摘要：本文从异步电机能量损耗的角度入手，针对异步电机轻载节能问题，提出以电动机的功率因数作为系统反馈量的闭环控制方法，给出了降压节能的约束条件。该方法根据不同负载时电机的最优功率因数值不同，实时调节电机功率因数使电机始终处于最优的功率因数下运行，在轻载运行时，降低逆变器输出的电压，用以减少电机的铜损和铁损，提高电机的效率和功率因数，从而达到降压节能的目的，实现异步电机负载跟踪节能的功能。实验结果表明电机在轻载条件下能够保持较高的功率因数运行，具有很好的节能效果。
关键词：能量损耗 功率因数 降压节能 负载跟踪
1引言
三相异步电动机结构简单、运行性能好价格较低而成为工业生产中应用较广的电动机之一。由于负载的间歇性、周期性以及电动机设计、选择的保守性，很多电动机是在低于额定负载，甚至是在轻载或空载状态下运行。轻载或空载状态下，电动机的效率低、功率因数低、浪费电能严重，严重影响电动机的使用寿命。这就要求在使用电动机时，采取有效节能措施。电动机的节能方法主要有以下几种：
1）Y-△转换节能法[1-2]。Y-△转换节能是将电机定子电压降到额定电压的1/3，只有一个最佳优化值，但只针对空载率较高的电机有一定的节电效果。
2）空载节能法[3]。其原理是当电动机长时间空载运行时，通过间断时间来强制电机停机运行。时间间隔的长短视实际情况不同而不同。间断时间太短，电动机则频繁起动，影响了使用寿命，并且许多情况下不允许电动机停机，因此空载节能法的使用局限性很大。
3）加电容补偿节能法[4]。这种方法是根据电网相位角适时改变电容大小来达到节电的效果。但电容的改变有一定范围，很难达到最佳补偿，实现起来也较复杂；况且节电是针对传输电网，对电机本身无节电效果。
本文提出了一种基于电动机功率因数闭环的异步电机负载跟踪节能法，对电机进行节能控制，解决了其功率因数设定值选取及启动时带载能力差的问题，实现了自动跟踪负载变化，提高了功率因数，达到节能的目的，其节能效果在负载变化较大或轻负载运行时间较长的场合尤为明显。
2节能原理分析
三相异步电动机可用T型电路[5]进行等效，如图1所示。
在图2中，由给定的频率经给定模块得到电压与坐标变换的角度θ，对逆变器的电压、电流进行采样，实时计算当前的功率因数，与给定功率因数相比较，经PI调节器输出与当前对应频率电压叠加得出最终调制电压，达到负载跟踪节能的目的。
4实验结果
采用负载跟踪节能法对2.2kW异步电机进行试验。
未使用负载跟踪节能法的实验数据如表1所示，使用负载跟踪节能法的实验数据如表2所示。
从表1、表2所列的实验数据可以看出，相比使用负载跟踪节能法前后，电机在额定负载附近节能运行时，其效率和功率因数变化不大，说明此时节能效果不明显；随着额定负载系数(负载功率与额定功率之比)的降低，电机的运行效率逐渐得以提高，功率因数增加更为显著。这种节能策略可以使异步电动机在不同的负载下均呈现出较高的高功率因数与效率，从而达到节能的目的。
5结论
本文提出了以功率因数为反馈控制量的三相异步电动机降压节能控制策略，根据负载与功率因数的特性关系，通过采取功率因数闭环控制的方法，使系统具有快速的动态响应特性与稳态特性，实时控制逆变器输出电压的大小，从而使电机一直运行在较高的功率因数状态下，提高了电机的效率，实现了电机的负载跟踪节能运行。
参考文献
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论文作者:马斌
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
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