分析 | 低效率电机也有可能节电吗？其实，这是伪命题

来源 | 电气技术

三相交流异步电动机的效率越高，其转差率越小。也即在额定频率与电压下，相同负载的转速越高。对于某些功率与转速成正比，甚至成高次方比的负载来说，也就意味着电动机的输出功率的提高。反过来说，低效率电动机因其转差率的增大而使负载转速下降，就可使电动机的输出功率减少，从而达到节电目的。此类逆向思维结果产生的节电措施常为人所忽视。

众所周知，电动机的效率高低决定了电动机自身损耗的多少，也即产生了节电的效果。但是，在某些特定情况或条件下，低效率电动机也会产生节电效果。这是为什么呢？现就低效率电机“节能”机理及工程应用中的几个实例作一简略分析，以飨读者。

电机节能就是减少输入功率

电动机的核心价值是将电能转化为机械能，在转化过程中支付的代价就是电动机的自身损耗。电动机的效率越高，其自身的损耗就越低。

电动机的输入功率为输出功率与自身损耗之和。降低电动机的损耗自然减少了电动机的输入功率，但未必取得节能效果。因为在某种场合下，电动机输出功率提升程度有可能超过损耗的降低，就达不到减少输入功率的目的。

电动机的负载分三种。一种是恒功率负载，一种是恒转矩负载，还有一种就是风机、水泵类负载。这后一种负载的机械特性是转矩与转速的2次方成正比，功率与转速的3次方成正比(见图1)。也就是说，在额定电压、额定频率情况下只要能够降低负载的转速，即是多付出了一些电机损耗的代价，也有可能获得系统的节能效果。

图1 不同负载的机械特性曲线

电动机效率与转差率的关系

三相交流异步电动机的工作特性曲线（见图1） 是一条描述在额定电压、额定频率条件下电动机工作状态的特性曲线。A点表征电动机的空载转速， 也即电动机的同步转速n0；B点表征电动机的最大转矩Mmax；C点表征电动机的起动转矩。

图2 电机的工作特性曲线

由此可见，负载转速降低，电动机的输出功率也就有所减少。虽然电动机对应的效率有所降低，但对应的输入功率却同时有所下降，也就达到了节能目的。

低效率电动机节能实例分析

电锭电动机属纺织专用电动机（见图3），年运行时间超过7000h，利用率较高。所以电机效率的高低对于节能效益影响较大。

图3 FYD型电锭电动机

目前国内化纤企业普遍使用的几款“节能”电锭电动机的功率都是140W，效率低于74%（甚至70%）。由于这几款电锭电动机“重量轻，体积小”，制造成本低，售价低，加上所谓现场“实际应用”对比测试，似乎比起正规的FYD型电锭电动机来“节能”可达25~30%以上，所以深受用户青睐。

图4 不同功率、效率电机的工作特性曲线

事实上，这种电动机的负载是离心罐，电动机的输出功率与离心罐转速的2.7次方成正比。对于这类风机、水泵类特征的负载，转速受电动机效率影响很大：电机效率越低，损耗越大，输出转速越慢，输出功率就越少(见图4)。

从表面上看，电动机的输入功率是减少了，但其实这是以牺牲电机的出力为代价的。因为低效率电机的自身损耗的增大才是真正的浪费。

从一般意义上说，电动机输出功率的降低，必然影响到产能的下降。但是，电动机的特点是转速的下降，只影响到丝束的捻度而不会影响丝饼的产量。这给人造成的错觉是，电锭电动机节能了，产出却没有减少，是十分有效的节能措施。

但事实上，离心转速下降过多，不仅是丝束捻度降低，还会造成操作工人“倒丝”困难，致使废丝（即间接损耗）增加，由此可见，低效率电锭电动机之所以给人有惊人的“节能”效果，就是因为纺丝工艺上对于离心的转速下降没有限制，也就是电动机的输出功率是可以随之减少的。

当在相同电压、相同频率、相同离心形状尺寸的工况下，低效率电锭电动机因其自身损耗大反而使其运行转速减少，取得了表面上的“节能”效果。这在节能产品的价值评估上是有违公平原则的。

结论

所以说，“低效率电动机也可以节能” 其实是个伪命题。要实现电动机的真正意义上的节能，就要选用高效率电动机。在上例中，为了保持离心的实际转速不变，可以通过变频器对电源电压与频率进行调节，降低电锭电动机的运行转速。这样既可以满足纺丝工艺的捻度要求，又使电锭电动机自身的损耗维持最低。选用符合标准的高效电锭电动机，才能真正取得最具效果的绿色节能。