電動機在將電能轉(zhuǎn)換為機械能的時候，本身也消耗一部分能量。這些損耗一般可分為繞組損耗、鐵芯損耗、風(fēng)摩損耗和負(fù)載雜散損耗。電動機的效率是有效輸出功率與輸入功率之比。有效輸出功率是輸入功率與電動機本身功耗之差。有效地減少自身功耗可以達到提高電動機效率的目的。 
　　電動機節(jié)能主要包括更新淘汰低效電動機及高耗電設(shè)備；節(jié)能電動機概念和技術(shù)，合理匹配電動機系統(tǒng)，提高電動機效率；以先進的電力電子技術(shù)傳動方式改造傳統(tǒng)的機械方式，實現(xiàn)被拖動裝置控制和設(shè)備制造；推廣軟啟動裝置、無功補償裝置、計算機自動控制系統(tǒng)技術(shù)、優(yōu)化電動機系統(tǒng)的運行和控制。 
　　提高電動機的效率已成為節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本的重要手段，文章從分析電動機的選擇、啟動裝置、調(diào)速方式等方面入手，介紹了電動機在選擇及使用過程中采用的各種節(jié)能降耗方法。而其中的電動機耗能占總負(fù)荷90%以上，所以做好電動機運行的節(jié)能工作至關(guān)重要。不但可以減少電費開支，還可以挖掘配電系統(tǒng)的供電能力，有利于降低整個配電系統(tǒng)的電力損耗。 
　　2.0電動機的合理選型 
　　2.1選用高效節(jié)能型電動機。 
　　高效電動機（YX、YX等系列）通常指高效率三相異步電動機。效率水平能達到或超過電動機能效國家標(biāo)準(zhǔn)（GB18613-2002）所規(guī)定的節(jié)能評價值的電動機。能效限定值是電動機最低效率允許值，是強制性指標(biāo)；節(jié)能評價值是高效電動機的認(rèn)定值，是推薦性指標(biāo)。 
　　下列情況下應(yīng)該考慮選用高效電動機： 
　　1）在新上項目需要新的電動機時； 
　　2）舊電動機損壞或電動機需要進行重繞時； 
　　3）在電動機長期運行于低負(fù)載或過負(fù)載狀態(tài)下需要更新電動機時。 
　　高效電動機與普通電動機相比，優(yōu)化了總體設(shè)計，選用了高質(zhì)量的銅繞組和硅鋼片，降低了各種損耗，損耗下降了20%-30%，效率提高2%-7%；投資回收期一般為1-2年，有的短至幾個月。 
　　2.2合理選用電動機類型。 
　　選擇電動機類型除了滿足拖動功能外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟運行性能。對于年運行時間大于3000h，負(fù)載率大于50%的場合，應(yīng)選擇YX系列高效率的三相異步電動機。與Y系列相比，其效率平均高3%，損耗降低20%一30%，雖然價格高于Y系列電動機，但從長期運行考慮，經(jīng)濟性還是明顯的。 
　　同步電動機能提高企業(yè)電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電線路損耗，但控制系統(tǒng)繁雜，價格較高。隨著異步電動機制造水平的提高，新設(shè)備已很少采用。 
　　2.3合理選用電動機的額定容量。 
　　國家三相異步電動機3個運行區(qū)域作了如下規(guī)定：負(fù)載率在70%-100%之間為經(jīng)濟運行區(qū)；負(fù)載率在40%-70%之間為一般運行區(qū)；負(fù)載率在40%以下為非經(jīng)濟運行區(qū)。若電動機容量選得過大，雖然能保證設(shè)備的正常運行，但不僅增加了投資，而且它的效率和功率因數(shù)也都很低，造成電力的浪費。因此考慮到既能滿足設(shè)備運行需要，又能使其盡可能地提高效率，一般負(fù)載率保持在60%一100%較為理想。對于負(fù)載率小于40%的三角形接法電動機可改為星型接法，以提高其效率。 
　　3.0電動機的節(jié)能改造 
　　電動機節(jié)能的原理是通過對電動機的電、磁、機械和通風(fēng)的優(yōu)化，優(yōu)質(zhì)材料及先進制造工藝的使用，并結(jié)合先進全面的試驗及測試手段，切實有效地降低電動機的各方面損耗。 
　　3.1電動機Δ/Y改接降壓，提高電機的功率因數(shù)及效率。 
　　異步電動機的總損耗中銅耗占總損耗的加20%～70%，鐵耗占25%～30%，此兩項是決定電動機效率的主要因素。鍋耗隨負(fù)載大小而變化，而鐵耗與電源電壓平方成正比。輕載時將電機繞組由Δ接改成Y接，則定子相電壓降低為原來的l/ 倍，鐵耗下降2/3，由于在輕負(fù)載時鐵耗起主要作用，因此效率隨鐵耗的大大減小而提高。電動機輕載時：用Y接法損耗較小，但負(fù)載增加到某一數(shù)值以后，由于轉(zhuǎn)子滑差加大較多，使轉(zhuǎn)子及定子電流迅速增加，造成電動機損耗與Δ接法時相等，此時應(yīng)將定子改為Δ接線，否則，負(fù)載繼續(xù)增加將使損耗超過Δ接線，造成“倒節(jié)電”現(xiàn)象。 
　　異步電動機在輕負(fù)載率時降低電壓運行是有利的，可以改善其功率因數(shù)和效率。當(dāng)電動機負(fù)載率低于臨界負(fù)載率βC（一般為35%一50%）時，由Δ接線切換為Y接線可以節(jié)電，尤其是處于極輕載時（如β<10%），Δ/Y改接運行能夠更多提升效率，節(jié)能效果更明顯。異步電機運行Δ/Y改接節(jié)能的方法簡單易行，不額外消耗功率，對電流波形無影響。但轉(zhuǎn)換時會產(chǎn)生沖擊電流，不宜用于輕、重頻繁變動的負(fù)載。 
　　3.2采用連續(xù)調(diào)速運行方式，提高電動機性能。 
　　為了取得最大經(jīng)濟效益，在選擇電動機調(diào)速方法時，應(yīng)根據(jù)運行設(shè)備的性能、容量大小、流量變化幅度、調(diào)速裝置的效率、技術(shù)復(fù)雜程度、價格、維修難度程度、對電網(wǎng)的影響等諸多因素進行經(jīng)濟比較后，確定適用的調(diào)速方法。 
　　3.2.1調(diào)速方法 
　　1）高效調(diào)速方法是指在調(diào)速過程中，沒有轉(zhuǎn)差損耗或?qū)D(zhuǎn)差損耗能夠進行回收，如變極電動機調(diào)速、變頻調(diào)速、串級調(diào)速等。該方法在調(diào)速過程中轉(zhuǎn)差變化小，但是為了實現(xiàn)調(diào)速，在系統(tǒng)中增加了相應(yīng)的裝置，如變頻調(diào)速的變頻器及其控制回路，串級調(diào)速的整流裝置、逆變裝置、變壓器等，它們都要消耗電能。但這些裝置大都是電力電子元件，本身功耗很低，效率較高，在90%～95%之間。由于電動機的效率隨負(fù)載降低而下降，而風(fēng)機、水泵負(fù)載是轉(zhuǎn)速3次方關(guān)系，因此電動機效率下降很多。整個調(diào)速裝置效率隨著轉(zhuǎn)速的下降而降低，如變頻裝置在高速運行時的效率為90%左右，串級調(diào)速在高速運行時的效率為92%左右。 　　2）低效調(diào)速方法（有轉(zhuǎn)差損耗調(diào)速方法） 
　　低效調(diào)速方法是指在調(diào)速過程中有轉(zhuǎn)差損耗，如電磁調(diào)速電動機調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、液力耦合器調(diào)速等。采用此種方法時，離心式風(fēng)機、水泵的流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；全壓、揚程H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；功率P與轉(zhuǎn)速n的3次方成正比。在電動機的部分損耗忽略不計的情況下，有轉(zhuǎn)差損耗調(diào)壓方法的效率為 
　　η=（1-S）×100% 式中S—電動機的轉(zhuǎn)差率。 
　　3.2.2變頻調(diào)速 
　　在不同的工業(yè)領(lǐng)域中，變頻調(diào)速裝置具有精確、高效的特點，可滿足用戶的不同要求。變頻調(diào)速結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，調(diào)速精度高，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍廣，節(jié)能顯著。變頻器內(nèi)部固有的軟啟動特性使得全部機組實現(xiàn)軟啟動，降低啟動電流和對電網(wǎng)及機械的沖擊，延長主設(shè)備的使用壽命。 
　　通常情況下，可以利用變頻器+PLC的控制模式實現(xiàn)了電動機的節(jié)能運行，同時電動機從靜止到旋轉(zhuǎn)工作由變頻器來啟動，實現(xiàn)了軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給空壓機帶來的機械沖擊，降低了原系統(tǒng)噪音，減少了設(shè)備維修最等，該控制模式具有實用價值。 
　　由于變頻器每kW的成本隨著其功率增大而減小，因此變頻調(diào)速裝置的經(jīng)濟性也隨著電機功率的增大而提高。一般來講，變頻調(diào)速裝置回收期低于兩年，有時低于一年。 
　　3.2.3液力耦合器 
　　對于一些調(diào)速精度要求不高，調(diào)速范圍要求不寬，并且不頻繁調(diào)速的繞線式電動機，如風(fēng)機、水泵等設(shè)備的大中型繞線式異步電動機采用液力耦合器來調(diào)速效果顯著。與變頻調(diào)速、可控硅串級讕速相比，該方式更經(jīng)濟、可靠、實用，維護簡單，雖調(diào)速時效率稍低，但功率因數(shù)高，且全速時效率高于變頻調(diào)速，價格僅為變頻調(diào)速的幾分之一。 
　　液力耦合器以液體為介質(zhì)傳遞功率，液力偶合器相當(dāng)于離心泵和渦輪機的組合，當(dāng)動力機通過輸入軸帶動泵輪轉(zhuǎn)動時，充注在工作腔中的工作液體在離心力作用下，沿泵輪葉片流道向外緣流動，使液體的動量矩增大。當(dāng)工作液體由泵輪沖向?qū)γ娴臏u輪時，工作液體便沿渦輪葉片流道做向心流動，同時釋放能量并將其轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)并帶動工作機做功?？恐后w的傳動使動力機和工作機柔性地聯(lián)接在一起。 
　　改變液力偶合器工作腔的充滿度，便可以調(diào)節(jié)輸出力矩和輸出轉(zhuǎn)速，充滿度升高則輸出轉(zhuǎn)速升高，反之則降低，并可實現(xiàn)無級調(diào)速。其特點為屬于無級調(diào)速，在液力偶合器輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，可以輸出無級連續(xù)變化的、且變化范圍很寬的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化較大時，與節(jié)流調(diào)節(jié)相比較，有顯著的節(jié)能效果?？蛰d起動時，電動機可以在空載或輕載下啟動，減少對電網(wǎng)沖擊，因而可選用容量較小的電動機及電控設(shè)備，減少設(shè)備的投資，降低起動電流。 
　　3.3采用新型節(jié)能風(fēng)扇，降低電動機的機械損耗（風(fēng)摩損耗）。 
　　機械損耗是軸承摩擦損耗和冷卻風(fēng)扇連同轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)時的風(fēng)摩損耗之和，約占總損耗的5%～8%。在開啟式低速電動機中，這些損耗是微小的，但是在大型高速電動機或全封閉風(fēng)扇冷卻型電動機中，這些機械損耗較大。2極電動機約占1/3，相當(dāng)于電動機容量的3%；4極電動機約占電動機容量的1.5%，同時通風(fēng)噪聲也大。 
　　因此要大幅度提高風(fēng)扇效率，應(yīng)采用單方向旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇，如軸流式或后傾葉式的離心風(fēng)扇，使葉片間的流道與主氣流的形狀比較適配。另外，配以合適形狀的風(fēng)罩，就可以使這兩項的主要損耗顯著降低。國際電工協(xié)會IEC推薦，高速異步電動機盡量優(yōu)先采用單方向的電機冷卻風(fēng)扇。更換電動機的外風(fēng)扇，將電動機的外風(fēng)扇改為節(jié)能型，對于不同型號的電動機，有對應(yīng)的節(jié)能型風(fēng)扇產(chǎn)品可供選用。主要用于單方向運轉(zhuǎn)的2極和4極電動機，改后可提高效率1.35%一2.55%。 
　　對于封閉外扇冷卻的電機應(yīng)推廣使用軸流風(fēng)扇。這是因為封閉式電機外風(fēng)路的風(fēng)阻較小，機座散熱筋風(fēng)溝內(nèi)氣流主要沿軸向，宜采用壓頭低，風(fēng)量大的軸流式風(fēng)扇，其效率高、噪聲低，尤其是機翼型的葉片。另外，按比轉(zhuǎn)速特性參數(shù)的大小來選擇。當(dāng)NS=90～300時，宜選用軸流式風(fēng)扇；NS=15～100時，宜選用后傾葉片離心式風(fēng)扇；根據(jù)實測核算，JO2系列22KW以上的異步電動機，其NS≤90，宜選用軸流式風(fēng)扇，正好適用于高轉(zhuǎn)速、低壓頭、大流量的電機。試驗表明，2極電機的風(fēng)扇外徑縮小14%～16%，風(fēng)摩損耗下降20%～30%，電機效率可提高0.2%左右。 
　　3.4采用磁性槽泥或槽楔改造低效電動機。 
　　電動機旋轉(zhuǎn)時會周而復(fù)始地發(fā)生振蕩，產(chǎn)生脈振鐵耗。另外齒部表面的磁通在齒面掃動會產(chǎn)生表面鐵耗，它的本質(zhì)是高頻渦流損耗和磁滯損耗，使鐵心發(fā)熱溫度升高，這種空載附加損耗約占電機額定容量的0.5%～2.3%。 
　　應(yīng)用磁性槽泥（低壓中小功率電動機）和磁性槽楔改造（高壓大功率電動機）對異步電動機進行節(jié)能改造，主要是消滅由電動機定子、轉(zhuǎn)子槽齒效應(yīng)產(chǎn)生的高頻渦流損耗和磁滯損耗，從而起到節(jié)能的目的。 
　　用磁性槽泥填平電動機定子鐵心槽口，以磁性槽泥代替原有的絕緣槽鍥，使它減少定子、轉(zhuǎn)子間磁阻的反復(fù)變化，亦即平伏磁通密度的脈振，減少齒簇磁通的掃描，以減少其空載附加損耗。磁性槽泥又使定子、轉(zhuǎn)子間有效氣隙減小，即使氣隙磁阻減小，磁導(dǎo)率增大，從而減小電動機勵磁電流，即減小了無功功率和空載銅損耗。 
　　實踐證明，采用磁性槽泥或磁性槽鍥對舊式電動機進行改造，其節(jié)能效果顯著。雖然啟動轉(zhuǎn)矩會下降10%-20%，但很適應(yīng)空載或輕載啟動的電動機改造。由于氣隙磁勢波形的改善，從而減少了空載電流，改善了功率因數(shù)，降低了鐵耗及溫升，并減少了電磁噪聲、振動，延長了電動機的使用壽命。 
　　3.5對電動機繞組改接，減少電動機的雜散損耗與銅損。 
　　通過改進電動機的繞組形式，可減少電動機的雜散損耗與銅損，提高電動機的效率。合適的繞組形式及槽配合，能夠消弱電動機的高次諧波，提高基波分布系數(shù)，提高繞組利用率，改善電動機的電磁性能，從而達到減少部分附加損耗、有功損耗的目的。實踐中采用以下方法對電動機繞組進行改造，可以收到很好的節(jié)電效果。 　　1）改同心繞組為等距鏈形繞組或叉式鏈形繞組。 
　　將同心繞組為等距或叉式鏈形繞組后，由于其平均跨距比同心式繞組小，所以導(dǎo)線少，導(dǎo)線的有功損耗也就小，而導(dǎo)線把端部長度縮短后，漏磁場影響亦減小，因此其雜散損耗亦相應(yīng)減少。 
　　2）改單層繞組為雙層繞組 
　　因雙層繞組產(chǎn)生的磁勢波形比單層繞組產(chǎn)生的磁勢波形更接近于正弦波，其產(chǎn)生的雜散損耗也就比單層繞組少，且改后的電動機的電磁性能，起動性能都比單層繞組電動機有所提高，故可將單層繞組的電動機改為雙層繞組的電動機，以達到降低損耗之目的。 
　　3）縮小定子繞組的端部長度 
　　定子繞組端部損耗約占電動機繞組總損耗的25%～50%。因此減少繞組端部長度，即可節(jié)約銅材，又可降低定子銅損。據(jù)測試，定子繞組端部長度減少20%，電動機效率可提高1.5%，為此設(shè)計繞線模時，應(yīng)盡可能使繞線模端部尺寸短一些。 
　　3.6對定子繞組重繞，降低老電機損耗。 
　　1）老電機定子繞組的重繞 
　　對于老電機產(chǎn)品，定子繞組重繞時，如按導(dǎo)線總截面積不變的原則去選擇代用導(dǎo)線時，由于槽內(nèi)絕緣變薄，會使槽滿率大大降低，雖然嵌線容易，但會帶來不良后果。因此，老電機電子重繞時，應(yīng)加粗導(dǎo)線線徑。由于電阻減小，會使銅耗降低，經(jīng)計算加粗導(dǎo)線后，電機效率可提供1.5%～4%。 
　　2）以銅線代替鋁導(dǎo)線的重繞 
　　過去極小數(shù)電動機曾采用鋁導(dǎo)線，現(xiàn)在都改應(yīng)改成銅導(dǎo)線重繞，一般可遵循保持定子銅損不變原則，即 
　　式中：dcu，dAl-表示裸銅導(dǎo)線和裸鋁導(dǎo)線直徑，mm； 
　　ρcu，ρAl-表示銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線的電阻率，Ωm。 
　　3）提高電機絕緣等級 
　　老電機為A級絕緣，目前中小電機基本上為E級絕緣，隨著電機制造水平的提高，有必要把E級絕緣改為B級絕緣。這樣電機壽命延長了，電機安全可靠運行有了保障。另外，提高電機繞組絕緣等級可以顯著降低通風(fēng)損耗，如由E級絕緣提高到B級，允許提高溫升5℃，可減少外冷卻風(fēng)量20%左右，通風(fēng)損耗將減半[Pf∝V3≈（0.8）3≈50%]。而由E級提高到F級，允許提高溫升25℃，風(fēng)量幾乎可以減半，通風(fēng)損耗降低更為顯著，僅是原來風(fēng)耗的12.5%[Pf∝V3≈（0.5）3≈12.5%]。 
　　4.0結(jié)束語 
　　在我國電動機的實際應(yīng)用中，由于設(shè)計余量、電機選型等方面的原因，電動機經(jīng)常處于低負(fù)荷運行狀態(tài)，系統(tǒng)能效非常低，從節(jié)能降耗和工藝的要求上，均需要提高電機效能。降低電動機損耗，提高其效率是一個系統(tǒng)工程，要從設(shè)計、材料、合理使用等方面努力。實際上，某些措施往往受到相互制約，例如：為了降低銅耗，設(shè)計時力求電阻最小，但它反過來會影響電機的技術(shù)性能；為了降低鐵耗，一方面可增長鐵心，降低磁通密度，但受到起動性能的限制，另外一方面可采用優(yōu)質(zhì)和薄型硅鋼片作鐵心，但又會引起材料成本和制造成本的增加。因此，在確定電動機節(jié)能改造方案時，要兼顧各方面的因素。