來源 | 電氣技術(shù)

三相交流異步電動機(jī)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(jī)的輸出功率的提高。反過來說，低效率電動機(jī)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(jī)的輸出功率減少，從而達(dá)到節(jié)電目的。此類逆向思維結(jié)果產(chǎn)生的節(jié)電措施常為人所忽視。

眾所周知，電動機(jī)的效率高低決定了電動機(jī)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(jī)也會產(chǎn)生節(jié)電效果。這是為什么呢？現(xiàn)就低效率電機(jī)“節(jié)能”機(jī)理及工程應(yīng)用中的幾個實(shí)例作一簡略分析，以饗讀者。

電機(jī)節(jié)能就是減少輸入功率

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

電動機(jī)的輸入功率為輸出功率與自身損耗之和。降低電動機(jī)的損耗自然減少了電動機(jī)的輸入功率，但未必取得節(jié)能效果。因?yàn)樵谀撤N場合下，電動機(jī)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(jī)的負(fù)載分三種。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(jī)、水泵類負(fù)載。這后一種負(fù)載的機(jī)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，即是多付出了一些電機(jī)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(jī)械特性曲線

電動機(jī)效率與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系

三相交流異步電動機(jī)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(jī)工作狀態(tài)的特性曲線。A點(diǎn)表征電動機(jī)的空載轉(zhuǎn)速， 也即電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0；B點(diǎn)表征電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Mmax；C點(diǎn)表征電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩。

圖2 電機(jī)的工作特性曲線

由此可見，負(fù)載轉(zhuǎn)速降低，電動機(jī)的輸出功率也就有所減少。雖然電動機(jī)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。

低效率電動機(jī)節(jié)能實(shí)例分析

電錠電動機(jī)屬紡織專用電動機(jī)（見圖3），年運(yùn)行時間超過7000h，利用率較高。所以電機(jī)效率的高低對于節(jié)能效益影響較大。

圖3 FYD型電錠電動機(jī)

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(jī)的功率都是140W，效率低于74%（甚至70%）。由于這幾款電錠電動機(jī)“重量輕，體積小”，制造成本低，售價低，加上所謂現(xiàn)場“實(shí)際應(yīng)用”對比測試，似乎比起正規(guī)的FYD型電錠電動機(jī)來“節(jié)能”可達(dá)25~30%以上，所以深受用戶青睞。

圖4 不同功率、效率電機(jī)的工作特性曲線

事實(shí)上，這種電動機(jī)的負(fù)載是離心罐，電動機(jī)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(jī)、水泵類特征的負(fù)載，轉(zhuǎn)速受電動機(jī)效率影響很大：電機(jī)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(jī)的輸入功率是減少了，但其實(shí)這是以犧牲電機(jī)的出力為代價的。因?yàn)榈托孰姍C(jī)的自身損耗的增大才是真正的浪費(fèi)。

從一般意義上說，電動機(jī)輸出功率的降低，必然影響到產(chǎn)能的下降。但是，電動機(jī)的特點(diǎn)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(jī)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(shí)上，離心轉(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(jī)之所以給人有驚人的“節(jié)能”效果，就是因?yàn)榧徑z工藝上對于離心的轉(zhuǎn)速下降沒有限制，也就是電動機(jī)的輸出功率是可以隨之減少的。

當(dāng)在相同電壓、相同頻率、相同離心形狀尺寸的工況下，低效率電錠電動機(jī)因其自身損耗大反而使其運(yùn)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。

結(jié)論

所以說，“低效率電動機(jī)也可以節(jié)能” 其實(shí)是個偽命題。要實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的真正意義上的節(jié)能，就要選用高效率電動機(jī)。在上例中，為了保持離心的實(shí)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(jī)的運(yùn)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(jī)自身的損耗維持最低。選用符合標(biāo)準(zhǔn)的高效電錠電動機(jī)，才能真正取得最具效果的綠色節(jié)能。