摘要：如今随着发电企业市场化进程的加剧，竞争力无处不在，受外界和企业自身的冲击，如何提高效益，成为电力行业一大难题。电力拖动系统节能空间与措施就应时而生，它是电厂提高竞争力以及缓解资源紧缺形势的要求。本文就从电动机角度出发，通过分析电动机节能空间及措施提高电动拖动系统的节能性。
关键词：电机；拖动系统；节能空间
电机拖动系统，就是在电动机的带动下，促使生产机械设备运转，从而进行生产活动。从结构上来看，主要包括电动机、传动系统、电气控制系统、生产机械等。考虑到资源和环境之间的矛盾，节能降耗成为人们关注的重点。以下针对电机拖动系统的节能空间和措施进行深入探讨，希望为系统的节能运行提供一些参考。
1电机拖动系统分析
电动机有直流和交流两种电动机之分。对于直流电动机而言，因为所要维护的工作量较大，多在精确控制并且需要方便场合使用。交流电动机又分为同步和异步两种电动机，一般大多数场合采用的都是异步电动机，因其可靠性高，造价较低。在电动机拖动系统的研究中，异步电动机是主要的研究对象，它是电动机负荷的主要组成部分。异步电动机造价低，相对于各项损耗也大，要想提高效率，减少各项损耗，就要在材料、结构及制造上，对传统的电动机进行改进。泵和风机在电动机的机械装置中，都占有很大的比重。我们生活中的冰箱、空调及一些供暖设备等都在这个范畴之内。对电机系统的节能，关系到电机系统中每个组成部分能源的最佳使用效率。因此，电动机系统从运行的控制和设计上，与节能的效果都有很大的关系，而且，提高电动机系统节能效率，对于整个电动机的系统都有重大意义。在电动机系统中，为了提高系统的可靠性和安全性，通常会将容量设计得较大一些，这样就会使系统的运行状态经常处在变动或者欠负荷的状态。在通常的情况下，采用节流阀和间断运行的控制方法，对系统满足流量的要求，进行控制。对于轻载运行的电动机，由于电动机的功率因数的降低，能量会被节流大量损失掉，而这种低效率的运行状态，固定速度的电动是没有办法改变的。
2 节能技术应用的前景
从制造新型的高效电机中，其中使用的自动控制电机运行速度的节能效果上来看，在电机拖动系统中，对于节能问题的研究是大有潜力的。用户是否能够接受新的科研技术，取决于其投入和回报是否成正比，根据国外提供一些数字的有关资料表明，普通电动机被高效率电动机更换后，所产生的节能费，可以达到投资五年的费用的补偿；如果在节能的技术上，将自调速器和高效电动机都运用上，可以在很大程度上提高泵系统能源的使用，燃料节约在 60%左右。随着电子技术的不断发展，电子功率的集成电路等也在不断地发展，新的电子材料也不断地出现，电子自动的调速装置及高效的电动机的价格也会随着下降。此外，从现在环保要求及电价上调和谋炭资源减少等一些方面，也都迫切地需要各项的“节能技术”，由此可见，“节能技术”的前景非常广阔。
3电机拖动系统的节能空间分析
所谓节能空间，指的是系统在配置方面、运行方面有缺陷，从而造成的能量损耗。具体到电动拖动系统，节能空间包括以下几个方面：
3.1负载变化
系统运行期间，负载功率会经常变化，电动机如果匀速运行，输出功率会大于负载功率，形成能量浪费。以空压机为例，用气量减少，储气罐内的压力会升高，此时必须开启卸载阀，释放部分压缩空气，从而造成能量浪费。再以锅炉给水设备为例，汽包内的水位相对固定。水泵运行期间流量无法改变，热水量减少会引起水位升高，此时需要分流一部分水泵流量，在回流阀的作用下回到储水罐，促使锅炉水位固定，也会形成能量浪费。对于这种情况，合理调整电动机的转速，促使输出功率和负载变化保持一致，就能够控制压缩空气为零、回流水为零，提高能量利用率，实现节能目标。
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3.2容量失配
电动机的负荷率（β）计算方法是：输出功率/额定功率×100%，电动机的工作效率（η）计算方法是：输出功率/输入功率×100%。分析可知，随着负荷率的增大，工作效率增大，继而功率因素也增大。实践表明，电机运行负荷率在70%-100%的范围内，此时工作效率最高，而且运行成本最低；如果负荷率低于40%，工作效率会明显降低。
对于电动机容量的配置，为了保证安全性，一般要大于最大负载功率。在实际工作中，系统运行的实际负载功率是低于最大负载功率的，导致电动机长时间在低负荷状态下运行，继而造成能量浪费。具体来说，一方面，定子损耗、机械损耗、励磁电流均增大，效率则明显降低；另一方面，转子电流是相同的，会导致功率因素降低。针对这种情况，如果电动机的负载功率是周期性变化的，当负载低于50%，应该按照最小损耗值配置容量；如果负载功率变化不大，按照负荷率的70%配置容量。
3.3功率因素低
系统运行期间，无功功率（Q）导致的线路损耗（P）计算方法为：P=Q2R/U，式中R为线路电阻，U为供电电压。尽管系统中的负载没有消耗无功功率，但无功电流在负载和电网之间交换电能，会对线路和设备造成有功损耗。根据计算公式可知，功率因素越低，无功功率就会增大，继而线路损耗提高。由此可见，适当提高电路的功率因数，能够降低线路损耗，实现节能目标。
4电机拖动系统的节能措施
4.1电动机选择
高效节能型的电动机，主要是采用了新型材料或工艺，对原有的电机进行改进和优化，在效率提高的同时，可能功率因素在降低。因此在选择时，重点关注电机的额定电流是否降低。另外，起动转矩较小，可以选用一般的电动机；起动转矩较大，则要选择转矩大的电动机。具有硬机械特性曲线的电机，负载变化时的转差变化较小，从而起到一定的节能效果。
4.2生产机械选择
生产机械的负载性质不同，因此在节能上的方法也不同，必须遵循提高机械效率的原则，保证合适的裕度。对于恒载机械（如起重机），应该控制起重量裕度，保证传动机构裕度合理。对于二次方负载机械（如水泵、风机），应该绘制出性能曲线图（以流量值为X轴，以功率、扬程、汽蚀余量等为Y轴），确保设计参数尽量接近正常运行工况，使其在高效区间运行，从而提高经济性指标。
4.3电气机械控制
在起动时，采用隆压起动方式，能够在满足起动转矩的前提下，促使起动电流降低。在加速或减速时，调整电机定子电压，能够减小电流。在制动时，优先采用再生制动方式，电动机处于发电状态，而且能够促使电能返回电网。
4.4变频调速系统
变频调速电动机为鼠笼型，能够减少故障、降低后期维修费用；电动机启停稳定，对设备部件造成的冲击小，从而延长使用寿命；采用低频启动模式，不仅能够降低起动电流，而且对电网的影响小，从而降低能量消耗。另外，提高变频调速系统的性能质量，可以满足速度要求。
结语
综上所述，电动拖动系统在工业生产领域应用普遍，系统在运行期间存在较多的节能空间，涉及负载变化、容量失配、功率因素低三个方面，提示工作人员重点关注。在具体的节能措施上，一是合理选择电动机，尤其重视额定电流、起动转矩两个要素；二是根据生产机械的性能曲线图选型，提高经济性指标；三是加强电动机械的控制，做好起动、加速或减速、制动等操作；四是采用变频调速系统。
参考文献：
[1]付正刚，唐军.浅析电机拖动系统的节能空间[C].西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会.2010：18-19.
[2]王鑫.煤矿电机拖动系统变频节能系统研究[J].中国高新技术企业，2012（20）：130-132.
论文作者:唐子豪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/9/18
标签：电动机论文; 系统论文; 节能论文; 功率论文; 负载论文; 拖动论文; 电机论文; 《电力设备》2018年第7期论文;