《电机与拖动基础》综合能力训练专题报告班级：电力11-1班组长：赵心迪（1）组员：张凡（4）吴贵（2）徐大淞（3）成绩：2014年1月1日异步电机经济性分析与提高方案摘要：概述了异步电机运行国家标准，分析了影响异步电动机经济运行的各种因素并给出工程上现有的补偿方案，给出了基于DSP的异步电机在线监测方案。

关键词：国家标准;功率补偿;视在阻抗;DSP;引言三相异步电动机以其结构简单、成本低廉、可靠性高、使用寿命长、维修方便工农业生产中有广泛的应用。

同时电动机在长期的运行中不可避免会发生故障，需要尽早发现，及时解决，否则必将造成损失。

为了能更好地使用异步电动机，需要完整得分析异步电机经济性运行过程，使用可靠的监测与诊断方法。

监测的途径很多，定子电流监测方法因可以做成非侵入式而得到最为广泛的应用。

本文分析了异步电机运行过程，通过监测定子电流及电压，得出其视在阻抗，分析视在阻抗的频谱，进行异步电机经济性分析并利用DSP完成故障的在线监。

一、国家关于电机运行经济性的相关政策, 规定和行业标准国家关于三相异步电机运行经济性有国家标准GB/T12497-2006《三相异步电动机经济运行》，该标准规定了试验三相异步电动机经济运行的原则与技术要求，以及判定经济运行的指标及计算方法等，适用于在用的中小型三相异步电动机，电机拖动系统设计与电机一体化产品配套选择电动机时也可以参照使用。

该文件引用了GB/T1032《三相异步电动机测方法》，GB/T3485 《评价企业合理用电技术导则》GB/T18613《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》规定内容如下：(一)电动机经济运行的原则与技术条件1.电动机选择1)电动机类型选择电动机选用前应充分了解被拖动机械的负载（以下简称负载）特性，该负载对起动、制动、调速无特殊要求时应选用笼型异步电动机。

从节能角度考虑应首先选用符合GB 18613的电动机，不应选用国家明令淘汰的产品。

负载对起动、制动、调速有特殊要求时，所选择的电动机应满足相应的堵转矩与最大转矩要求，所选电动机应能与调速方式合理匹配。

应依据电动机的工作是否处于易燃、易爆、粉尘污染、腐蚀性气体、高温、高海拔、高湿度、水淋和潜水工作环境，选择相应的防护类型、外壳防护等级和电动机的绝缘等级。

拖动高精度加工机械和有静音环境要求的电动机，应按要求选用有精确速度控制、低振动和低噪声设计的电动机。

应依据负载要求，选择具有合适的安装尺寸与连接方式。

2)电动机额定功率选择电动机额定功率应满足负载的功率要求，同时要考虑负载特性与运行方式。

应依据反映负载变化规律的负荷曲线，确定经济负载率。

应根据负载的类型和重要性确定适当的备用系数。

具有长期连续运行或稳定负载的电动机，应使电动机的负载率接近综合经济负载率。

年运行时间大于3000h、负载率大于60% 电动机，应优先选用能效指标GB 18613中节能评价值的节能电动机。

3)电动机工作电压选择电动机的工作电压应与供电电压相适应。

额定容量大于200kW的电动宜优先选用高压电动机。

运行在可调速状态的电动机宜选用较低额定电压等级。

4)电动机转速选择在满足传动要求的前提下，选择电动机转速时应减少机械传动级数。

需要调速的负载应根据调速范围、效率、对转矩的影响以及长期经济效益等因素，选择合理的调速方式和电动机。

5)电动机转矩选择电动机应满足负载的堵转矩和最大转矩的需求。

对有频繁起动、冲击负载和高起动转矩等特殊要求的负载应选用相应的专用电动机并进行转矩校验。

2. 电动机无功功率就地补偿应根据电动机的容量大小与运行方式合理实施功率因数的就地补偿，补偿后功率因数应不低于0.9。

3.运行负荷调整电动机运行管理人员应充分了解负载情况，对多台并联或串联运行的系统，应按照系统效率最高的原则分配电动机的负荷或安排机组的启停，一般原则是使综合效率较高的机组处于经常稳定和满负荷运行状态。

(二)电动机调节设备的运用电动机负载调节设备的选择应以技术经济分析为依据，对大型机组应进行寿命周期成本分析。

对有多台电动机的系数，负载的分配应充分发挥调节设备节能效果。

应按GB/T3485的规定配置电动机运行监测仪表，随时对供电条件及运行参数进行监测。

运行管理人员应定期监视电动机运行电流、电压、电动机输入功率、三相电流与电压的不平衡度。

(三)电动机更换或改造当电动机处于非经济运行状态，采取更换或改造措施时，必须满足被拖动机械负载的要求，使电动机运行的负载率在接近综合经济负载率。

使更换或改造后电动机的综合功率损耗小于原电动机的综合功率损耗。

应根据工作环境、拖动负载更换电动机，在国家现行系列产品中合理选择。

电动机更换或改造应使用寿命周期成本分析方法进行经济性的检验。

(四)经济运行计算与判定1)计算电动机额定综合效率2)测试与计算电动机综合效率当测试的供电电压偏离额定值时，应对测试结果进行适当修正。

视电压升高或降低的幅度，在－0.08%～0.07%之进行正比例修正。

3)经济运行判定电动机综合效率大于或等于额定综合效率表明电动机对电能利用是经济的；电动机综合效率小于额定综合效率但大于额定综合效率的61.2%，则电动机对电能利用是基本合理的；电动机综合效率小于额定综合效率的61.2%，表明电动机对电能利用是不经济的。

修正系数：煤矿电动机综合效率检测指标乘以1.01。

在现场计算电动机综合效率有困难的情况下也可用电机输入功率（电流）与额定输入功率（电流）之比来判断电动机的工作状态：输入电流下降在14.25%以内属于经济使用范围；输入电流下降在33.25%以内属于允许使用范围；输入电流下降超过33.25%属于非经济使用范围。

在考察输入电流变化的同时应检查测量电动机功率因数的变化，并估计其影响。

修正系数：煤矿电动机输入电流检测指标乘以1.02。

行业标准:全国供电规则规定：高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户,功率因数为0.90以上,其他100千伏安及以上电力用户和大、中型电力排灌站, 功率因数为0.85以上,趸购转售电企业，农业用电功率因数0.80以上。

二、分析影响一部电动机运行效率的各种原因及提高电机效率的方法异步电机中的损耗主要由下列五部份组成：1.定子绕组中电流通过所产生的铜耗（PCu1）；2.转子绕组中电流通过所产生的导体（铝或铜）损耗（PCu2）；3.铁心中磁场所产生的涡流和磁滞损耗（PFe）；4.由于风扇和轴承转动所引起的通风和摩擦损耗（Pfw）；5.由气隙磁场高次谐波所产生的负载杂散损耗（Ps）。

(一)影响电动机效率的主要原因1)电动机处于轻载下运行电动机的功率因数随负载大小而变化。

空载时,功率因数只有0.2～0.3;额定负载时,功率因数在0.7～0.9之间。

当电动机处于轻载的功率因数要介于空载和负载之间变化。

所以,电动机轻载运行时,功率因数低,其效率也低。

出现轻载运行的原因：a)大马拉小车。

选择电动机时加上了太多的备用系数，使得电动机功率远远大于被驱动机械的轴功率以及计算被驱动机械轴功率时加上了比较多的安全系数，使得轴功率偏大b)被驱动机械功率周期性变化，但电机没有设置变频器。

很多机械的要求输出功率随着工况、气候都有周期性大小的变化，当功率变小时，电动机如果有变频器，可以降低频率减少功率输出，否则电机运行的无功部分加大，影响电机的效率；2)电机端电压偏低，电机为了有足够的输出，其中电流将加大，而电机的损耗随着电流的平方增加，所以也影响电机的效率。

工程上这种情况多出现于挂于电网中的负载过多而导致的电网电压下降。

3)电机转动部分润滑不好，消耗部分功率，即摩擦损耗增加，也影响效率(二)影响电动机效率的主要外部原因1 供电质量对三相异步电动机的影响供电质量的优劣对电动机的正常运行和节能有直接的影响。

电动机处于非额定电压和非额定频率下,其损耗大大增加,使电动机处于不合理运行状态,供电电压和频率允许范围之外的变化对电动机性能引起显著变化,尤其当供电频率降低、电压增高时,电动机空载损耗和空载电流要大幅度上升,使功率因数降低。

电压降低时,电动机转速下降,使转子铜损增加,导致功率因数降低。

当三相电压不对称时,由于有负序分量的磁场,产生负序转矩,增加电动机负担。

同时吸收转轴的机械功率,能引起转子铁损和铜损的增加,使电动机温升增高,输入功率增大,效率降低,增加电动机的振动和噪音。

2 高次谐波对三相异步电动机的影响由于晶闸管整流装置和各种变频装置等设备的大量使用,给电网注入大量高次谐波,引起电网公害,导致供电质量降低。

高次谐波电流流入电动机绕组,增加电动机附加损耗,尤其是使电动机温升增加,严重时电动机因过热而烧毁。

高次谐波的脉冲电压波,使相绕组电压分布不均匀,绕组首尾端电压分布过高,易造成绕组匝间击穿而短路。

高次谐波电流的脉冲,使电动机电磁转矩脉动,引起电动机振动和噪声增大。

高次谐波分布电容的影响,使电动机轴电流增大。

总之,高次谐波会使三相异步电动机最大转矩下降,功率因数降低,效率也随之降低。

(三)提高电动机效率的方法1 首先要求电动机性能符合保证的要求,不会有明显的缩短电动机使用寿命的现象。

保证电源电压与异步电动机的额定电压的偏差在±10%以内,电源频率与额定频率的偏差在±5%以内,当电源电压和频率两者同时变化时,在±10%以内则能保证电动机输出功率基本不变。

2 采用就地功率因数补偿，对于大功率感性负荷应采取必要的补偿。

对于过大的单相负载,如单相电焊机、单相加热器、单相空调等设备的投入使用,应合理安排,尽量保持三相负荷平衡,保证电源质量。

采用无功补偿可以在电子供电系统中起提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。

合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。

提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率;减少电力网络的有功损耗；合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。

对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。

3增加整流相数、移相、滤波器装置，抑制和消除综合高次谐波。

（1）增加系统短路容量使系统短路容量远大于整流设备容量。

由于系统短路容量大,系统电抗小,所以系统电压畸变就小。

（2）减少谐波源，采用多脉波换流器,以增加脉波数,可以大幅度地消除低次谐波,一般采用脉波数为12。

少用未控桥式接线,因为这种接线所产生的谐波中含有不易处理的偶次谐波。