第3章电动机节电技术.ppt

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1、 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电气工程领域电气工程领域电气节能技术电气节能技术电气教研室：卢秀和电气教研室：卢秀和 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电电动动机机作作为为将将电电能能转转换换为为机机械械能能的的一一种种装装置置，在在各各个个领领域得到了广泛应用。域得到了广泛应用。 统统计计资资料料表表明明：电电动动机机消消耗耗的的电电能能约约占占全全国国总总用用电电量量的的60%70%。1电动机节电的原因电动机节电的原因 由于管理水平低，技术落后，多数电动机处于轻载、低由于管理水平低，技术落后，多数电动机处于轻载、低效、高能耗的运

2、行状态，电能浪费十分严重。所以要进行电效、高能耗的运行状态，电能浪费十分严重。所以要进行电动机的节电工作。动机的节电工作。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 2电动机节电的原则电动机节电的原则（1）以以节节约约电电能能和和提提高高电电动动机机的的综综合合效效益益为为原原则则，合合理理选选择择电动机，使其处于经济运行状态。电动机，使其处于经济运行状态。 （2）对在用电动机进行节能改造，降低电动机的能量损耗，）对在用电动机进行节能改造，降低电动机的能量损耗，提高电动机的运行效率。提高电动机的运行效率。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第第1节节 生产机械的负荷曲线及分类生产机械的

3、负荷曲线及分类 1生产机械的负荷曲线生产机械的负荷曲线指生产机械所消耗的有功功率随时间而变化的曲线。指生产机械所消耗的有功功率随时间而变化的曲线。 该曲线可根据测定数据绘制出来。该曲线可根据测定数据绘制出来。 2负荷曲线的分类负荷曲线的分类 根据测定部位不同，负荷曲线可分为：根据测定部位不同，负荷曲线可分为： 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 其生产机械的典型负荷曲线有以下几类：如图所示。其生产机械的典型负荷曲线有以下几类：如图所示。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 由图可知，负荷曲线分为两大类：由图可知，负荷曲线分为两大类：一类为恒值负荷曲线一类为恒值负荷曲线，如图中曲线，

4、如图中曲线。一类为变值负荷曲线一类为变值负荷曲线，如图曲线，如图曲线。具有恒值负荷曲线的生产机械称为具有恒值负荷曲线的生产机械称为恒负荷生产机械恒负荷生产机械，具有变值负荷曲线的生产机械称为具有变值负荷曲线的生产机械称为变负荷生产机械变负荷生产机械。生产机械的负荷曲线不同，电动机经济运行方法也不同。生产机械的负荷曲线不同，电动机经济运行方法也不同。所以，为使电动机经济运行，必须测定生产机械的负荷曲线。所以，为使电动机经济运行，必须测定生产机械的负荷曲线。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第第2节节 电动机的能量损耗电动机的能量损耗 1电动机能量损耗的种类电动机能量损耗的种类 当当电电

5、动动机机将将输输入入的的电电能能转转换换为为机机械械能能输输出出时时，总总是是要要产产生生一定的能量损耗。一定的能量损耗。电电动动机机的的能能量量损损耗耗可可划划分分为为恒恒定定损损耗耗、负负载载损损耗耗及及杂杂散散损损耗耗三类三类。（1）恒定损耗）恒定损耗 指指电电动动机机运运行行时时的的固固有有损损耗耗，它它与与电电动动机机材材料料、制制造造工工艺、结构设计、转速等参数有关，而与负载大小无关。艺、结构设计、转速等参数有关，而与负载大小无关。 它包括铁心损耗（含空载杂散损耗）及机械损耗。它包括铁心损耗（含空载杂散损耗）及机械损耗。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 铁铁心心损损耗耗：

6、也也称称铁铁耗耗，指指主主磁磁场场在在电电动动机机铁铁心心中中交交变变而而引引起的涡流损耗和磁滞损耗。起的涡流损耗和磁滞损耗。 异异步步电电动动机机在在正正常常运运行行时时，转转差差率率很很小小，转转子子铁铁心心中中磁磁通通变变化化的的频频率率很很小小，一一般般仅仅为为每每秒秒13周周。所所以以铁铁耗耗主主要要为为定定子铁心损耗。子铁心损耗。 铁铁耗耗大大小小取取决决于于组组成成电电动动机机铁铁心心材材料料、频频率率及及磁磁通通密密度度，其近似计算公式为其近似计算公式为 而而B与输入电压与输入电压U成正比。成正比。 所以，对某一台电动机而言，其铁耗近似于与电压的平所以，对某一台电动机而言，其铁

7、耗近似于与电压的平方成正比。方成正比。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 空载杂散损耗空载杂散损耗POS： 是是指指空空载载电电流流通通过过定定子子绕绕组组的的漏漏磁磁通通在在定定子子机机座座、端端盖盖等等金属中产生的损耗。金属中产生的损耗。 由于空载电流近似不变，因此这些损耗也是恒定的。由于空载电流近似不变，因此这些损耗也是恒定的。 铁耗（包括空载杂散损耗）一般占异步电动机总损耗的铁耗（包括空载杂散损耗）一般占异步电动机总损耗的20%25%。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 机械损耗：机械损耗： 通通常常包包括括轴轴承承摩摩擦擦损损耗耗及及通通风风系系统统损损耗耗，对对绕绕

8、线线型型异异步步电电动机转子还存在电刷摩擦损耗。动机转子还存在电刷摩擦损耗。 轴承摩擦损耗主要与轴承型号、装配水平、润滑脂有关。轴承摩擦损耗主要与轴承型号、装配水平、润滑脂有关。 通通风风系系统统损损耗耗主主要要取取决决于于冷冷却却风风扇扇所所用用材材料料、风风机机效效率率、风风道设计合理性等。道设计合理性等。 机机械械损损耗耗的的高高低低还还与与电电动动机机转转速速有有关关：因因为为轴轴承承摩摩擦擦损损耗耗正正比于转速的平方，通风损耗正比于转速的三次方。比于转速的平方，通风损耗正比于转速的三次方。 机械损耗一般占总损耗的机械损耗一般占总损耗的10%50%。 电动机容量越大，由于通风损耗变大，

9、所以在总损耗中所电动机容量越大，由于通风损耗变大，所以在总损耗中所占比重也增大。占比重也增大。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2）负载损耗）负载损耗它它主主要要是是指指电电动动机机运运行行时时，定定子子、转转子子绕绕组组通通过过电电流流而而引引起起的的损耗，亦称铜耗。损耗，亦称铜耗。它它包包括括定定子子铜铜耗耗和和转转子子铜铜耗耗，其其大大小小取取决决于于负负载载电电流流及及绕绕组组电电阻值。阻值。铜耗约占总损耗的铜耗约占总损耗的20%70%。（3）杂散损耗（附加损耗）杂散损耗（附加损耗）PS：它它主主要要是是由由定定子子漏漏磁磁通通和和定定子子、转转子子的的各各种种高高次次谐谐

10、波波在在导导线线、铁铁心心及及其其他他金金属属部部件件内内所所引引起起的的损损耗耗。这这些些损损耗耗约约占占总总损损耗耗的的10%15%。各种电动机的各种损耗所占比例可查相关手册。各种电动机的各种损耗所占比例可查相关手册。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 2减少各种损耗的措施减少各种损耗的措施减少电动机损耗应该着眼于主要损耗分量的下降。减少电动机损耗应该着眼于主要损耗分量的下降。对对于于小小功功率率电电机机：铜铜耗耗占占主主要要比比例例，应应该该从从适适当当增增加加有有效效材材料料使使用用，增增大大导导线线截截面面来来降降低低绕绕组组电电阻阻，达达到到降降低低损损耗耗，提提高效率的目

11、的。高效率的目的。 对于较大功率电动机：主要损耗在机械损耗及杂散损耗上，对于较大功率电动机：主要损耗在机械损耗及杂散损耗上，应该通过各种措施减少通风系统损失和杂散损耗。应该通过各种措施减少通风系统损失和杂散损耗。 降降耗耗的的主主要要措措施施：（主主要要是是指指从从设设计计、材材料料、制制造造工工艺艺方面来实现的）方面来实现的）（1）定子铜耗）定子铜耗增加导线截面积增加导线截面积减小定子电流减小定子电流缩短绕组端头长度缩短绕组端头长度采用耐高温、较薄绝缘材料，提高绕组槽满率（填充系数）采用耐高温、较薄绝缘材料，提高绕组槽满率（填充系数） 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2）转子铜耗

12、）转子铜耗增加导线截面积和转子端环尺寸增加导线截面积和转子端环尺寸减小转子电流减小转子电流改进转子导体铸造方法，提高转子导条及端环导电率改进转子导体铸造方法，提高转子导条及端环导电率（3）铁损）铁损增加铁心长度增加铁心长度采用低损耗铁心材料，如冷轧硅钢片采用低损耗铁心材料，如冷轧硅钢片采用较薄的硅钢片采用较薄的硅钢片降低磁通密度降低磁通密度 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （4）杂散损耗）杂散损耗选择合适的绕组型式和节距选择合适的绕组型式和节距选择合适的槽配合和转子槽斜度选择合适的槽配合和转子槽斜度选择最佳气隙长度选择最佳气隙长度转子槽特殊绝缘处理转子槽特殊绝缘处理改进转子表面切削加

13、工方法改进转子表面切削加工方法（5）机械损耗）机械损耗改进风扇设计，提高风扇效率改进风扇设计，提高风扇效率采用低损耗的冷却风扇采用低损耗的冷却风扇采用优质、低摩擦轴承采用优质、低摩擦轴承安装良好，同心度高安装良好，同心度高采用低损耗（摩擦系数小、性能好）润滑脂采用低损耗（摩擦系数小、性能好）润滑脂 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 3电网质量对电动机损耗的影响电网质量对电动机损耗的影响（1）电压波动对各种损耗的影响）电压波动对各种损耗的影响 对铁心损耗的影响：对铁心损耗的影响： 即电压降低时，铁耗按平方减少。即电压降低时，铁耗按平方减少。 式中式中UN 电网额定电压；电网额定电压； 电

14、网电压波动值。电网电压波动值。 对机械损耗的影响：对机械损耗的影响：即电压即电压U下降，电动机转矩下降，转差率下降，电动机转矩下降，转差率s变大，则损耗也变大，则损耗也下降。下降。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 对转子铜耗的影响：对转子铜耗的影响：即电压下降，转差率变大，转子铜耗将增加。即电压下降，转差率变大，转子铜耗将增加。 对杂散损耗的影响：对杂散损耗的影响： 即电压下降，杂散损耗也增加。即电压下降，杂散损耗也增加。 所所以以，一一台台电电动动机机在在恒恒定定负负载载运运行行时时，电电压压下下降降将将使使总总损损耗增加。耗增加。 只有在负载率较低情况下，当电压下降时电动机的总损

15、只有在负载率较低情况下，当电压下降时电动机的总损耗才能下降，效率才能提高。耗才能下降，效率才能提高。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2）三相电压不对称对损耗的影响）三相电压不对称对损耗的影响由于负载存在着不对称，而使电网电压也呈不对称运行。其不由于负载存在着不对称，而使电网电压也呈不对称运行。其不对称的程度可用三相电压不平衡度来表示：对称的程度可用三相电压不平衡度来表示： 规程规定：三相电压不平衡度应小于规程规定：三相电压不平衡度应小于1.5%。利利用用对对称称分分量量法法，不不对对称称电电源源电电压压可可分分解解成成正正序序分分量量、负负序序分量。分量。在在电电路路中中，很很小

16、小的的负负序序电电压压分分量量也也将将会会引引起起相相当当大大的的负负序序电电流流。如如负负序序分分量量电电压压为为5%，其其负负序序电电流流将将达达到到20%30%的的额定电流。额定电流。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 负负序序电电压压将将产产生生负负序序磁磁场场，负负序序磁磁场场将将产产生生制制动动转转矩矩。为为克克服服该该制制动动转转矩矩，将将吸吸收收一一定定的的机机械械功功率率（输输入入的的），变变为为转转子的铜耗，使过载能力下降，并产生局部过热危险。子的铜耗，使过载能力下降，并产生局部过热危险。同时还引起铁损和杂散损耗的增加，使效率下降。同时还引起铁损和杂散损耗的增加，使

17、效率下降。如有如有3.5%的不平衡电压加在电动机上，将使电动机总损耗增的不平衡电压加在电动机上，将使电动机总损耗增加加20%，效率下降，效率下降3%4%。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （3）电网频率对损耗的影响）电网频率对损耗的影响对总铁耗的影响：对总铁耗的影响：当当电电压压恒恒定定时时，铁铁耗耗中中的的涡涡流流损损耗耗与与频频率率无无关关，而而磁磁滞滞损损耗耗则随频率而变化。所以总的铁耗可认为是则随频率而变化。所以总的铁耗可认为是所以频率下降，铁耗增加。所以频率下降，铁耗增加。 对机械损耗的影响：对机械损耗的影响： 频率下降，机械损耗略有下降。频率下降，机械损耗略有下降。 第第

18、3章章 电动机节电技术电动机节电技术 对转子铜耗的影响：对转子铜耗的影响： 对杂散损耗的影响：对杂散损耗的影响： 总的来说，频率下降时总损耗增加，效率下降。频率总的来说，频率下降时总损耗增加，效率下降。频率上升时，总损耗下降，效率略有上升。上升时，总损耗下降，效率略有上升。 （4）高次谐波电流对损耗的影响）高次谐波电流对损耗的影响 高次谐波电流进入三相异步电动机后，将产生频率较高高次谐波电流进入三相异步电动机后，将产生频率较高的旋转磁场，使杂散损耗剧增，使齿、槽楔局部过热，甚至的旋转磁场，使杂散损耗剧增，使齿、槽楔局部过热，甚至烧坏电动机。烧坏电动机。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术

19、 第第3节节 电动机的特性曲线及其分析电动机的特性曲线及其分析 主要有效率曲线和功率因数曲线。主要有效率曲线和功率因数曲线。1电动机的效率曲线电动机的效率曲线电动机的效率，是指电动机的有功输出功率与有功输入功电动机的效率，是指电动机的有功输出功率与有功输入功率的百分比，即率的百分比，即 电动机的效率分类：有电动机的效率分类：有 额定效率额定效率： 指输出功率为额定值时的效率。指输出功率为额定值时的效率。 运行效率：运行效率： 指电动机拖动某负载运行时的工作效率。指电动机拖动某负载运行时的工作效率。 最高效率：最高效率： 指电动机可能达到的最高运行效率，即电指电动机可能达到的最高运行效率，即电动

20、机效率曲线最高点的数值。动机效率曲线最高点的数值。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电动机的有功功率损耗可用下式计算：电动机的有功功率损耗可用下式计算： 式中式中P0 电动机空载损耗；电动机空载损耗； 电动机负载率，电动机负载率，= P2/PN100% PN电动机额定功率电动机额定功率 而电动机的输入功率为而电动机的输入功率为 P1=P2+P所以，可将效率计算公式改写成所以，可将效率计算公式改写成 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 由由此此可可知知，电电动动机机的的运运行行效效率率与与电电动动机机的的N、P0及及有有关。关。对对一一台台电电动动机机而而言言，N、P0是是固固定

21、定值值，因因此此，电电动动机机效效率率的的高高低低取取决决于于电电动动机机的的负负载率载率。电动机效率电动机效率随负载率随负载率而而变化的曲线称之为电动机的变化的曲线称之为电动机的效率曲线。如图效率曲线。如图3-23-2所示。所示。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 2电动机的功率因数曲线电动机的功率因数曲线 电动机的功率因数是指电动机输入端的有功功率与视在电动机的功率因数是指电动机输入端的有功功率与视在功率之比，即功率之比，即 而而式中式中 电动机输入端线电压，电动机输入端线电压，kV； 电动机输入端线电流，电动机输入端线电流，A； 空载时的无功损耗，空载时的无功损耗，kvar； 额

22、定功率因数时的功率因数角。额定功率因数时的功率因数角。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 因因 ，所以，所以 由上式可知，功率因数与由上式可知，功率因数与Q0、P0、PN、N、 及及有关。有关。对一台特定的电动机而言，功率因数的大小只与对一台特定的电动机而言，功率因数的大小只与有关。有关。电动机的功率因数随负载率电动机的功率因数随负载率而变化的曲线称之为电动而变化的曲线称之为电动机的功率因数曲线。如图机的功率因数曲线。如图3-3-2 2所示。所示。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 3电动机特性曲线的分析电动机特性曲线的分析由电动机的特性曲线可以看出：由电动机的特性曲线可以看出

23、：（1）电电动动机机的的效效率率曲曲线线具具有有较较宽宽的的高高效效率率区区域域，只只有有当当负负载载率率低低于于40%时时，效效率率才才迅迅速速下下降降。因因此此，电电动动机机运运行行时时，只只要要负负载载率率不不太太低低，电动机效率一般是较高的。电动机效率一般是较高的。（2）效率曲线的最高点为电动机效率曲线的最高点为电动机的最高运行效率，其对应的负载率的最高运行效率，其对应的负载率为有功经济负载率，用为有功经济负载率，用 表示，表示，它一般在它一般在0.60.8之间。之间。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （3 3）电电动动机机空空载载时时，功功率率因因数数很很低低，在在0.10

24、.10.20.2之间。之间。随随着着负负载载增增加加，功功率率因因数数也也增增大大，当当为为0.80.8以以上上时时，功功率率因因数数达达到到最最佳佳。所所以以，实实际际使使用用中中，应应尽尽量量避避免免电电动动机在轻载状态下运行。机在轻载状态下运行。（4 4）不同系列、不同类型的电动机不同系列、不同类型的电动机效率、功率因数均不相同。一般情况效率、功率因数均不相同。一般情况下，对同容量的电动机，鼠笼型电动下，对同容量的电动机，鼠笼型电动机的效率、功率因数比绕线式电动机机的效率、功率因数比绕线式电动机高。转速高的电动机其效率、功率因高。转速高的电动机其效率、功率因数比转速低的电动机高。同一类型

25、电数比转速低的电动机高。同一类型电动机，容量大的电动机其效率、功率动机，容量大的电动机其效率、功率因数比容量小的电动机高。因数比容量小的电动机高。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （5）对对于于同同一一台台电电动动机机，其其效效率率曲曲线线也也不不是是一一成成不不变变的的，使使用用时时间间过过长长，维维护护保保养养不不良良都都会会导导致致各各种种损损耗耗增增加加，使使效效率率曲线下降。曲线下降。综上所述，综上所述，要使电动机处于经济运行状态，必须合理选择电要使电动机处于经济运行状态，必须合理选择电动机类型、容量，使电动机和负载机械特性相适应，力求有动机类型、容量，使电动机和负载机械特

26、性相适应，力求有最高的运行效率。对运行中的电动机要提高其负载率，加强最高的运行效率。对运行中的电动机要提高其负载率，加强维护检修，采取各种改造措施减少损耗，以提高电动机效率。维护检修，采取各种改造措施减少损耗，以提高电动机效率。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第第4节节 电动机的合理选用电动机的合理选用1选用电动机的原则及步骤选用电动机的原则及步骤（1）选用电动机的原则）选用电动机的原则根根据据负负载载的的起起动动特特性性及及运运行行特特性性，选选出出最最适适合合于于这这些些特特性性的电动机，满足生产机械工作过程中的各种要求。的电动机，满足生产机械工作过程中的各种要求。选择具有与使

27、用场所的环境相适应的防护方式及冷却方式选择具有与使用场所的环境相适应的防护方式及冷却方式的电动机，在结构上应能适合电动机所处环境条件。的电动机，在结构上应能适合电动机所处环境条件。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 计算和确定合适的电动机容量。计算和确定合适的电动机容量。通通常常设设计计制制造造的的电电动动机机，在在75%100%额额定定负负载载率率时时，效效率率最最高高。因因此此应应使使设设备备需需求求的的容容量量与与被被选选电电动动机机的的容容量量差差值值为最小，使电动机的功率被充分利用。为最小，使电动机的功率被充分利用。选择可靠性高，便于维护的电动机。选择可靠性高，便于维护的电动

28、机。考虑到互换性，尽量选用标准电动机。考虑到互换性，尽量选用标准电动机。为使整个系统高效率运行，要综合考虑电动机的极数及电为使整个系统高效率运行，要综合考虑电动机的极数及电压等级。压等级。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2）选用电动机的主要步骤）选用电动机的主要步骤根据生产机械性能的要求，选择电动机的种类。根据生产机械性能的要求，选择电动机的种类。根据电源的情况，选择电动机额定电压。根据电源的情况，选择电动机额定电压。根根据据生生产产机机械械所所要要求求的的转转速速以以及及传传动动设设备备的的情情况况，选选择择电动机的额定转速电动机的额定转速nN。根根据据电电动动机机和和生生产产

29、机机械械安安装装的的位位置置和和场场所所环环境境，选选择择电电动机的结构和防护型式。动机的结构和防护型式。根根据据生生产产机机械械所所需需要要的的功功率率和和电电动动机机的的运运行行方方式式，选选择择电动机的额定功率电动机的额定功率PN。 根据以上，结合电动机产品目录，就可以选定一台合根据以上，结合电动机产品目录，就可以选定一台合适的电动机。适的电动机。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （3）选择电动机时有关电气性能和机械性能的分类）选择电动机时有关电气性能和机械性能的分类选择电动机时，还要考虑电气性能和机械性能。选择电动机时，还要考虑电气性能和机械性能。电动机的电气性能分类：电动机

30、的电气性能分类：如图如图3-3所示。所示。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电电动机动机的机的机械性械性能分能分类：类：如图如图3-4所所示。示。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 2有关三相异步电动机选择的规定有关三相异步电动机选择的规定（1）电动机类型的选择）电动机类型的选择必必须须从从技技术术和和经经济济两两方方面面来来考考虑虑，首首先先要要求求电电动动机机的的机机械械特特性性完完全全满满足足生生产产机机械械的的需需要要，在在此此基基础础上上，要要求求电电动动机机的的构构造简单，价格便宜，运行可靠，维护方便。造简单，价格便宜，运

31、行可靠，维护方便。电动机类型的选择原则：电动机类型的选择原则：生生产产机机械械对对起起动动、制制动动及及调调速速无无特特殊殊要要求求时时，应应采采用用鼠鼠笼笼型型电电动动机机。若若生生产产机机械械要要求求经经常常起起动动，且且起起动动力力矩矩较较大大或或要要求在小范围内调速，可采用绕线型异步电动机。求在小范围内调速，可采用绕线型异步电动机。容量在容量在200355kW之间宜选用高压异步电动机，容量在之间宜选用高压异步电动机，容量在355kW以上必须选用高压异步电动机。（因为高压异步电动以上必须选用高压异步电动机。（因为高压异步电动机的效率高、功率因数高）机的效率高、功率因数高） 第第3章章 电

32、动机节电技术电动机节电技术 对对于于年年运运行行时时间间大大于于3000h，负负载载率率大大于于50%的的场场合合，应应选选用高效率三相异步电动机即用高效率三相异步电动机即YX系列的电动机。系列的电动机。流量变化的风机和泵类应采用电动机调速节能装置。流量变化的风机和泵类应采用电动机调速节能装置。 为什么？为什么？ 因为风机和泵类均具有转矩与转速平方成正比的机械特性，因为风机和泵类均具有转矩与转速平方成正比的机械特性，而其功率具有与转速立方成正比的特性，当流量变化时，采用而其功率具有与转速立方成正比的特性，当流量变化时，采用调节电动机的转速，可使轴上功率大大减少，从而获得显著的调节电动机的转速，

33、可使轴上功率大大减少，从而获得显著的节电效益。节电效益。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2）电动机额定功率的选择）电动机额定功率的选择 正正确确选选择择电电动动机机的的PN对对提提高高电电力力拖拖动动的的经经济济运运行行水水平平，减减少少能能耗耗，提提高高经经济济效效益益具具有有重重要要意意义义。若若容容量量选选择择过过小小，则则不不能能保保证证生生产产机机械械正正常常运运行行，甚甚至至烧烧毁毁电电机机；若若容容量量选选择择过过大，则增加投资，能耗增加，功率因数变坏，不经济。大，则增加投资，能耗增加，功率因数变坏，不经济。 选择的原则：选择的原则：应能胜任生产机械的负载和所需的起

34、动转矩。应能胜任生产机械的负载和所需的起动转矩。工作时的发热，应接近但不得超过其许可的工作温度。工作时的发热，应接近但不得超过其许可的工作温度。应有一定的过载能力，以保证在短时过载时能正常运行。应有一定的过载能力，以保证在短时过载时能正常运行。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 选择的方法：选择的方法：应应从从机机械械负负载载变变化化的的规规律律，确确定定其其典典型型的的负负载载图图，从从而而计计算所需的实际负载功率。算所需的实际负载功率。应应根根据据机机械械类类型型和和重重要要性性，乘乘以以适适当当的的储储备备系系数数，并并使使电电动机的实际负载率接近经济负载率。动机的实际负载率接近

35、经济负载率。当当电电动动机机使使用用地地点点的的海海拔拔和和介介质质温温度度与与规规定定的的工工作作条条件件不不同时，应按有关规定予以修正。同时，应按有关规定予以修正。 下面根据电动机不同的运行状态，分别讨论电动机额定下面根据电动机不同的运行状态，分别讨论电动机额定功率的选取：功率的选取： 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 I 连续运行工作制的机械：连续运行工作制的机械：应选用连续运转电动机，其额定功率应按机械的轴功率选择。应选用连续运转电动机，其额定功率应按机械的轴功率选择。连续运行又有两种情况：连续运行又有两种情况：恒定负载时连续运行工作制电动机的功率选择恒定负载时连续运行工作制电

36、动机的功率选择首先首先根据生产机械的功率，计算出所需的轴功率根据生产机械的功率，计算出所需的轴功率PL： 式中式中ML 折算到电动机轴上的负载转矩，折算到电动机轴上的负载转矩，N.m； nN 电动机额定转速，电动机额定转速，r/min然后然后根据负载的类型和重要性，乘以适当的储备系数，选择电根据负载的类型和重要性，乘以适当的储备系数，选择电动机额定功率动机额定功率PN，并保证电动机的并保证电动机的PN等于或稍大于生产机械所等于或稍大于生产机械所需的功率，即需的功率，即PNPL 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 变负载连续工作制时电动机的功率选择变负载连续工作制时电动机的功率选择第一步：

37、第一步：计算并绘制生产机械的负载图，如图计算并绘制生产机械的负载图，如图3-5所示。所示。 第二步：第二步：按负载图求出等效转矩：按负载图求出等效转矩： 第三步：第三步：计算电动机功率，计算电动机功率， 第四步：第四步：按电动机最大转矩校验其过载按电动机最大转矩校验其过载能力，即能力，即 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第五步：第五步：进行电动机起动转矩的校验，即进行电动机起动转矩的校验，即 电动机起动转矩电动机起动转矩1.3倍机械起动转矩倍机械起动转矩 II 短时运行工作制电动机功率的选择短时运行工作制电动机功率的选择 短短时时工工作作制制机机械械，宜宜采采用用短短时时运运行行的的

38、电电动动机机，其其额额定定功功率率应应按按机机械械轴轴功功率率选选择择，也也可可按按允允许许过过载载转转矩矩选选用用周周期期工工作作制制电电动动机机。将将连连续续工工作作制制电电动动机机用用于于短短时时工工作作制制，可可提提高高输输出出功率。功率。 若若负负载载是是恒恒定定不不变变的的，则则根根据据生生产产机机械械所所需需功功率率及及短短时时工工作作的的时时间间即即可可选选择择专专供供短短时时工工作作的的电电动动机机，其其额额定定功功率率为为PNSPL 若负载是变化的，可按下述方法求出等效短时功率及短若负载是变化的，可按下述方法求出等效短时功率及短时工作时间，来选择电动机的功率。时工作时间，来

39、选择电动机的功率。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 我国规定：我国规定：短时工作的电动机分短时工作的电动机分10、30、60、90min四种。四种。 当生产机械工作时间不是短时工作电动机的额定时间时，当生产机械工作时间不是短时工作电动机的额定时间时，可根据等效功率的原理加以换算，即可根据等效功率的原理加以换算，即 即即（说明：说明：下标为下标为L的是实际的等效功率和等效时间，下标为的是实际的等效功率和等效时间，下标为N的是折算后的短时工作制电动机的额定值。）的是折算后的短时工作制电动机的额定值。） 若选用周期工作制电动机作为短时工作制电动机，则可按负若选用周期工作制电动机作为短时工作

40、制电动机，则可按负荷持续率荷持续率K与等效工作时限与等效工作时限thp进行对照换算，如下表所示：进行对照换算，如下表所示： 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 将连续工作制电动机用于短时工作制的功率选择：将连续工作制电动机用于短时工作制的功率选择：连续工作制电动机可用于连续工作制电动机可用于60min、90min短时工作机械。短时工作机械。等效短时工作输出功率等效短时工作输出功率PS与原来额定功率与原来额定功率PN的关系为的关系为 式中式中 t 短时工作时间，短时工作时间，h； 电动机的发热时间常数，可查产品手册。电动机的发热时间常数，可查产品手册。通常情况下，通常情况下，t/11，11

41、e-t/ 0，所以，所以，PS PN，所以说，输出所以说，输出功率可提高。功率可提高。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 III 断续周期工作制电动机功率的选择断续周期工作制电动机功率的选择 断断续续周周期期工工作作机机械械，应应采采用用周周期期工工作作制制的的电电动动机机，其其额额定定功功率率应应按按典典型型周周期期的的等等效效负负荷荷换换算算到到额额定定负负载载持持续续率率来来选选择择，并进行过载能力校验。并进行过载能力校验。每一工作周期为每一工作周期为10min，K分为分为15%、25%、40%、60%。 而工作机械的实际使用时间与上并不完全相符，所以在选择而工作机械的实际使用时

42、间与上并不完全相符，所以在选择电动机功率时要进行换算，即电动机功率时要进行换算，即 式中式中PL 实际所需功率；实际所需功率； KL 实际工作负荷持续率；实际工作负荷持续率； KN 标准工作负荷持续率。标准工作负荷持续率。 如果工作机械实际使用情况大致与标准规定的方式相同，则按机械的轴如果工作机械实际使用情况大致与标准规定的方式相同，则按机械的轴功率选取相应功率的电动机即可。当功率选取相应功率的电动机即可。当K 60%时，应选取连续工作制。时，应选取连续工作制。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 IV 连续周期工作制电动机功率的选择连续周期工作制电动机功率的选择 所所谓谓连连续续周周期

43、期工工作作制制，是是每每一一个个工工作作周周期期内内包包括括一一段段负负载载运行时间和一段空载运行时间，但没有电动机停止的时间。运行时间和一段空载运行时间，但没有电动机停止的时间。 对对连连续续周周期期工工作作制制机机械械，应应采采用用等等效效连连续续工工作作制制或或周周期期工工作作制制的的电电动动机机，其其额额定定功功率率按按等等效效电电流流或或等等效效转转矩矩法法选选择择，并按允许过载转矩校验。并按允许过载转矩校验。 连续周期工作制电动机功率的选择可视为负载变化的连连续周期工作制电动机功率的选择可视为负载变化的连续工作制电动机来选择功率，可以选较小的续工作制电动机来选择功率，可以选较小的P

44、N，作过载能力作过载能力校验。校验。 其步骤如下：其步骤如下： 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第一步：第一步：计算并画出生产机械静阻负载图；计算并画出生产机械静阻负载图； 第二步：第二步：初步计算电动机功率；初步计算电动机功率； 式中式中PT 等效功率；等效功率； MT 等效转矩。等效转矩。第三步：第三步：作出电动机负载图作出电动机负载图 P= f（t）或）或M=f（t）第四步：第四步：进行发热、过载能力、起动转矩校验。进行发热、过载能力、起动转矩校验。 如如果果校校验验通通过过，电电动动机机功功率率选选择择适适当当。否否则则重重选选功功率率再再次次校校验验，直直到到所所选选电电动

45、动机机功功率率合合适适为为止止。电电动动机机所所选选功功率率最终应满足所选功率大于或等于计算功率，即最终应满足所选功率大于或等于计算功率，即PNPL。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 若若电电动动机机周周围围环环境境温温度度与与标标准准环环境境温温度度40相相差差较较大大时时，电动机选择的功率应进行校正。电动机选择的功率应进行校正。 当当环环境境温温度度高高于于40时时，电电动动机机需需降降低低容容量量使使用用，低低于于40时时可可以以增增加加容容量量使使用用，这这样样可可保保证证运运行行时时，电电动动机机的的温温升不超过规定的允许值。升不超过规定的允许值。修正的方法：修正的方法：查

46、表修正：查表修正： 如表如表3-23-2所示。所示。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 计算修正计算修正：式中式中 tmax 绝缘材料允许的最高温度；绝缘材料允许的最高温度； t0 周围环境温度；周围环境温度； 电动机铁损与铜损的比值（电动机铁损与铜损的比值（0.41.1）。）。 电动机的温升还与海拔高度有关，海拔越高，散热条件电动机的温升还与海拔高度有关，海拔越高，散热条件恶化。在恶化。在1000m以下海拔高度工作的电动机，两者互补，功以下海拔高度工作的电动机，两者互补，功率不必进行校正。当电动机安装在率不必进行校正。当电动机安装在1000m以上时，对于非特以上时，对于非特殊设计的高

47、原电动机，必须降低功率使用。殊设计的高原电动机，必须降低功率使用。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （3）电动机效率的选择）电动机效率的选择 电电动动机机的的效效率率是是电电动动机机节节能能的的重重要要指指标标，为为了了确确保保电电动动机机节节能，应力求提高电动机的运行效率或系统效率。能，应力求提高电动机的运行效率或系统效率。规范规定：规范规定：应应给给出出电电动动机机负负载载率率100%、75%和和50%时时所所对对应应的的效效率率，供用户选择。供用户选择。在在选选择择和和更更换换电电动动机机时时，应应考考虑虑电电动动机机额额定定效效率率随随额额定定功功率率、额定转速增加而增加。额

48、定转速增加而增加。应尽量选用效率高的电动机。应尽量选用效率高的电动机。对对频频繁繁起起动动、断断续续运运行行和和反反复复冲冲击击负负载载的的场场合合，应应选选用用设设计计代代号号为为H、HY（H级级绝绝缘缘、高高滑滑差差率率）的的电电动动机机，以以提提高高系系统统的效率。的效率。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电动机效率选择应注意的问题：电动机效率选择应注意的问题：条条件件许许可可时时，尽尽量量选选用用高高效效电电动动机机（如如YX和和FX系系列列，都都是高效电动机）。是高效电动机）。对对电电动动机机实实际际使使用用情情况况进进行行分分析析，例例如如对对负负载载率率、负负载载变变化

49、、工作方式等数据的掌握。化、工作方式等数据的掌握。要进行电动机初投资费用和运行费用的综合平衡。要进行电动机初投资费用和运行费用的综合平衡。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （4）电动机转矩）电动机转矩转速特性选择转速特性选择 应应与与负负载载的的机机械械特特性性相相匹匹配配，以以确确保保驱驱动动系系统统的的安安全全运运行行和提高系统电能利用率。和提高系统电能利用率。规定：规定：电电动动机机应应满满足足生生产产机机械械所所要要求求的的堵堵转转转转矩矩和和最最大大转转矩矩，起起动动转矩应不小于机械起动转矩的转矩应不小于机械起动转矩的1.3倍。倍。对对机机械械转转动动惯惯量量大大或或重重载

50、载起起动动的的机机械械，应应选选择择与与机机械械转转动动惯惯量量相相适适应应的的电电动动机机，并并按按起起动动条条件件、最最大大惯惯量量矩矩、过过载载转转矩进行校验。矩进行校验。对对起起动动频频繁繁的的大大功功率率电电动动机机，应应考考虑虑起起动动过过程程中中由由于于转转动动惯量引起的发热影响，并进行发热校验。惯量引起的发热影响，并进行发热校验。对对鼠鼠笼笼型型电电动动机机按按每每小小时时允允许许合合闸闸次次数数来来校校验验，若若大大于于允允许许次数，应选取更大的电动机。次数，应选取更大的电动机。根据配套机械类型，可按经验选用电动机。根据配套机械类型，可按经验选用电动机。 第第3章章 电动机节

51、电技术电动机节电技术 （5）电动机外部结构型式和防护等级的选择）电动机外部结构型式和防护等级的选择 合合理理选选用用电电动动机机外外部部结结构构型型式式对对其其安安全全、经经济济运运行行有有密密切切的关系。的关系。规定：规定：电电动动机机的的外外部部结结构构型型式式按按照照外外壳壳防防护护型型式式、通通风风方方式式、冷冷却却方式分类，具体应按相应的规范规定来选择。方式分类，具体应按相应的规范规定来选择。从从用用户户来来说说，应应根根据据电电动动机机使使用用环环境境中中，是是否否存存在在腐腐蚀蚀性性和和起起火火、爆爆炸炸的的危危险险，灰灰尘尘和和粉粉尘尘的的多多少少，温温湿湿度度高高低低，水水和

52、和油油的的浸入情况等，来选择合适的外部结构型式。浸入情况等，来选择合适的外部结构型式。异步电动机的外壳防护结构有异步电动机的外壳防护结构有IP44、IP23和和IP54、IP55四种。四种。 其含义如下：其含义如下： 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 其含义如下：其含义如下： 框内数字越大，表示缝隙越小或防护的方位越越全面。框内数字越大，表示缝隙越小或防护的方位越越全面。根根据据电电动动机机使使用用环环境境条条件件，选选择择适适宜宜的的外外部部结结构构和和型型式式。如如果果环环境境比比较较干干燥燥，防防护护要要求求较较低低时时，宜宜选选用用IP23防防护护等等级。级。 第第3章章 电动

53、机节电技术电动机节电技术 （6）电动机电源电压的选择：）电动机电源电压的选择：电电动动机机电电压压等等级级的的选选择择，运运行行期期间间电电压压和和频频率率的的变变化化，以以及及电电源源电电压压的的波波形形和和对对称称性性，对对电电动动机机的的性性能能和和经经济济运运行行，均均有较大的影响。有较大的影响。规程规定：规程规定：电电动动机机的的UN，应应根根据据其其额额定定功功率率和和所所在在系系统统的的配配电电电电压压和和配电方式综合考虑确定。配电方式综合考虑确定。中中小小型型三三相相异异步步电电动动机机的的额额定定电电压压等等级级为为：220、380、440、660、1140、3kV、6kV和

54、和10kV。一一般般情情况况下下，PN200kW时时，电电压压选选用用6kV；PN1000kW时时，电压选用电压选用10kV。煤矿用电动机，多为煤矿用电动机，多为380/660V（/Y）、）、660/1140V（/Y）。）。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电动机运行中电源电压和频率的变化应符合相关规定。电动机运行中电源电压和频率的变化应符合相关规定。 当当电电压压偏偏差差大大于于-5%时时，则则应应通通过过计计算算降降低低允允许许使使用用功功率率。实际输出功率的计算公式为实际输出功率的计算公式为式中式中 KU 降压系数，降压系数，KU=U1/UN； IN 额定电流，额定电流，A；

55、I0 空载电流，空载电流，A 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电源电压的波形和对称性应符合规定。电源电压的波形和对称性应符合规定。电电源源电电压压波波形形的的正正弦弦性性畸畸变变率率不不超超过过5%，电电压压的的负负序序分分量量不不超超过过正正序序分分量量的的1%（长长期期运运行行）或或1.5%（不不超超过过几几分分钟钟的的短短时运行），电压的零序分量不超过正序分量的时运行），电压的零序分量不超过正序分量的1%。满足这些条件，能确保电动机可靠运行。满足这些条件，能确保电动机可靠运行。由由此此可可知知，电电压压波波形形和和三三相相平平衡衡性性对对电电动动机机损损耗耗有有影影响响，波波形

56、形正正弦弦性性畸畸变变率率越越大大，平平衡衡性性越越差差，则则损损耗耗越越大大，效效率率越越低低，浪浪费用电。费用电。目前，企业中的电动机电源电压不平衡率大多超过目前，企业中的电动机电源电压不平衡率大多超过1.5%，因，因此引起的电能浪费，全国每年要多费此引起的电能浪费，全国每年要多费20亿亿kWh以上的电能。所以上的电能。所以，三相电压不平衡度应控制在以，三相电压不平衡度应控制在1.5%以下，最好在以下，最好在1%以内。以内。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （7）电动机额定转速的选择）电动机额定转速的选择 电电动动机机额额定定转转速速的的选选择择，不不仅仅影影响响电电动动机机的的

57、性性能能指指标标，也影响系统的电能利用率。也影响系统的电能利用率。规定：规定：应应根根据据机机械械最最高高转转速速对对电电力力拖拖动动系系统统的的要要求求，以以及及机机械械减减速的复杂程度和特性，选择电动机的额定转速。速的复杂程度和特性，选择电动机的额定转速。 PN相相同同条条件件下下，额额定定转转速速越越高高（极极数数越越少少），电电动动机机的的尺尺寸寸、重重量量和和成成本本越越小小，效效率率和和功功率率因因数数也也越越高高。因因此此选选用用2、4极极电电动动机机，特特别别是是选选用用4极极电电动动机机较较为为经经济济。但但又又要要考考虑虑减减速机构的合理性，综合考虑选择一个合理的电动机转速

58、。速机构的合理性，综合考虑选择一个合理的电动机转速。通常：通常：泵、风机用泵、风机用 2、4极极 压缩机选用压缩机选用 4、6或或8极极轧机、粉碎机选用轧机、粉碎机选用 6、8或或10极极 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 频繁起动、制动的断续周期工作制的机械，在选择电动机频繁起动、制动的断续周期工作制的机械，在选择电动机的额定转速时，除保证所需的最高稳定工作速度之外，还应的额定转速时，除保证所需的最高稳定工作速度之外，还应选择合适的传动比，其计算公式如下：选择合适的传动比，其计算公式如下： 式中式中 J 转动惯量；转动惯量； L 机械轴的；机械轴的； N 电动机轴的。电动机轴的。 第

59、第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 需需要要分分级级（有有级级）调调速速的的场场合合，应应优优先先考考虑虑采采用用变变极极多多速速电动机系列，其控制简单，维护工作少，力能指标优良。电动机系列，其控制简单，维护工作少，力能指标优良。电电动动机机经经常常起起动动、制制动动和和反反转转，而而过过渡渡过过程程的的持持续续时时间间对对生生产产影影响响不不大大（即即不不要要求求快快速速正正反反转转控控制制），除除考考虑虑初初期期投投资资外外，主主要要根根据据过过渡渡过过程程能能量量损损耗耗最最小小的的条条件件来来选选择择电电动动机机的额定转速。的额定转速。电电动动机机经经常常起起动动、制制动动和和反反

60、转转，且且过过渡渡过过程程的的持持续续时时间间对对生生产产影影响响较较大大，则则主主要要根根据据过过渡渡过过程程持持续续时时间间为为最最短短的的条条件件来选择电动机的额定转速。来选择电动机的额定转速。需需要要调调速速的的连连续续工工作作机机械械，应应选选用用可可调调速速的的电电动动机机，其其调调速速范范围围应应与与机机械械的的要要求求相相符符，调调速速精精度度应应满满足足机机械械的的静静转转差差率要求，调速方式要与机械类型相符。率要求，调速方式要与机械类型相符。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 3节能型电动机及其选用节能型电动机及其选用（1）Y系列三相异步电动机系列三相异步电动机是是

61、我我国国在在20世世纪纪80年年代代初初统统一一设设计计的的，设设计计时时采采用用了了IEC国国际际标标准准，应应用用了了先先进进技技术术，使使用用了了部部分分新新材材料料，性性能能优优良良，具具有有国国际际互互换换性性的的特特点点，完完全全能能取取代代老老系系列列（JO2、JO3、J2、J3等）电动机。等）电动机。90年代，在年代，在Y系列的基础上又设计了系列的基础上又设计了Y2系列异步电动机。系列异步电动机。（2）YX系列高效率电动机系列高效率电动机 高效率电动机的定义：高效率电动机的定义： 凡是总损耗比标准系列电动机降低凡是总损耗比标准系列电动机降低20%以上的电动机，以上的电动机，称为

62、高效率电动机。称为高效率电动机。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 高效率电动机的特点是：高效率电动机的特点是：效效率率高高：高高效效率率YX系系列列电电动动机机比比Y系系列列电电动动机机效效率率提提高高3%左左右右（极极数数相相同同、功功率率相相同同条条件件下下），损损耗耗可可降降低低20%30%。效率曲线平坦，额定转差率小，减少运行损耗。效率曲线平坦，额定转差率小，减少运行损耗。功率因数有所提高。功率因数有所提高。起动转矩大、噪声小、振动小、温升低、寿命长。起动转矩大、噪声小、振动小、温升低、寿命长。电动机成本比标准电动机高电动机成本比标准电动机高30%。 第第3章章 电动机节电技

63、术电动机节电技术 高效率电动机节电的效益：高效率电动机节电的效益：设：设：标准电动机效率为标准电动机效率为1，高效率电动机效率为高效率电动机效率为2，年运行年运行时间为时间为H（h），），电价为电价为C（元元/kWh），），电动机额定功率为电动机额定功率为PN，负载率为负载率为，则采用高效率电动机年节电费用为则采用高效率电动机年节电费用为 高高效效率率电电动动机机初初投投资资要要高高于于标标准准电电动动机机，一一般般情情况况下下，增增加的投资费用能在加的投资费用能在13收回。收回。高效率电动机额外投资的节能回收期年限的计算：高效率电动机额外投资的节能回收期年限的计算： 式中式中 M2 高效率电

64、动机的价格；高效率电动机的价格； M1 标准型电动机的价格。标准型电动机的价格。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （3）FX系列高效率纺织专用三相异步电动机系列高效率纺织专用三相异步电动机纺织行业专用，具有节电纺织行业专用，具有节电3%的效果。的效果。（4）电磁调速电动机电磁调速电动机有有YCT系列电磁调速电动机系列电磁调速电动机 YDCT系列换极式电磁调速电动机系列换极式电磁调速电动机 YCTD系列低电阻电枢电磁调速电动机系列低电阻电枢电磁调速电动机（5）YD系列变极多速三相异步电动机系列变极多速三相异步电动机（6）YTSP系列变频调速三相异步电动机系列变频调速三相异步电动机 第第

65、3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第第5节节 电动机的经济运行电动机的经济运行 1电动机的经济负载率电动机的经济负载率 电电动动机机经经济济运运行行：是是指指电电动动机机在在满满足足生生产产机机械械运运行行要要求求时时，以以节节能能和和提提高高综综合合经经济济效效益益为为原原则则，选选择择电电动动机机类类型型、运运行行方方式式及及功功率率匹匹配配，使使电电动动机机在在效效率率高高、损损耗耗低低、经经济济效效益益最最佳佳状状态下运行。态下运行。 电电动动机机在在运运行行过过程程中中，因因所所需需要要的的无无功功功功率率在在电电网网中中交交换换，使电网的有功功率损耗增加。使电网的有功功率损耗增

66、加。假假设设单单位位无无功功功功率率可可能能引引起起的的有有功功功功率率损损耗耗用用KQ（kW/kvar）表示，称表示，称KQ为无功经济当量。为无功经济当量。则电动机的综合有功功率损耗为则电动机的综合有功功率损耗为 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 则电动机的综合有功功率损耗为则电动机的综合有功功率损耗为 式中式中 电动机的有功功率损耗，电动机的有功功率损耗，kW； Q 电动机的无功功率损耗，电动机的无功功率损耗，kvar。理论上可以证实理论上可以证实，当电动机的固定损耗与可变损耗相等时，当电动机的固定损耗与可变损耗相等时，其效率最高，此时电动机的负载率称为其效率最高，此时电动机的负载

67、率称为经济负载率经济负载率。经济负载率又分为两种：经济负载率又分为两种： （1）电动机有功经济负载率）电动机有功经济负载率 式中式中 P0 电动机的空载损耗。电动机的空载损耗。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2）电动机综合经济负载率）电动机综合经济负载率 式中式中 Q0 电动机空载时的无功功率。电动机空载时的无功功率。所以所以，当电动机运行在有功经济负载率，当电动机运行在有功经济负载率或综合经济负载或综合经济负载率率j j下，效率最高。下，效率最高。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 2电动机轻载节电器及其应用电动机轻载节电器及其应用当电动机处于轻载、空载时，功率因数和运

68、行效率均很低。当电动机处于轻载、空载时，功率因数和运行效率均很低。若若采采用用电电动动机机轻轻载载节节电电器器，使使得得在在电电动动机机轻轻载载、空空载载时时降降低低电动机的端电压，可达到节能效果。电动机的端电压，可达到节能效果。 目前，国内外均已研制成轻载节电器。目前，国内外均已研制成轻载节电器。 （1）降压节电的基本原理）降压节电的基本原理 由电机学可知，电动机的电磁转矩由电机学可知，电动机的电磁转矩 ，（，（U1为定子电为定子电压），压）， ，（，（I2为转子电流），而为转子电流），而 ， 所所以以 。而降压后。而降压后 不变，这样随着不变，这样随着U1下降，下降，P1亦亦下降。但下降。

69、但U1下降是随着下降是随着I2变动自动下降的，并且使变动自动下降的，并且使U1始终保持始终保持在最佳合理运行状态，即令电动机的效率和功率因数值提高。在最佳合理运行状态，即令电动机的效率和功率因数值提高。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 因为因为所以当所以当U1下降时，主磁通下降时，主磁通 下降，电动机的铁耗下降，则下降，电动机的铁耗下降，则电动机效率提高，而且铁耗是感性的，有利于功率因数的提电动机效率提高，而且铁耗是感性的，有利于功率因数的提高，如图高，如图3-6所示。所示。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2）节能自动控制器工作原理）节能自动控制器工作原理由由日日本本埃

70、埃莱莱克克司司电电子子工工业业株株式式会会社社制制造造的的SMX节节能能自自动动控控制器的工作原理框图如图制器的工作原理框图如图3-7所示。所示。通过微型电脑监测（通过微型电脑监测（5000次次/s），），并采用正弦脉宽调制进行调压调制，并采用正弦脉宽调制进行调压调制，输出级选用大功率模块（半导体双极型隔离开关管输出级选用大功率模块（半导体双极型隔离开关管IGBTS），），使电动机使电动机在任何负载情况下均能获得最佳效能的电压供应，也就是用监测电动机在任何负载情况下均能获得最佳效能的电压供应，也就是用监测电动机工作电流，控制电动机的输入电压工作电流，控制电动机的输入电压U1，来实现最大程度的节

71、电效果，并来实现最大程度的节电效果，并具有降压为主，兼有调频的双重功能控制方案。具有降压为主，兼有调频的双重功能控制方案。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （3）主要特点）主要特点 具有报警功能，具有自动保护功能。能在具有报警功能，具有自动保护功能。能在0.1s内，在内，在20%100%范围内改变范围内改变U1值。反映速度快，灵敏，可就值。反映速度快，灵敏，可就地或远程操作。可选用地或远程操作。可选用420mA、510V标准信号源。标准信号源。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 3电动机重、轻载的电动机重、轻载的Y自动切换自动切换 对于处在重、轻载交替工作状态的电动机，采用电

72、动机对于处在重、轻载交替工作状态的电动机，采用电动机绕组接线的绕组接线的接变接变Y接，是简捷易行的节能方法。接，是简捷易行的节能方法。 （1 1）节电原理）节电原理 电电动动机机定定子子绕绕组组由由接接改改为为Y接接后后，定定子子每每相相绕绕组组电电压压下下降降到原来的到原来的 ，铁耗下降，铁耗下降2/32/3，转矩下降为原来的，转矩下降为原来的1/31/3。改改接接后后，由由于于转转速速几几乎乎不不变变，电电动动机机的的机机械械损损耗耗基基本本保保持持不不变，故电动机的输出功率相应下降为原来的变，故电动机的输出功率相应下降为原来的1/31/3。 如果电动机如果电动机接时的负载率为接时的负载率

73、为33%33%，则在电源电压和负荷，则在电源电压和负荷未变的情况下，改为未变的情况下，改为Y接时，负载率变为接时，负载率变为100%100%。所以功率因。所以功率因数和定子电流将明显得到改善。数和定子电流将明显得到改善。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2 2）电动机绕组）电动机绕组Y自动切换点计算自动切换点计算 同一台电动机轻载时，用同一台电动机轻载时，用Y接法损耗较小。但负载增加接法损耗较小。但负载增加到某一数值以后，由于转子滑差率加大，使转子电流及定子到某一数值以后，由于转子滑差率加大，使转子电流及定子电流迅速增加，造成电动机损耗与电流迅速增加，造成电动机损耗与接时相等，此时

74、应立即接时相等，此时应立即将定子绕组改为将定子绕组改为接线，否则，负载继续增加将使损耗超过接线，否则，负载继续增加将使损耗超过接线，造成接线，造成“倒节电倒节电”现象。现象。 所以所以，Y接线与接线与接线电动机损耗相同的负载率接线电动机损耗相同的负载率 即为要即为要找的切换点。找的切换点。 一一般般情情况况下下，当当负负载载率率低低于于40%40%时时，由由接接线线切切换换为为Y接接线线，可以节电。不同型号电动机也稍有不同。可以节电。不同型号电动机也稍有不同。切换点的确定方法：有两种切换点的确定方法：有两种 可绘出不同接法的电动机损耗与负载率关系曲线，找出其可绘出不同接法的电动机损耗与负载率关

75、系曲线，找出其交点，这个交点即为切换点。交点，这个交点即为切换点。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 可用经验公式求出切换点的负载率，即可用经验公式求出切换点的负载率，即 式中式中 电动机电动机接线时的铁耗，接线时的铁耗，kW； 电动机电动机接线的空载铜耗，接线的空载铜耗，kW； 电动机电动机接线的空载损耗，接线的空载损耗，kW。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 4电动机的节能更换电动机的节能更换所所谓谓节节能能更更换换，即即对对型型式式陈陈旧旧、性性能能落落后后、效效率率低低的的电电动动机机或严重的或严重的“大马拉小车大马拉小车”电动机进行更换。电动机进行更换。（1）电动机

76、节能更换的基本步骤：）电动机节能更换的基本步骤：根据电动机负荷状况，计算电动机负载率。根据电动机负荷状况，计算电动机负载率。方方法法：当当电电动动机机带带动动全全负负荷荷运运行行时时，测测出出其其负负载载电电流流I1，再再测测出出电电动动机机空空载载电电流流I0，然然后后用用下下式式估估算算电电动动机机带带全全负负荷荷时时的的实实际输出功率际输出功率P2，即即如果负载率如果负载率 很低，则需要考虑更换容量合适的电很低，则需要考虑更换容量合适的电动机。动机。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 选选择择三三台台不不同同型型号号、且且容容量量比比原原电电动动机机小小12个个等等级级的的电电动

77、机，作为待选电动机。动机，作为待选电动机。计算各待选电动机的总损耗及效率。计算各待选电动机的总损耗及效率。计算各待选电动机的年用电量。计算各待选电动机的年用电量。根根据据计计算算结结果果和和额额定定参参数数，比比较较确确定定欲欲更更换换电电动动机机的的型型号号及容量，选择其中耗电量最少的一种电动机进行更换。及容量，选择其中耗电量最少的一种电动机进行更换。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2）电动机节能更换的原则：）电动机节能更换的原则：就是比较在任意负载率下电动机总损耗的大小。就是比较在任意负载率下电动机总损耗的大小。当当企企业业总总的的功功率率因因数数已已补补偿偿到到0.9以以上

78、上时时，可可按按下下述述三三种种情情况况决定更换与否。决定更换与否。设设有有两两台台额额定定功功率率不不同同的的电电动动机机A和和B，欲欲用用电电动动机机B替替换换电电动动机机A。为为计计算算方方便便，可可在在其其各各项项参参数数的的下下标标处处加加a和和b，以以示区别。示区别。判断更换与否的原则是：判断更换与否的原则是： 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 判断更换与否的原则是：判断更换与否的原则是：若若 ， ，则在任何负载率下，用，则在任何负载率下，用B更换更换A均均节电。节电。 若若 ， ，则两台电动机的损耗曲线，则两台电动机的损耗曲线 在额定范围内有一交点，且原电动机在额定范围内

79、有一交点，且原电动机A对应对应此交点的负载率此交点的负载率L L称为称为临界负载临界负载率率，对应此点两台电动机损耗相，对应此点两台电动机损耗相等，则当电动机等，则当电动机A的负载率小于的负载率小于L L时，用时，用B更换更换A才节电，否则才节电，否则不节电，如图不节电，如图3-8所示。所示。临界负载率为临界负载率为 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 若若 ， ，则用下式计算临界负载率：，则用下式计算临界负载率： 临界负载率为临界负载率为 只有电动机只有电动机A的负载率大于临界负载率的负载率大于临界负载率L L时，用时，用B更换更换A才才节电，否则不节电。节电，否则不节电。 例：例：

80、第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 例：例：某工厂原有电动机为某工厂原有电动机为A，其型号为其型号为JO2-93- 4型，型， ， ， 。欲换用电动机。欲换用电动机B，其型号为其型号为Y280M- 4型，型， ， ， 。试探讨有无更换必要。试探讨有无更换必要。 解：解：计算临界负载率计算临界负载率L L ：因：因 ， ，所以所以 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 根据根据计算出不同负载率时，各个电动机的总损耗，列表如表计算出不同负载率时，各个电动机的总损耗，列表如表3-3所示：所示： 根据上表中数据，绘出电动机根据上表中数据，绘出电动机A与电动机与电动机B的损耗曲线，如的损耗曲线，如下图所示：下图所示： 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 根据上表中数据，绘出电动机根据上表中数据，绘出电动机A与电动机与电动机B的损耗曲线，如的损耗曲线，如下图所示：下图所示： 由图和表可知：由图和表可知：对于原用电动机对于原用电动机A，当其负载率当其负载率 时，其时，其损耗大于欲换电动机损耗大于欲换电动机B，所以更所以更换是必要的。如果换是必要的。如果 ，更，更换后反而造成电能的浪费。换后反而造成电能的浪费。