來源 | 電氣技術

三相交流異步電動機的效率越高，其轉差率越小。也即在額定頻率與電壓下，相同負載的轉速越高。對于某些功率與轉速成正比，甚至成高次方比的負載來說，也就意味著電動機的輸出功率的提高。反過來說，低效率電動機因其轉差率的增大而使負載轉速下降，就可使電動機的輸出功率減少，從而達到節電目的。此類逆向思維結果產生的節電措施常為人所忽視。

眾所周知，電動機的效率高低決定了電動機自身損耗的多少，也即產生了節電的效果。但是，在某些特定情況或條件下，低效率電動機也會產生節電效果。這是為什么呢？現就低效率電機“節能”機理及工程應用中的幾個實例作一簡略分析，以饗讀者。

電機節能就是減少輸入功率

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

電動機的輸入功率為輸出功率與自身損耗之和。降低電動機的損耗自然減少了電動機的輸入功率，但未必取得節能效果。因為在某種場合下，電動機輸出功率提升程度有可能超過損耗的降低，就達不到減少輸入功率的目的。

電動機的負載分三種。一種是恒功率負載，一種是恒轉矩負載，還有一種就是風機、水泵類負載。這后一種負載的機械特性是轉矩與轉速的2次方成正比，功率與轉速的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載的轉速，即是多付出了一些電機損耗的代價，也有可能獲得系統的節能效果。

圖1 不同負載的機械特性曲線

電動機效率與轉差率的關系

三相交流異步電動機的工作特性曲線（見圖1） 是一條描述在額定電壓、額定頻率條件下電動機工作狀態的特性曲線。A點表征電動機的空載轉速， 也即電動機的同步轉速n0；B點表征電動機的最大轉矩Mmax；C點表征電動機的起動轉矩。

圖2 電機的工作特性曲線

由此可見，負載轉速降低，電動機的輸出功率也就有所減少。雖然電動機對應的效率有所降低，但對應的輸入功率卻同時有所下降，也就達到了節能目的。

低效率電動機節能實例分析

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

圖3 FYD型電錠電動機

目前國內化纖企業普遍使用的幾款“節能”電錠電動機的功率都是140W，效率低于74%（甚至70%）。由于這幾款電錠電動機“重量輕，體積小”，制造成本低，售價低，加上所謂現場“實際應用”對比測試，似乎比起正規的FYD型電錠電動機來“節能”可達25~30%以上，所以深受用戶青睞。

圖4 不同功率、效率電機的工作特性曲線

事實上，這種電動機的負載是離心罐，電動機的輸出功率與離心罐轉速的2.7次方成正比。對于這類風機、水泵類特征的負載，轉速受電動機效率影響很大：電機效率越低，損耗越大，輸出轉速越慢，輸出功率就越少(見圖4)。

從表面上看，電動機的輸入功率是減少了，但其實這是以犧牲電機的出力為代價的。因為低效率電機的自身損耗的增大才是真正的浪費。

從一般意義上說，電動機輸出功率的降低，必然影響到產能的下降。但是，電動機的特點是轉速的下降，只影響到絲束的捻度而不會影響絲餅的產量。這給人造成的錯覺是，電錠電動機節能了，產出卻沒有減少，是十分有效的節能措施。

但事實上，離心轉速下降過多，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，低效率電錠電動機之所以給人有驚人的“節能”效果，就是因為紡絲工藝上對于離心的轉速下降沒有限制，也就是電動機的輸出功率是可以隨之減少的。

當在相同電壓、相同頻率、相同離心形狀尺寸的工況下，低效率電錠電動機因其自身損耗大反而使其運行轉速減少，取得了表面上的“節能”效果。這在節能產品的價值評估上是有違公平原則的。

結論

所以說，“低效率電動機也可以節能” 其實是個偽命題。要實現電動機的真正意義上的節能，就要選用高效率電動機。在上例中，為了保持離心的實際轉速不變，可以通過變頻器對電源電壓與頻率進行調節，降低電錠電動機的運行轉速。這樣既可以滿足紡絲工藝的捻度要求，又使電錠電動機自身的損耗維持最低。選用符合標準的高效電錠電動機，才能真正取得最具效果的綠色節能。