能停機(jī)，只有很少的時(shí)間才重載工作。（3）長時(shí)間無規(guī)律變負(fù)載運(yùn)行：工作在公用場所或商業(yè)場所以及其它企業(yè)場所的設(shè)備(如扶梯、空調(diào)及制冷設(shè)備等)。（4）長時(shí)間有規(guī)律的動態(tài)負(fù)載運(yùn)行：有些電動機(jī)經(jīng)常在空載或輕載與重負(fù)載之間進(jìn)行有規(guī)律變化的運(yùn)轉(zhuǎn)。針對上述情況，電機(jī)的啟動運(yùn)行方式就顯得尤為重要。

1 電機(jī)啟動運(yùn)行方式

1.1 全壓直接起動運(yùn)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(jī)的定子繞組直接接入電源，在額定電壓下起動，具有起動轉(zhuǎn)矩大、起動時(shí)間短的特點(diǎn)，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(jī)老化；同時(shí)全壓啟動容易導(dǎo)致如齒輪、皮帶、鏈條等傳動機(jī)構(gòu)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(jié)能效果，僅適用于功率較小的電機(jī)啟動。

1.2 星三角起動運(yùn)行

對于正常運(yùn)行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機(jī)來說，如果在起動時(shí)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(shí)的1/3。如果直接起動時(shí)的起動電流以6～7ie計(jì)，則在星三角起動時(shí)，起動電流才2～2.3倍。起動轉(zhuǎn)矩也降為原來按三角形接法直接起動時(shí)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(wǎng)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(shí)會產(chǎn)生尖峰電流，對設(shè)備有沖擊。適用于無載或者輕載起動的場合。不具有節(jié)能效果，但與其它減壓起動器相比較，其結(jié)構(gòu)最簡單，價(jià)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(jī)啟動時(shí)，利用自耦變壓器來降低加在電動機(jī)定子繞組上的啟動電壓。待電動機(jī)啟動后，再使電動機(jī)與自耦變壓器脫離，從而在全壓下正常運(yùn)動。采用自耦變壓器降壓起動時(shí)，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(zhuǎn)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(jī)軟起、軟停、多種保護(hù)功能于一體的電機(jī)控制裝置。軟起動器在應(yīng)用時(shí)串接于電源與被控電機(jī)之間，起動時(shí)通過控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)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?jù)需要調(diào)節(jié)啟動電流的大小。電機(jī)啟動的全過程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動運(yùn)行。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，啟動過程結(jié)束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)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?，但不具備節(jié)能特點(diǎn)。

1.5 變頻啟動

變頻器亦叫電動機(jī)變頻調(diào)速器.是一種靜止的頻率變換器. 它把電力配電網(wǎng) 50hz 恒定頻率的交流電，變?yōu)榭烧{(diào)頻率的交流電. 供普通的交流異步電動機(jī)作電源用，在必要時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其最主要的特點(diǎn)是具有高效率的驅(qū)動性能和良好的控制特性，應(yīng)用變頻器不僅可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)速，還可節(jié)約大量電能。

1.6 磁力耦合器啟動

磁力耦合調(diào)速驅(qū)動是通過導(dǎo)磁體和永磁體之間的氣隙實(shí)現(xiàn)由電動機(jī)到負(fù)載的扭矩傳輸。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)和負(fù)載側(cè)沒有機(jī)械聯(lián)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(yīng)磁場相互作用產(chǎn)生扭矩，通過調(diào)節(jié)永磁體和導(dǎo)磁體之間的氣隙就可以控制傳遞的扭矩，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載速度調(diào)節(jié)。

以上幾種電機(jī)運(yùn)行方式，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合進(jìn)行選擇，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)能做到節(jié)能的只有變頻運(yùn)行和磁力耦合器運(yùn)行。

2 運(yùn)行節(jié)能比較

2.1 調(diào)速性能比較

變頻器通過調(diào)節(jié)頻率達(dá)到調(diào)速目的，磁力耦合器通過調(diào)節(jié)氣隙長度達(dá)到調(diào)速目的，因變頻器調(diào)節(jié)頻率精度較高，（可達(dá)0.01Hz），所以更容易達(dá)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(jī)械運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速以上。還可以方便地控制多個(gè)傳動點(diǎn),使其同步或比例運(yùn)行。所以變頻控制的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它的調(diào)速方式。

2.2 穩(wěn)定性比較

盡管變頻器目前技術(shù)比較過關(guān)，但是作為一個(gè)高度復(fù)雜的電子設(shè)備而言，其運(yùn)行中的故障確實(shí)存在不可預(yù)見性和不確定性。首先對環(huán)境的要求十分苛刻，專用房間要密封、防塵，夏季要有空調(diào)來保持設(shè)備正常運(yùn)行所要求的溫度。其次對供電電源有一定的要求，電子設(shè)備易受電磁干擾會造成變頻器設(shè)備運(yùn)行的不可靠。根據(jù)多數(shù)企業(yè)的使用情況調(diào)查，變頻器在使用過程中，長期運(yùn)行穩(wěn)定性不太理想，它會因?yàn)橥话l(fā)故障而給用戶帶來措手不及的事故。

永磁耦合器具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，一旦安裝完成投入使用，基本不受使用環(huán)境的干擾和影響，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。由于采用永磁耦合器時(shí)，電機(jī)與負(fù)載之間的軸連接是非接觸式的，因此，負(fù)載的震動不會傳遞到電機(jī)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(shí)“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(diào)試過程。；二是在長期運(yùn)行中不會產(chǎn)生因?yàn)橹苯拥妮S連接而帶來的軸承、密封的損壞，保證設(shè)備的使用。根據(jù)其他企業(yè)的使用情況，永磁耦合器表現(xiàn)了優(yōu)越的長期運(yùn)行穩(wěn)定性。而作為純機(jī)械設(shè)備，其可能的運(yùn)行故障是可預(yù)見的，不會因?yàn)橥话l(fā)故障而給用戶帶來措手不及的事故。

2.3 節(jié)能效果

當(dāng)前，國內(nèi)企業(yè)的風(fēng)機(jī)和水泵所采用的調(diào)速方式大部分是變頻調(diào)速。節(jié)電率可達(dá)到20%～60%，這是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)、水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當(dāng)用戶需要的平均流量較小時(shí)，風(fēng)機(jī)、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)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(chǎn)品，可以將節(jié)能效果調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)，優(yōu)勢也是非常明顯的。

磁力耦合器的節(jié)能效果是非常好的，根據(jù)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)表明，節(jié)能范圍在25%～66%之間。在試驗(yàn)當(dāng)中，耦合器的類型是非常多的，但是真正做到節(jié)能的耦合器當(dāng)中，磁力耦合器是遙遙領(lǐng)先的。不過在磁力耦合器當(dāng)中，根據(jù)不同的生產(chǎn)制作技術(shù)來，其節(jié)能的效果也是有差別的，好的可以達(dá)到50%以上。

2.4 經(jīng)濟(jì)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(hù)的，所以維護(hù)費(fèi)用很少；并且永磁耦合器的平均無故障時(shí)間比變頻器要長，基本不會因?yàn)橥话l(fā)故障而給用戶帶來措手不及的事故而造成經(jīng)濟(jì)損失。

3 結(jié)語

上述電機(jī)的幾種啟動運(yùn)行方式中，直接啟動運(yùn)行、星三角啟動運(yùn)行、自耦變壓器降壓啟動運(yùn)行、軟啟動器軟起運(yùn)行在沒有節(jié)能要求的場合都可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，但在有節(jié)能要求的的生產(chǎn)現(xiàn)場，可結(jié)合變頻啟動運(yùn)行與磁力耦合器啟動運(yùn)行特點(diǎn)，變頻器調(diào)速性能較好，但穩(wěn)定性不及磁力耦合器，節(jié)能效果兩者相當(dāng)，可根據(jù)不同的需要，比選應(yīng)用電機(jī)的運(yùn)行控制方式。

[1]梁佰興.淺論電機(jī)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(yīng)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(diào)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(guī)劃發(fā)展部部長。