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[摘 要]随着全球能源的日益枯竭，人们正在寻找一个新能源的同时也越来越多的将注意力已集中在节能方面。而三相异步电动机作为全球范围内的主要耗电装置，却广泛应用于社会的各个领域，耗费了大量的能量。如能对异步电动机进行节能控制，提升电机的效率，其节电量是相当可观的，对于日益稀缺的能源今天将具有非常重要的意义。
中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）39-0110-01
一、节能的主要背景及意义
交流异步电动机在我们的日常生活中得到了广泛的应用，它具有结构简单、价格低廉、运行可靠、在恶劣环境下也能良好工作的优点。但是现实中的异步电动机 ，在进行电动机容量的选择时，它们往往被过大地考虑了电机的安全余量，异步电动机容量如果选择的过大，会造成它们在实际使用过程中大都经常处于轻载，有些甚至经常处于空载下运行，电机的效率也会非常的低下，这就造成了异步电动机能量的大量浪费。对于经常处于轻载的异步电动机，探索异步电动机的节能措施，可以更好地对异步电动机进行节能，提高电机的效率，促进绿色经济也起着非常重要的作用。
二、关于三相异步电动机节能方法的研究现状
随着电力电子技术的飞速进步，电机节能技术也获得了较大的发展。三相异步电动机的节电方法硬件实现主要有五种方式：基于电机本身结构的改进技术，基于星角转换的控制技术，基于电容的无功就地补偿技术，基于变频器的变频调速节能技术，基于晶闸管或IGBT的调压节能技术。
1.基于电机本身结构的改进技术，由于传统的鼠笼型异步电机具有结构简单、制造方便、价格便宜和运行可靠等优点，一直以来被广泛的应用于各种工业场合，其所消耗的电能占全部工业电动机消耗电能的90%以上。
2.基于星角转换的控制技术，所需成本低廉，控制简单可靠，所需器件较少，在较轻负载或空载下节能效果好，曾经被大量应用于需要软启动的场合中。
3.基于电容的无功就地补偿技术，能够有效提高电动机的功率因数，减少电动机的无功损耗，对于长期处于轻负载下的电动机有一定的节电效果。但是其只能减少电动机的无功损耗，而无法降低有功损耗，因此这种方法的节电效果一般。
4.基于变频器的变频调速技术，由于其软启动性能好，可以方便调整电机参数，对于电机寿命的延长有很大好处。同时由于其可以改变电机的转速，所以随着负载的降低，能量消耗也会下降，节能效果良好。
5.基于晶闸管或IGBT的调压节能技术，一直以来在工业控制现场得到了广泛的应用。半控型器件晶闸管作为出现较早的电力电子器件，其所能承受的电压和电流容量一直是最高的，而且其工作可靠，可以应用在电机的相控电路中。
三、异步电动机能耗及节能方法分析
3.1 异步电动机能耗分析
异步电动机在运行过程中会产生各种损耗，根据产生部位的不同，主要可分为铁损耗、机械损耗、铜损耗以及杂散损耗等。
（l）铁损耗
铁心损耗尺，它是铁心在磁场中受交变磁化作用产生的。异步电动机的铁耗主要为定子铁心损耗。
（2）机械损耗
异步电动机在运行过程中，轴承以及风阻会阻挡转矩，要损失一部分功率。这部分损失的功率叫做机械损耗。
（3）铜损耗
异步电动机在运行时，定子绕组、转子绕组中流过电流，而它们自身都有电阻，故会消耗一部分能量。這种由定子、转子绕组通过电流而引起的损耗，就叫铜耗。
（4）杂散损耗
除以上各部分损耗外，在异步电动机中，还包含杂散损耗。杂散损耗Pad包括杂散铁损和杂散铜损。
3.2 异步电机调压节能理论分析
在电压偏差条件下，定子铜耗和附加损耗在轻载时均随电压升高而增大，重载时随电压升高而减小；转子铜耗均随电压升高而减小且重载时减小趋势更明显；基本铁耗受负载影响较小且随电压升高而线性增大；总损耗在轻载时随电压升高而增大，重载时先减小后增大。因此，电压调节和节能的基本原理是根据异步电机的负载选择合适的电压，从而提高异步电动机的效率。
目前就调压节能而言，调压有以下几种方式：
（1）星三角转换调压
（2）晶闸管调压
（3）定子串电抗器调压节能
（4）变压器分接头调压
不同的调压方式适用于不同负载的异步电机。星三角变换调压不适用异步电机重载情况；晶闸管调压器采用电力电子元器件，会引入谐波电流和谐波电压，增加了对电网的污染，也影响了异步电机的运行性能；定子串电抗器调压节能，可以使得异步电机端电压随着负载的大小进行调节，其优点是方便简单，不足之处是在于电抗器本身要消耗一定的功率，同时会引起谐波，对于电网和电机产生不良影响；有多种不同的调压点进行选择，不仅仅是星接和角接两个方式之间的转换，此外，不仅适用于星形连接的异步电机，而且适用于三角形连接的异步电机；相对于定子绕组带抽头，可以在不改变异步电机结构的基础上进行调压，避免了改变异步电机绕组的接线方式，方便简单，但是采用自耦变压器本身会带来一定的损耗，此外，属于有级调压技术，调压方式不能平滑调节，因为调压范围受限。
1.调压节能在不同负载时的概述
异步电动机在工作时，我们可以根据它的负载情况来进行分类。即可以分成恒转矩负载和与之对应的变转矩负载。恒转矩负载是，在任何的转速下，负载的转矩近似为常数。变负载转矩是指，阻转矩相对异步电动机的转速是变化的。
2.对于恒负载时的异步电动机节能分析
当异步电动机处于恒转矩负载时，异步电动机的输出功率基本不变，而此时的负载系数又为一定值，如果这时，降低异步电动机的端电压，则铁损会成倍数减少，而铜损会以倍数增加。根据这种关系，则系统必然存在一个调压系数，使这时异步电动机的总损耗变得最小，当异步电动机处于恒转矩负载时，降压节能就是要减少异步电动机的铁耗和铜耗之和，来使异步电动机处于效率最优的工作点。
3.对于变负载时的异步电动机节能分析
异步电动机的变转矩负载，当异步电动机降压时，异步电动机的转速会相应降低，这会使转差率s增大。与此同时，异步电动机的负载率β也会相应降低，这就会使异步电机的调压范围变大了。此外，对于异步电动机的变转矩负载情况，降低端电压会使异步电动机的铁耗和铜耗减小，这会带动异步电动机的输出功率随之减小，从而进一步减小了异步电动机定子端的输入功率，使电机的效率变得更高。从而可以看出，变转矩负载时的节能效果较恒转矩负载时的节能效果要更好。
4.降压节能的调压范围分析
三相异步电动机在轻载时，降低异步电动机的输入电压，异步电动机的主磁通会减小，电机的铁耗和磁化电流也将会减小，电机总的定子电流会降低而电机的有功损耗也会相应减小，从而可以提高异步电动机的效率。而当异步电动机处于降压节能运行时，要满足一定的条件：要保证异步电动机能正常稳定地运行；要确保电机转子电流不会超过额定电流值，防止因转子电流的过大而烧毁电机。这就要求异步电动机节能要有一个合适的调压范围。
第四章 总结
本文首先阐述了节能的意义以及目前关于异步电动机节能控制的发展情况，进行了异步电动机的功耗分析，对于恒转矩和变转矩两种不同性质的负载，分别讨论了损耗与定子端电压的关系，论证了两种不同负载情况下降压节能的依据，以及轻载时降低定子端电压对电机安全运行的影响，由此可以确定保证电动机安全运行条件下，相应于不同负载率的调压范围以及最优运行电压区间。
参考文献
[1]刘利军.节电技术及其工程应用.北京：中国电力出版社，2011.
[2]余海龙主编，电动机能效与节电技术.北京：机械工业出版社，2008.
[3]张震.异步电机节能控制器的研究.西安：西北工业大学，2007.
中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）39-0110-01
一、节能的主要背景及意义
交流异步电动机在我们的日常生活中得到了广泛的应用，它具有结构简单、价格低廉、运行可靠、在恶劣环境下也能良好工作的优点。但是现实中的异步电动机 ，在进行电动机容量的选择时，它们往往被过大地考虑了电机的安全余量，异步电动机容量如果选择的过大，会造成它们在实际使用过程中大都经常处于轻载，有些甚至经常处于空载下运行，电机的效率也会非常的低下，这就造成了异步电动机能量的大量浪费。对于经常处于轻载的异步电动机，探索异步电动机的节能措施，可以更好地对异步电动机进行节能，提高电机的效率，促进绿色经济也起着非常重要的作用。
二、关于三相异步电动机节能方法的研究现状
随着电力电子技术的飞速进步，电机节能技术也获得了较大的发展。三相异步电动机的节电方法硬件实现主要有五种方式：基于电机本身结构的改进技术，基于星角转换的控制技术，基于电容的无功就地补偿技术，基于变频器的变频调速节能技术，基于晶闸管或IGBT的调压节能技术。
1.基于电机本身结构的改进技术，由于传统的鼠笼型异步电机具有结构简单、制造方便、价格便宜和运行可靠等优点，一直以来被广泛的应用于各种工业场合，其所消耗的电能占全部工业电动机消耗电能的90%以上。
2.基于星角转换的控制技术，所需成本低廉，控制简单可靠，所需器件较少，在较轻负载或空载下节能效果好，曾经被大量应用于需要软启动的场合中。
3.基于电容的无功就地补偿技术，能够有效提高电动机的功率因数，减少电动机的无功损耗，对于长期处于轻负载下的电动机有一定的节电效果。但是其只能减少电动机的无功损耗，而无法降低有功损耗，因此这种方法的节电效果一般。
4.基于变频器的变频调速技术，由于其软启动性能好，可以方便调整电机参数，对于电机寿命的延长有很大好处。同时由于其可以改变电机的转速，所以随着负载的降低，能量消耗也会下降，节能效果良好。
5.基于晶闸管或IGBT的调压节能技术，一直以来在工业控制现场得到了广泛的应用。半控型器件晶闸管作为出现较早的电力电子器件，其所能承受的电压和电流容量一直是最高的，而且其工作可靠，可以应用在电机的相控电路中。
三、异步电动机能耗及节能方法分析
3.1 异步电动机能耗分析
异步电动机在运行过程中会产生各种损耗，根据产生部位的不同，主要可分为铁损耗、机械损耗、铜损耗以及杂散损耗等。
（l）铁损耗
铁心损耗尺，它是铁心在磁场中受交变磁化作用产生的。异步电动机的铁耗主要为定子铁心损耗。
（2）机械损耗
异步电动机在运行过程中，轴承以及风阻会阻挡转矩，要损失一部分功率。这部分损失的功率叫做机械损耗。
（3）铜损耗
异步电动机在运行时，定子绕组、转子绕组中流过电流，而它们自身都有电阻，故会消耗一部分能量。這种由定子、转子绕组通过电流而引起的损耗，就叫铜耗。
（4）杂散损耗
除以上各部分损耗外，在异步电动机中，还包含杂散损耗。杂散损耗Pad包括杂散铁损和杂散铜损。
3.2 异步电机调压节能理论分析
在电压偏差条件下，定子铜耗和附加损耗在轻载时均随电压升高而增大，重载时随电压升高而减小；转子铜耗均随电压升高而减小且重载时减小趋势更明显；基本铁耗受负载影响较小且随电压升高而线性增大；总损耗在轻载时随电压升高而增大，重载时先减小后增大。因此，电压调节和节能的基本原理是根据异步电机的负载选择合适的电压，从而提高异步电动机的效率。
目前就调压节能而言，调压有以下几种方式：
（1）星三角转换调压
（2）晶闸管调压
（3）定子串电抗器调压节能
（4）变压器分接头调压
不同的调压方式适用于不同负载的异步电机。星三角变换调压不适用异步电机重载情况；晶闸管调压器采用电力电子元器件，会引入谐波电流和谐波电压，增加了对电网的污染，也影响了异步电机的运行性能；定子串电抗器调压节能，可以使得异步电机端电压随着负载的大小进行调节，其优点是方便简单，不足之处是在于电抗器本身要消耗一定的功率，同时会引起谐波，对于电网和电机产生不良影响；有多种不同的调压点进行选择，不仅仅是星接和角接两个方式之间的转换，此外，不仅适用于星形连接的异步电机，而且适用于三角形连接的异步电机；相对于定子绕组带抽头，可以在不改变异步电机结构的基础上进行调压，避免了改变异步电机绕组的接线方式，方便简单，但是采用自耦变压器本身会带来一定的损耗，此外，属于有级调压技术，调压方式不能平滑调节，因为调压范围受限。
1.调压节能在不同负载时的概述
异步电动机在工作时，我们可以根据它的负载情况来进行分类。即可以分成恒转矩负载和与之对应的变转矩负载。恒转矩负载是，在任何的转速下，负载的转矩近似为常数。变负载转矩是指，阻转矩相对异步电动机的转速是变化的。
2.对于恒负载时的异步电动机节能分析
当异步电动机处于恒转矩负载时，异步电动机的输出功率基本不变，而此时的负载系数又为一定值，如果这时，降低异步电动机的端电压，则铁损会成倍数减少，而铜损会以倍数增加。根据这种关系，则系统必然存在一个调压系数，使这时异步电动机的总损耗变得最小，当异步电动机处于恒转矩负载时，降压节能就是要减少异步电动机的铁耗和铜耗之和，来使异步电动机处于效率最优的工作点。
3.对于变负载时的异步电动机节能分析
异步电动机的变转矩负载，当异步电动机降压时，异步电动机的转速会相应降低，这会使转差率s增大。与此同时，异步电动机的负载率β也会相应降低，这就会使异步电机的调压范围变大了。此外，对于异步电动机的变转矩负载情况，降低端电压会使异步电动机的铁耗和铜耗减小，这会带动异步电动机的输出功率随之减小，从而进一步减小了异步电动机定子端的输入功率，使电机的效率变得更高。从而可以看出，变转矩负载时的节能效果较恒转矩负载时的节能效果要更好。
4.降压节能的调压范围分析
三相异步电动机在轻载时，降低异步电动机的输入电压，异步电动机的主磁通会减小，电机的铁耗和磁化电流也将会减小，电机总的定子电流会降低而电机的有功损耗也会相应减小，从而可以提高异步电动机的效率。而当异步电动机处于降压节能运行时，要满足一定的条件：要保证异步电动机能正常稳定地运行；要确保电机转子电流不会超过额定电流值，防止因转子电流的过大而烧毁电机。这就要求异步电动机节能要有一个合适的调压范围。
第四章 总结
本文首先阐述了节能的意义以及目前关于异步电动机节能控制的发展情况，进行了异步电动机的功耗分析，对于恒转矩和变转矩两种不同性质的负载，分别讨论了损耗与定子端电压的关系，论证了两种不同负载情况下降压节能的依据，以及轻载时降低定子端电压对电机安全运行的影响，由此可以确定保证电动机安全运行条件下，相应于不同负载率的调压范围以及最优运行电压区间。
参考文献
[1]刘利军.节电技术及其工程应用.北京：中国电力出版社，2011.
[2]余海龙主编，电动机能效与节电技术.北京：机械工业出版社，2008.
[3]张震.异步电机节能控制器的研究.西安：西北工业大学，2007.