我國(guó)中小型通用振動(dòng)電機(jī)是量大面廣的基礎(chǔ)類機(jī)電產(chǎn)品，據(jù)統(tǒng)計(jì)其用電量約占我國(guó)總發(fā)電量的 57%，是名副其實(shí)的“用電大戶”。因此，做好中小型振動(dòng)電機(jī)的高效節(jié)能，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要手段之一。但是，在電機(jī)及系統(tǒng)節(jié)能改造時(shí)也發(fā)現(xiàn)，高效電機(jī)的應(yīng)用效果往往需要與系統(tǒng)運(yùn)行模式( 或控制方式) 、負(fù)載特性等多個(gè)方面結(jié)合在一起進(jìn)行綜合評(píng)估后，通過(guò)科學(xué)的判斷和實(shí)踐的檢驗(yàn)才能得出節(jié)能與否。通俗一點(diǎn)講，就是高效電機(jī)如果使用不當(dāng)，將無(wú)法體現(xiàn)高效電機(jī)替換后的節(jié)能效果，甚至在一些特殊情況下出現(xiàn)了不節(jié)能的情況。許多用戶對(duì)高效電機(jī)的基礎(chǔ)原理和應(yīng)用存在很多誤區(qū)，通過(guò)本文能夠幫助最終用戶正確使用高效電機(jī)，讓減排落實(shí)在節(jié)能效果的體現(xiàn)上。

1 我國(guó)振動(dòng)電機(jī)發(fā)展歷史回顧

到目前，我國(guó)中小型通用振動(dòng)電機(jī)及其派生產(chǎn)品已經(jīng)過(guò)了五代的開(kāi)發(fā)和更替，一直遵循著“新材料、新技術(shù)、新工藝”的發(fā)展趨勢(shì)，特別是近幾年隨著電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程的開(kāi)展，電機(jī)的效率要求也越來(lái)越高。表 1 為低壓三相異步電機(jī)的幾代產(chǎn)品對(duì)比表， 為低壓交流三相異步電機(jī)的近幾代產(chǎn)品內(nèi)在結(jié)構(gòu)及性能對(duì)比表。

2 振動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)中提高效率的措施

振動(dòng)電機(jī)的效率與電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各項(xiàng)損耗的控制有很大的關(guān)系，提高電機(jī)設(shè)計(jì)效率的過(guò)程就是降低各項(xiàng)損耗的過(guò)程。電機(jī)在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中內(nèi)部產(chǎn)生的損耗一般分為五個(gè)部分: 定子銅損耗、鐵心損耗、轉(zhuǎn)子銅損耗、機(jī)械損耗( 也稱風(fēng)摩耗) 和附加損耗( 也稱雜散損耗) ，他們之和為總損耗。表 3 為提高電機(jī)效率措施。高效電機(jī)的設(shè)計(jì)思路是: 電機(jī)的效率與電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各項(xiàng)損耗的控制有很大的關(guān)系，也就是說(shuō)，電機(jī)提高效率的過(guò)程就是降低各項(xiàng)損耗的過(guò)程。對(duì)于任何一臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，振動(dòng)電機(jī)的效率就是電機(jī)輸出的軸功率( 機(jī)械功率) 和電機(jī)輸入功率( 電功率) 之比，因?yàn)殡姍C(jī)銘牌上標(biāo)定的都是電機(jī)的輸出功率，因此電機(jī)的效率越高，表明電機(jī)在輸出功率相同時(shí)，電機(jī)的輸入功率越低，因此電機(jī)越節(jié)能。

3 常見(jiàn)的高效電機(jī)應(yīng)用典型誤區(qū)

3． 1 水泵風(fēng)機(jī)類負(fù)載采用高效電機(jī)的節(jié)能誤區(qū)

采用IE3 等級(jí)的超高效電機(jī)與采用 IE2 等級(jí)的高效電機(jī)，在水泵這類轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比的負(fù)載配合時(shí)的對(duì)比曲線: 由于超高效電機(jī)比高效電機(jī)的轉(zhuǎn)子損耗小，額定運(yùn)行點(diǎn)的轉(zhuǎn)速會(huì)高一些，與水泵負(fù)載配合時(shí)，在系統(tǒng)管阻未發(fā)生變化的情況下，由于高出的轉(zhuǎn)速實(shí)際上增加了整個(gè)系統(tǒng)的輸出功率，盡管超高效電機(jī)效率更高，但是折算至輸入側(cè)則可能輸入功率減少不多甚至未減少。同樣，采用高效電機(jī)替換普通電機(jī)與此類似。這就是在風(fēng)機(jī)或水泵這類轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比的負(fù)載上，直接采用高效電機(jī)置換所獲得的節(jié)能效果一般的主要原因。舉例來(lái)說(shuō)，在循環(huán)水泵系統(tǒng)中，如果采用高效電機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單置換，由于系統(tǒng)對(duì)循環(huán)水量的要求，也就是流量的要求要高于對(duì)揚(yáng)程的要求，增加的轉(zhuǎn)速雖然同時(shí)增加了流量，但是在原流量已經(jīng)滿足系統(tǒng)需要的前提下，增加的流量就白白浪費(fèi)了，而且還增加了輸出功率。因此，采用高效振動(dòng)電機(jī)直接替換原電機(jī)就不是一種理想的節(jié)能改造方案。解決此問(wèn)題的方法就是采用電機(jī)高效再制造或采用與該水泵特性匹配的高效專用電機(jī)。

3． 2 “大馬拉小車”型節(jié)能入誤區(qū)

振動(dòng)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在負(fù)載率 40% 以下就屬于“大馬拉小車”，系統(tǒng)運(yùn)行不匹配，更換小功率檔電機(jī)可使電機(jī)運(yùn)行在高效區(qū)，但是單純更換小功率電機(jī)的節(jié)能計(jì)算容易走入誤區(qū)。最常見(jiàn)的情況是: 正在使用的 Y 系列 75 kW4 極電機(jī)經(jīng)過(guò)檢測(cè)，輸出功率長(zhǎng)期穩(wěn)定在 30 kW運(yùn)行，負(fù)荷率正好位于 40% 不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行臨界點(diǎn)，如果簡(jiǎn)單更換為 55 kW 電機(jī)，錯(cuò)誤的節(jié)能計(jì)算直接以兩者功率差( 75 － 55 = 20 kW) 計(jì)算，然后乘以年運(yùn)行時(shí)間來(lái)計(jì)算年節(jié)電量，在節(jié)能量審核申請(qǐng)材料經(jīng)常發(fā)現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤

3． 3 變頻調(diào)速系統(tǒng)改造中將電機(jī)改為高效電機(jī)

在振動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造中，經(jīng)常會(huì)遇到如下情形: 控制系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載調(diào)節(jié)要求需要改造為變頻調(diào)速系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上想通過(guò)將原電機(jī)更換為高效電機(jī)的方式，再獲得更好的節(jié)能效果。需要指出的是，變頻調(diào)速節(jié)能與高效電機(jī)置換節(jié)能的原理、方法和適用范圍及節(jié)能效果評(píng)價(jià)是完全兩個(gè)概念、兩種途徑。要想說(shuō)清這個(gè)問(wèn)題，需要回顧一下變頻調(diào)速節(jié)能的基本原理，現(xiàn)以原閥門(mén)( 或擋板) 控制的水泵( 或風(fēng)機(jī)) 改為變頻調(diào)速控制為例。由于傳統(tǒng)流量調(diào)節(jié)通過(guò)改變閥門(mén)或擋板開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。該情況下，電機(jī)總是處于全速運(yùn)行狀態(tài)( 即使轉(zhuǎn)速有變化也在很小的范圍) ，但實(shí)際上機(jī)組負(fù)荷需要不斷調(diào)整。因此，這種方法存在嚴(yán)重的節(jié)流損耗。下面以水泵為例，比較閥門(mén)控制和變頻控制的能耗情況。

因此，變頻調(diào)速電機(jī)在水泵系統(tǒng)中的節(jié)能原理是根據(jù)負(fù)載變化的需要，通過(guò)改變振動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，將原來(lái)采用閥門(mén)調(diào)節(jié)應(yīng)該節(jié)約而未能節(jié)約下來(lái)的能量( 克服管阻做功) 節(jié)省下來(lái)。結(jié)合前文介紹的高效電機(jī)節(jié)能原理不難發(fā)現(xiàn)，變頻調(diào)速節(jié)能與高效電機(jī)置換節(jié)能的原理、方法和適用范圍及節(jié)能效果是完全兩個(gè)概念、兩種途徑。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中將電機(jī)改為高效電機(jī)也并非節(jié)能上再節(jié)能。因?yàn)樽冾l調(diào)速電機(jī)在低于額定點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，其功率一般將隨著轉(zhuǎn)速降低( 因頻率降低) 減小( 有恒轉(zhuǎn)矩和變轉(zhuǎn)矩兩種) ，電機(jī)的效率將下降( 但下降范圍有限) ，如果換用高效電機(jī)，則同樣會(huì)因功率下降導(dǎo)致效率下降，兩者之間的差異是很小的，這與變頻調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)輒 30% ～50% 的節(jié)能率相比，幾乎沒(méi)有任何變化，在節(jié)能上也沒(méi)有任何幫助，反而盲目增加了投資。因此，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中沒(méi)有必要將電機(jī)置換為高效電機(jī)，而應(yīng)該使用適合于該負(fù)載設(shè)備的變頻調(diào)速專用電機(jī)。

4 結(jié) 語(yǔ)

以上僅列舉了三類在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造中常見(jiàn)的高效電機(jī)置換較為典型的誤區(qū)，從幾種誤區(qū)的分析可知，要想獲得更理想的節(jié)能效果，不僅要了解高效振動(dòng)電機(jī)節(jié)能的工作原理，同時(shí)還要將電機(jī)置身于電機(jī)、所拖動(dòng)負(fù)載、控制裝置及管網(wǎng)組成的電機(jī)系統(tǒng)中，具體分析電機(jī)和負(fù)載匹配或變化的關(guān)系，用系統(tǒng)節(jié)能的方法才是更好的選擇。