三相異步電動機論文模板(10篇)

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篇1

相應對策：①盡量消除工藝和機械設備的跑冒滴漏現象；②檢修時注意搞好電機的每個部位的密封，例如在各法蘭涂少量704密封膠，在螺栓上涂抹油脂，必要時在接線盒等處加裝防滴濺盒，如電機暴漏在易侵入液體和污物的地方應作保護罩；③對在此環境中運行的電機要縮短小修和中修周期，嚴重時要及時進行中修。

2.由于軸承損壞，軸彎曲等原因致使定、轉子磨擦（俗稱掃膛）引起鐵心溫度急劇上升，燒毀槽絕緣、匝間絕緣，從面造成繞組匝間短路或對地“放炮”。嚴重時會使定子鐵心倒槽、錯位、轉軸磨損、端蓋報廢等。軸承損壞一般由下列原因造成：①軸承裝配不當，如冷裝時不均勻敲擊軸承內圈使軸受到磨損，導致軸承內圈與軸承配合失去過盈量或過盈量變小，出現跑內圈現象，裝電機端蓋時不均勻敲擊導致端蓋軸承室與軸承外圈配合過松出現跑外圈現象。無論跑內圈還是跑外圈均會引起軸承運行溫升急劇上升以致燒毀，特別是跑內圈故障會造成轉軸嚴重磨損和彎曲。但間斷性跑外圈一般情況下不會造成軸承溫度急劇上升，只要軸承完好，允許間斷性跑外圈現象存在。②軸承腔內未清洗干凈或所加油脂不干凈。例如軸承保持架內的微小剛性物質未徹底清理干凈，運行時軸承滾道受損引起溫升過高燒毀軸承。③軸承重新更換加工，電機端蓋嵌套后過盈量大或橢圓度超標引起軸承滾珠游隙過小或不均勻導致軸承運行時磨擦力增加，溫度急劇上升直至燒毀。④由于定、轉子鐵心軸向錯位或重新對轉軸機加工后精度不夠，致使軸承內、外圈不在一個切面上而引起軸承運行“吃別勁”后溫升高直至燒毀。⑤由于電機本體運行溫升過高，且軸承補充加油脂不及時造成軸承缺油甚至燒毀。⑥由于不同型號油脂混用造成軸承損壞。⑦軸承本身存在制造質量問題，例如滾道銹斑、轉動不靈活、游隙超標、保持架變形等。⑧備機長期不運行，油脂變質，軸承生銹而又未進行中修。

相應對策：①卸裝軸承時，一般要對軸承加熱至80℃~100℃，如采用軸承加熱器，變壓器油煮等，只有這樣，才能保證軸承的裝配質量。②安裝軸承前必須對其進行認真仔細的清洗，軸承腔內不能留有任何雜質，填加油脂時必須保證潔凈。③盡量避免不必要的轉軸機加工及電機端蓋嵌套工作。④組裝電機時一定要保證定、轉子鐵心對中，不得錯位。⑤電機外殼潔凈見本色，通風必須有保證，冷卻裝置不能有積垢，風葉要保持完好。⑥禁止多種油脂混用。⑦安裝軸承前先要對軸承進行全面仔細的完好性檢查。⑧對于長期不用的電機，使用前必須進行必要的解體檢查，更新軸承油脂。

3.由于繞組端部較長或局部受到損傷與端蓋或其它附件相磨擦，導致繞組局部燒壞。

相應對策：電機在更新繞組時，必須按原數據嵌線。檢修電機時任何剛性物體不準碰及繞組，電機轉子抽芯時必須將轉子抬起，杜絕定、轉子鐵芯相互磨擦。動用明火時必須將繞組與明火隔離并保證有一定距離。電機回裝前要對繞組的完好性進行認真仔細的檢查確診。

4.由于長時間過載或過熱運行，繞組絕緣老化加速，絕緣最薄弱點碳化引起匝間短路、相間短路或對地短路等現象使繞組局部燒毀。

相應對策：①盡量避免電動機過載運行。②保證電動機潔凈并通風散熱良好。③避免電動機頻繁啟動，必要時需對電機轉子做動平衡試驗。

5.電機繞組絕緣受機械振動（如啟動時大電流沖擊，所拖動設備振動，電機轉子不平衡等）作用，使繞組出現匝間松馳、絕緣裂紋等不良現象，破壞效應不斷積累，熱脹冷縮使繞組受到磨擦，從而加速了絕緣老化，最終導致最先碳化的絕緣破壞直至燒毀繞組。

相應對策：①盡可能避免頻繁啟動，特別是高壓電機。②保證被拖動設備和電機的振動值在規定范圍內。

二、三相異步電動機一相或兩相繞組燒毀（或過熱）的原因及對策

如果出現電動機一相或兩相繞組燒壞（或過熱），一般都是因為缺相運行所致。在這里不作深刻的理論分析，僅作簡要說明。

當電機不論何種原因缺相后，電動機雖然尚能繼續運行，但轉速下降，滑差變大，其中B、C兩相變為串聯關系后與A相并聯，在負荷不變的情況下，A相電流過大，長時間運行，該相繞組必然過熱而燒毀。

三相異步電動機繞組為Y接法的情況：電源缺相后，電動機尚可繼續運行，但同樣轉速明顯下降，轉差變大，磁場切割導體的速率加大，這時B相繞組被開路，A、C兩相繞組變為串聯關系且通過電流過大，長時間運行，將導致兩相繞組同時燒壞。

這里需要特別指出，如果停止的電動機缺一相電源合閘時，一般只會發生嗡嗡聲而不能啟動，這是因為電動機通入對稱的三相交流電會在定子鐵心中產生圓形旋轉磁場，但當缺一相電源后，定子鐵心中產生的是單相脈動磁場，它不能使電動機產生啟動轉矩。因此，電源缺相時電動機不能啟動。但在運行中，電動機氣隙中產生的是三相諧波成分較高的橢圓形旋轉磁場，所以，正在運行中的電動機缺相后仍能運轉，只是磁場發生畸變，有害電流成分急劇增大，最終導致繞組燒壞。

篇2

中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0089-01

三相異步電動機由于其具有結構簡單、運行可靠、檢修維護方便、以及價格便宜等優點被廣泛應用到各工程領域，作為電能轉換為其它能量的主要動力載體。眾所周知，電動機處于直接啟動運行工況時，其啟動電流一般可以達到額定電流的8倍以上，有的甚至可以達到15倍，強大的啟動沖擊電機會對電機供配電網、負載機械、以及電動機自身等造成巨大沖擊破壞，不僅會影響到電機系統以及其拖動的機械設備的綜合使用壽命，同時還會造成電機供電配電網電壓發生突降，直接影響到同一配電網中其它用電設備的高效穩定運行。電動機在額定負載率附近工況范圍內運行時，其效率較高，通常在80%左右；然而，當電動機拖動負載出現下降現象時，電機系統的運行效率也會隨之發生顯著下降。在電動機拖動系統選型設計時，通常都是按照系統最大負載和最壞運行條件情況來選定電機功率。在實際運行過程中，電機系統由于負載波動等原因，通常處于輕載（空載）或不均勻時變負載運行工況，導致電機運行在低效工況區，勢必會造成大量的電能損失和浪費，因此，提高電機啟動運行工況，保障整個電機系統具有較高的運行效率就顯得很有必要[1]。

1 電動機軟啟動及節能方法簡介

傳統的串聯電阻（電抗器）、并聯自藕變壓器、以及星型一三角形（Y-）等減壓啟動方式，不僅造價較高，而且電機在啟動過程中均會經歷一個由輔助供電系統到工頻供電系統的跳躍過程，使得電機系統中的某些特征電參量發生特變，不能穩定連續平滑調節啟動運行，容易導致電機系統發生機械或電氣故障，加上電機控制系統變得越來越復雜，這類控制方式經濟性能普遍較低，因此，其逐步被軟啟動控制系統所取代。

由于供電距離、電機功率等造成電動機直接啟動方式，不能滿足電機系統配電網電壓降要求時，為了確保電機高效穩定的啟動運行，應采取相應技術手段，通過降低電機定子電壓的啟動模式，達到限制啟動電流保障電機高效可靠啟動運行目的[2]。

基于電機控制系統中電動機啟動的主要特性和節能基本理論方法的基礎上，本文將對電機節能軟啟動器的邏輯結構和運行效果進行詳細探討。

2 節能軟啟動控制器在電機控制系統中的應用

2.1 系統功能單元組成

節能軟啟動器控制系統是綜合三相異步電動機啟動和運行保護為一體的節能保護啟動控制裝置，主要包括電動機軟啟動自動控制、系統輸出輸入能量平衡、以及電機故障保護等三大功能模塊，其具體邏輯工作原理框圖如圖1所示：

從圖1可知，當三相異步電動機處于起動過程時，控制系統各功能單元就會將電機機端的電壓、電流、以及轉速等信號經相應A/D模數轉換電路，轉換成相應的數據信號后送至控制系統中，與系統原始設定值進行動態比較分析后，計算獲得對應的電參量偏差和偏差化率值，然后形成對應的控制決策，通過控制系統觸發脈沖的寬度來動態調節晶閘管的觸發角大小，完成對電機啟動的實時控制。通過控制晶閘管觸發角的大小，達到改變晶閘管輸出電壓實現電機降壓軟啟動控制目的。從電動機啟動特性來看，電機起動過程中，晶閘管的觸發角會隨電機啟動過程的進行而不斷開打，從而實現電機從零轉速開始逐步加速無級平滑啟動控制運行。當三相異步電動機出現故障時，系統就會檢測到已成的工作電壓和電流值，控制系統就會通過保護電路完成電機保護跳閘操作，防止電機故障進一步擴大給電機系統帶來更加嚴重的危害，并能通過對應的可視化顯示界面，提醒運行人員對相關異常單元進行檢查，大大提高電機控制系統的人性化服務水平[3]。

2.2 軟啟動器PID控制

由于異步電動機控制系統是一個多參量、動態時變、非線性、強耦合的多階復雜大系統，很難利用一種簡潔的控制模型進行描述表達。PID控制系統可以通過內部電路自動分析獲得對應準確的控制信號，是現代控制系統中常采用的控制方式，其典型控制原理如圖2所示[4-5]：

2.3 應用效果分析

為了分析節能軟啟動控制器在三相交流異步電動機控制系統中節能降耗作用，在結合前面的理論分析的基礎上，通過相應的功能單元組合，形成對應的軟啟動控制系統，整個系統基本參數為：三相異步電動機額定功率為22KW，額定電流為44A，額定電壓380V，采用市電直接供電方式。按照圖1所示的結構將異步電動機軟啟動控制系統進行有效連接，通過電機控制系統中有無裝該節能軟啟動控制器進行比較試驗，獲得對應的試驗數據如表1所示：

從表1可以看出，在加上節能軟啟動控制器后，電機啟動工況特性得到有效改變，不僅降低電機的啟動電流（使其比額定電壓條件下的38.5A還低，僅為34.7A），有效避免了電機啟動時強大啟動電流對電網和電機的影響，同時還提高了電機系統的功率（從0.608提高到0.852），保障電機具有較高的工作效率，達到節能降耗的目的。

3 結束語

將以晶閘管為核心的節能軟啟動控制器應用到三相異步電動機控制系統中，可以有效解決了傳統異步電動機啟動運行性能水平較低的問題，達到了降低電機啟動電流、提高運行效率的節能降耗穩定經濟啟動運行目的。

參考文獻

[1] 徐甫榮，崔立.交流異步電動機啟動及優化節能控制技術研究[J].電氣傳動自動化.2003.25（l）：1-7.

[2] 高淑萍.智能型交流異步電機軟起動器的研究[碩士學位論文][D]，西安：西安理工大學，2004.

篇3

一般性能的節能調速在過去大量的所謂不變速交流傳動中，風機、水泵等機械總容量幾乎占工業電氣傳動總容量的一半，其中不少場合并不是不需要調速，只是因為過去交流電機本身不調速，不得不依賴擋板和閥門來調節送風和供水的流量，許多電能因而白白的被浪費掉了。如果換成交流調速系統，把消耗再擋板和閥門上的能量節省下來，每臺風機、水泵平均約可節能20%，效果是很可觀的。

高性能交流調速系統許多在工藝上就需要調速的生產機械，過去多用直流傳動，鑒于交流電機比直流電機結構簡單、成本低廉、工作可靠、維護方便、轉動慣量小、效率高，如果改成交流調速，顯然能夠帶來不少的效益。但是，由于交流電機原理上的原因，其電磁轉矩難以像直流電機那樣直接通過電流實行靈活的即時控制。70年代初發明了矢量控制技術，通過坐標變換，把交流電機的定子電流分解成勵磁分量和轉矩分量，用來分別控制磁通和轉矩，就可以獲得和直流電機相媲美的高動態性能，從而使交流電機的調速技術取得了突破性的進展。

特大容量及高轉速的交流調速直流電機換向器的換向能力限制了它的容量和轉速，其極限容量與轉速的乘積約為10KW·r/min，超過這個數值時，直流電機的設計與制造就非常困難了。交流電機則不受這個限制，因此，特大容量的傳動，如厚板札機、礦井卷揚機等，和極高轉速的傳動，如高速磨頭、離心機等，都以采用交流調速為宜。

一、起重機發展趨勢

物料搬運成為人類生產活動的重要組成部分，距今已有五千多年的發展歷史。隨著生產規模的擴大，自動化程度的提高，作為物料搬運重要設備的起重機在現代化生產過程中應用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。起重機正經歷著一場巨大的變革。發展趨勢：大型化和專用化、輕型化和多樣化、自動化和智能化、成套化和系統化、新型化和實用化。

二、電動葫蘆

電動葫蘆，簡稱電葫蘆。由電動機、傳動機構和卷筒或鏈輪組成，分鋼絲繩電動葫蘆和環鏈電動葫蘆兩種。通常用自帶制動器的鼠籠型錐形轉子電動機（本次設計既是選用此種電機）（或另配電磁制動器的圓柱形轉子電動機）驅動，起重量一般為0.1～80t，起升高度為3～30m。多數電動葫蘆由人用按鈕在地面跟隨操縱，也可在司機室內操縱或采用有線（無線）遠距離控制。電動葫蘆除可單獨使用外，還可同手動、鏈動或電動小車裝配在一起，懸掛在建筑物的頂棚或起重機的梁上使用。

三、三相異步電動機及工作原理簡介

三相異步電動機由定子和轉子兩大部分組成，定子和轉子之間是空氣隙。三相異步電動機具有結構簡單、性能優良、制造成本低、維修費用省、堅固耐用等優點，在工農業生產中得到了廣泛應用。正常情況下，定子旋轉磁場的轉速n和轉子轉速n不同步，這是因為如果同步，轉子與旋轉磁場之間不再有相對運動，導體不再切割磁場，就沒有感應電動勢產生，也就沒有了轉子電流和電磁轉矩，無法維持電動機繼續運行。

三相異步電動機有一個很重要的參數：轉差率——用s表示，其定義式為在很多情況下，用s表示電動機的轉速比直接用轉速n方便得多，使很多運算大為簡化。一般異步電動機的轉差率在0.02～0.05之間。大部分廠家生產的異步電動機的銘牌上標有下列數據：1．額定功率P：電動機額定運行時軸端輸出的機械功率，單位一般為kw

2．額定電壓U：電動機額定運行時定子加的線電壓，單位為v或kv

3．額定電流I：定子加額定電壓、軸端輸出額定功率時的定子線電流，單位為A

4．額定頻率f：我國工頻為50Hz

5．額定轉速n：電動機額定運行轉子的轉速，單位為r/min

四、籠形轉子異步電動機的特點

籠形轉子異步電動機具有轉子結構堅實、效率高、價格低、控制設備簡單和維護使用方便等優點，因此在各種應用領域中使用最廣泛。但這種電機的啟動性能較差，即啟動轉矩低而啟動電流很大。因此在選擇使用時應考慮啟動問題，即：1．啟動轉矩Tk應大于負載靜轉矩Tl；2．啟動電流在供電電網上造成的瞬間電壓降不能超過容許值；3．在啟動過程中電動機的能量損失要小。

本次設計用電機為錐形轉子三相異步電動機。常用的電動葫蘆用錐形轉子制動三相異步電動機型號有：YEZS、YREZ、YBFZ和YBEZX等幾種。該類型電機的主要特點是利用其錐形轉子的特殊結構在通電時產生磁拉力，打開制動機構，使電機正常運轉。

該類電動機的定額是斷續周期工作制S，負載持續率不低于25%，每小時等效起動次數不低于120次。電源頻率為50Hz，同步轉速為1500r/min。4.5KW及以下的額定轉速為1380r/min。7.5KW以上的額定轉速為1400r/min。允許最大轉速為3750r/min。新晨：

【參考文獻】

篇4

中圖分類號：TM341 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2015）09-0273-02

引言

在工業、建筑以及公用設施領域中電動機是重要的原動力設備，也是電能消耗的最大用戶，和節電潛力的最大用戶。2012年我國各類電動機總裝機容量約為5億千瓦，其中異步電動機的裝機容量占全國電動機裝機容量的90%，約占全國用電量的60%，占工業用量的75%，系統用電效率比國外先進水平低5%-15%，相當于每年浪費電能約1500億千瓦時。

目前工業領域中采用的高壓中、大功率異步電動機普遍存在效率偏低、功率因數差等浪費電能現象。而高效永磁同步電動機能否達到高效節能目標，現場應用前景如何，已經引起國內各大企業關注。2013年工業和信息化部印發（2013年工業節能與綠色發展專項行動實施方案）提出，選擇電機在能效提升和綠色發展方面要取得突破。本文將通過在張家口發電廠首次應用和現場試驗進行分析。為企業應用永磁同步電動機提供參考。

一、高壓永磁同步電動機概述

1.高壓永磁同步電動機的發展歷程

電機屬于電磁裝置，其工作原理是通過磁場實現電能與機械能間的不斷轉換。在電機的工作過程中，氣息磁場是必不可少的。獲得磁場的方法有兩種，其中一種是通過電流得到。該種電機叫做電勵磁電機，這種電機需要具備專門用來產生電流磁場的繞組，同時，為了保證電流的正常流動還需要為電機提供不間斷的能量供應。另一種方法是通過永磁體來獲得磁場，這可以大大簡化電機的結構，同時，因為永磁體一旦磁化（充磁）之后就永久具有磁性，不再需要外界供給能量，這也大大的減少了能量的損耗。

高壓永磁同步電動機就是通過永磁體獲得磁場的電動機，永磁體材料的發展促進了此種電動機的發展。稀土鈷和釹鐵硼永磁分別在20世紀60年代和80年代出現，這兩種永磁材料的出現極大的促進的電動機的發展，因為這兩種材料具有特別適用于電機裝置的特性，包括高剩磁密度、高矯頑力、線性退磁曲線以及高磁能積。

我國專家學者自主開發的高效高壓永磁同步電動機，采用實心轉子磁極鐵芯和啟動籠復合結構，消弱了齒諧波，減少了轉子表面損耗，提高了電機效率。同時，非均勻氣隙和優化通風散熱，有效的控制了電機溫升。該種電機同異步電機相比各項指標顯著提供，額定負載效率大于96%，功率因數大于0.98，綜合節電率在8%-15%。

2.高壓永磁同步電動機的優點

2.1高效率

使用永磁材料產生磁場，代替了原有的電流裝置，一定程度上減少了定子電流及其電阻損耗。此外，當電機正常工作時，工作效率因為沒有了轉子的電阻損耗和磁滯損耗而得到提高。當電機額定工作時，電機的效率在96%以上，低負載工作時，該電機仍然具有相對較高的工作效率，寬幅的高效運行區為負載在不同負荷段運行提供了良好的節電效果。

2.2高功率因數

該種新型永磁電機的轉子使用的是永磁材料，不需要感應電流來產生磁場，定子繞組具有阻性負載的特點，這使得該種電機的功率因數在1附近。此外，當電機在20%～120%額定負載范圍工作時，電機的功率因數和工作效率都會處于一種相對較高的水平。具體說來，當電機負載較小，即輕載工作時，該種新型電機可以大大的節約能量消耗，而當電機在額定負載工作時，其功率因數是大于0.98的。

2.3啟動轉矩大

該種永磁電機的轉子采用的是一種實心的永磁材料，這使得該種電機的啟動轉矩明顯增大，達到了3.5～4.3范圍內，而相同功率的一般電機的啟動轉矩僅為1.8～2.2倍。

2.4體積小，重量輕

和相同功率的一般電機相比，該種電機的體積約是一般電機的60%，體積明顯減少，重量約是一般電機的83%，減輕了約16%。

2.5永磁電動機還具有如下特征：

2.5.1運行時間明顯增加；

2.5.2工作過程中的維護費用降低；

2.5.3磁場強度很穩定，不會出現顯而易見的退磁現象；

2.5.4電機振動小；

綜上所述，新型的永磁電動機較異步電動機相比具有容量大、功率因數高、工作效率高等特點。

二、高壓永磁同步電動機的應用分析

1.應用原理

高效高壓永磁同步電動機啟動時依靠定子旋轉磁場與籠型轉子相互作用產生的異步轉矩實現啟動；運行時由轉子內嵌的永磁體提供磁場結合定子旋轉來維持電動機同步運行。

大唐國際張家口發電廠共有8臺30萬千瓦機組，裝機容量240萬千瓦，電廠自用電量占發電量的5%左右，其中電動機是電廠用電的主要設備。通過首次使用山西北方機械制造有限責任公司生產的高效永磁同步電動機，有必要對其經濟性、可靠性進行驗證。

該公司生產的高效永磁同步電動機，通過了理論分析、實驗室試驗和國家權威機構檢測。但該產品在生產現場應用中缺乏大量的實踐數據支持，針對發電企業沒有進行試驗應用案列，對現場系統、設備沒有建立直觀理論和實際體系，無法通過試驗和監測手段對高效永磁同步電動機進行經濟效益分析。

本次現場試驗，是TYC4002-6型高效永磁同步電動機首次在生產現場進行運行經濟性、安全性、可靠性試驗，并和原異步電動機進行比較鑒定。

2.試驗方案研究與分析

通過設備篩選和系統可靠性分析，決定在排漿泵的驅動電機進行試用，并成立課題小組進行跟蹤、試驗、分析，以驗證其節電、環保性能指標，為節能技術改造奠定基礎。原排漿泵驅動電機為JS148-6三相異步電動機，更換電機為山西北方機械制造有限責任公司生產的TYC4003-6（6kV315kW）高效高壓永磁同步電動機。

2.1電機試驗方案確定

電機安裝地點確定后，我們對現場系統和設備進行規劃和調整：

2.1.1確認了用緩沖水箱容積變化來計量系統出力的精確測試方案；

2.1.2將原排漿泵出口阻力不匹配的并列管道進行改進，對排槳泵葉輪、軸封、調整門進行檢查更換，對電機地基進行檢查，對電測儀表（電壓、電流、功率因數、總功率、有功功率、無功功率、有功用電量、無功用電量）進行檢驗；

2.1.3對S148-6三相異步電動機和TYC4003-6高效永磁同步電動機的技術指標、參數、特性做分析對比；對排漿泵系統、電測系統、軸封水系統、補水系統、水箱結構、監測表計等進行分析評價。

2.2設備主要技術參數

二單元3組一級排槳泵驅動原電機是蘭州電機廠生產的JS148-6三相異步電動機額定，代替的高效永磁同步電動機是采用TYC4003-6，在不改變工況和電機控制系統的情況下，進行試驗（試用），其電機的主要參數對比如下：

2.3參數收集及試驗系統：

試驗中電機電壓、電流、有功功率、功率因數、有功用電量、無功用電量的數據，均取自配電控制柜電測儀表記錄的實際數值。流量是通過標尺測量緩沖水箱水位的變化。

3.應用情況

3.1 TYC4003-6高效高壓永磁同步電動機與JS148-6三相異步電動機試驗比較發現，在輸出有功功率滿足現場使用條件下，電機輸入功率得到減低，功率因數得到了大幅度的提高達到0.997，永磁同步電動機電流降低了13.65%，無功功率降低了82.89%，節電效果明顯。

3.2在同等工況下，高壓永磁同步電動機帶動的排漿泵比三相異步電動機帶動的排漿泵出力明顯上升，流量多出18%，即多做功。

3.3電機通過氣隙、風道和軸流風扇的優化設計，提高了通風散熱效果，有效降低了電機溫升。

3.4采用實心磁極和啟動籠的復合轉子結構，提高了電動機的啟動性能。同時因轉子表面損耗和雜散損耗的減少，提高了電動機效率。

3.5由于大量無功損耗的降低，使得系統電壓穩定，電壓質量提高，能夠降低變壓器的負載率，提高供電系統的經濟運行水平，為企業產生間接的經濟效益。同時，電機轉速升高，對泵或風機的效率產生影響，因出力增加通過對系統調整節電效果顯著。

3.6永磁電機繞組溫度低比異步電機偏低10多度，前、后軸承溫度正常。

3.7永磁電機運行振動小、噪音低，運行平穩。

四、永磁同步電動機應用的方向和前景

將永磁同步電動機在大范圍內替換現有的異步電動機還是有諸多困難：

1.永磁同步電動機是一種技術節能新產品，而現有的工藝系統已經很成熟；

2.該新型電動機的價格遠高于異步電動機的價格，用戶需要投入大量的資金，而獲得收益的時間則較長；

3.怎樣處理更換下的異步電動機也是一個有待于解決的問題。但是，根據永磁同步電動機的實際運行和對運行數據的計算結果來看，新型的永磁電動機可以減少能量損耗，同時還可以提高功率因數，進而減少無功功率，尤其在降低無功損耗的領域有著廣泛的應用前景，可以大大減少企業的運營成本，減低供電系統的安全隱患。永磁同步電動機在電力行業目前已經應用在磨煤機、氧化風機上，結合該電機的特點，認為在負荷調整范圍較大的磨煤機和送風機上應用效果會更理想。

五、結束語

與傳統的異步電動機相比，高壓大功率永磁同步電動機減少了能量損耗，節電效果良好。高壓永磁電動機的廣泛應用將會使其在電機行業占據重要重要位置，因此，研究高壓永磁電動機是很有必要也是非常重要的。高效高壓永磁同步電動機創新性強，產品節能效果顯著，符合國家節能減排政策，能有效提降低設備能耗，提高企業經濟效益，具有推廣和應用價值。

參考文獻

[1]黃明星.新型永磁電機的設計、分析與應用研究[D].博士學位論文：浙江大學，2008.

篇5

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0127-02

所謂變頻就是利用電力電子器件（如功率晶體管GTR、絕緣柵雙極型晶體管IGBT）將50 Hz的市電變換為用戶所要求的交流電或其他電源。它分為直接變頻（又稱交-交變頻）和間接變頻（又稱交-直-交變頻），后者又分為諧振變頻和方波變頻。方波變頻又分為等幅等寬和SPWM變頻。常用的方法有正弦波（調制波）與三角波（載波）比較的SPWM法、磁場跟蹤式SPWM法和等面積SPWM法等[3]。

本設計所設計的題目屬于間接變頻調速技術。它主要包括整流部分、逆變部分、控制部分及保護部分等。逆變環節為三相SPWM逆變方式。

1 系統簡介

1.1 交流異步電動機

三相異步電動機主要由定子和轉子兩大部分構成，定子是靜止不動的部分，轉子是旋轉部分，在定子與轉子之間有一定的氣隙，以保證轉子的自由轉動。異步電動機結構如圖1所示。

1.2 SPWM技術

SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）技術，即在PWM的基礎之上，改變調制脈沖的方式。脈沖寬度和時間占空比按正弦規率變化，這樣輸出波形經過適當的濾波就可以做到輸出正弦波。

產生SPWM信號的方法是用一組等腰三角波（稱為載波）與一個正弦波（稱為調制波）進行比較，如圖2所示，兩波形的交點作為逆變開關管的開通與關斷時刻。當調制波的幅值大于載波的幅值時，開關器件導通，當調制波的幅值小于載波的幅值時，開關器件關斷。

2 系統的硬件實現

基于FPGA的交流異步電動機的變頻調速系統，以FPGA為核心控制芯片，利用SA4828芯片產生SPWM波，再通過驅動電路驅動逆變開關。再加上電路，保護電路等，構成整個完整系統。

本設計為交流異步電動機的變頻調速，主要涉及主電路和控制電路兩大部分（如圖3）。

系統各組成部分簡介。

供電電源：電源部分因變頻器輸出功率的大小不同而異，小功率的多用單相220 V，中大功率的采用三相380 V電源。

整流電路：整流部分將交流電變為脈動的直流電，必須加以濾波。此處采用三相不可控整流，用不可控的二極管組成三相橋式整流電路。它可以使電網的功率因數接近1。

濾波電路：此處采用電壓型變頻器，所以采用電容濾波，中間的電容除了起濾波作用外，還在整流電路與逆變電路間起到去耦作用，消除干擾。

逆變電路：逆變部分將直流電逆變成我們需要的交流電。在設計中采用三相橋式逆變，開關器件選用全控型開關管IGBT。

以上四個部分組成主電路，其余部分為控制電路。

電流電壓檢測：一般在中間直流端采集信號，作為過壓，欠壓，過流保護信號。

控制電路：采用FPGA和SPWM波生成芯片SA4828，FPGA芯片選ALTER公司Cyclone Ⅱ系列芯片。控制電路的主要功能是接受各種設定信息和指令，根據這些指令和設定信息形成驅動逆變器工作的信號。這些信號經過光電隔離后去驅動開關管的關斷。從而得到與信號電路對稱的SPWM波。

此處選用電動機原始參數如下：

額定功率PN：7.5 kW；

額定電壓UN：380 V；

額定電流IN：15.6 A；

效率：86%；

功率因數：0.85；

過載系數：=2.2；

極對數：p=2。

3 系統軟件實現的實驗結果

電壓頻率曲線可以分為兩段，在額定電壓一下，電壓頻率成正比。當電壓上升到額定頻率后，不在上升。

對于恒負載時，由前面章節分析可知，電動機的轉速會與其電源頻率成正比。轉速與頻率的關系曲線如圖4所示。

4 結論

本文采用FPGA控制三相PWM波專用芯片SA4828。具有電源頻率可調，刪除窄脈沖，響應速度快，可現場編程等特點。最終驗證了系統的可行性和有效性。系統中還有過流保護和過壓保護等。還可以通過FPGA監視系統的其他故障，SA4828芯片還提供在緊急情況下急停的功能。在這種內部控制保護與電路保護相結合的方式，保證了電機的安全運行。

但系統也存在許多不足之處，如控制方案的實現不夠精確，FPGA芯片選擇上不夠經濟，檢測保護電路不夠完善，這些問題有待進一步研究解決。

參考文獻

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[4]梁昊.最新變頻器標準實施和設計[M].北京：電力出版社，2005（8）：125-136.

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在市場經濟條件下，高等院校要積極主動地適應社會發展的需要。對于地方性高校工科專業來說，就是要積極主動地服務地方經濟建設，科研與生產和教學相結合，為地方培養應用開發型人才。長期以來，我們不斷探索，并付諸具體實踐，提高了人才培養質量，增強了人才的市場競爭能力。本文以電氣技術、自動化專業的科研與教學為例，介紹一些具體做法。

一、以研產學結合為基礎，不斷深化教學內容改革

（一）科學研究聯系生產實際，并以此拓展、加深教學內容

在本地，異步電動機用電量占電力負荷的60%以上，為了緩解用電矛盾，電動機的節能，就具有至關重要的作用。在講授《電機與拖動基礎》（以下簡稱《電拖》）課程“異步電動機的效率與損耗”時，還結合本地生產中電機節能方面存在的問題，從“減少有功損耗”與“減少無功”兩方面詳細論述了實現節能的方法，大大深化和豐富了教材內容。有些學生還開發性地應用到其它感性負載（如硅整流設備）中，取得了較好的節電效果。

在本地農村，由于村落分散，輸電線路長，加之農忙與農閑用電負荷變化很大，且農閑輕負荷時間長等原因，使得農電變壓器的損耗大。在講授《電拖》課程“變壓器的工作特性”時，還深入講述變壓器節電運行的多項措施，并介紹了實際應用中的具體做法，被學生創造性地運用在各自的家鄉，收到了好的節電效果，得到了供電部門的表揚。

本地屬于農業大省農業大市，農用電動機較多，而配變容量較小、供電線路長且阻抗大，因此農用電動機起動時可不考慮對高壓系統的影響，加之農用電動機容量較小，起動次數少，因而對電網與電機壽命的影響都小。在講授《電拖》課程“三相異步電動機的起動”時，還結合本地農用電動機的具體情況，對教材中允許直接起動電動機的容量公式進行了修正，擴大了允許直接起動的農用電動機容量，減少了擴大容量的電動機所用的降壓起動設備，節省了開支。

在講授《電路分析》課程“高頻交流電”時，補充講解了高頻設備的電磁輻射及其防護措施，以滿足本地在通訊、廣播電視及醫療等方面工作人員的需要。在講授《供電技術》課程“供電系統的保護”時，補充講述了電力系統諧波的產生、危害與抑制方法，更好地滿足電力工作人員的需要。在講授《電拖》課程“單相異步電動機”電容時，還對單相電動機運行電容的正確選取提出了具體的計算公式與確定方法；在講授“儀用互感器”時，還對互感器的接線方式及使用注意事項作了深入分析，以滿足本地農村鄉鎮企業與城市工礦企業電氣人員的需要。

（二）科學研究面向生產需要，并以此調整、補充教學內容

在我市有線電廠、無線電一廠等多家單位，由于生產需要，工程技術人員不僅要掌握普通可控硅方面的知識，還要掌握雙向可控硅與可關斷可控硅知識。根據這一實際，我們把《變流技術》教材中在本地應用很少的“斬波器”省略（學生自學），而補充講解雙向可控硅與可關斷可控硅知識，并結合教師的實踐經驗，具體介紹了普通型、雙向型、可關斷三種類型可控硅的電極確定、觸發性能檢測、電路設計要點及使用注意事項，受到了學生與廠方的好評。

我們還把《電拖》教材中分析電拖系統過渡過程情況的繁瑣推導省略掉，而采用電路過渡過程的“三要素”法求取電拖系統的過渡過程，快速、簡捷明了、實用；把電機“轉子串頻敏變阻器起動”中的頻敏變阻器的結構讓同學們自學，而補充講解頻敏變阻器選用與調整的實用知識。

在講授《電拖》課程“三相異步電動機的起動”時，還把在電源容量較小時工廠起動電動機的特殊方法介紹給同學們。因為電源容量較小，電機難以采用降壓起動，更不能采用直接起動，而工廠采用小電機拖動大電機的起動方法，有效地解決了這一難題，同學們增長了實踐知識。在講授“直流電機的換向”、“電機負載率的測定”與“變壓器參數的測定”時，把工廠維護直流電動機換向的方法與電機負載率和變壓器線圈匝數的簡單適用的測定方法介紹給學生。

在講授《變流技術》課程“可控硅的保護”時，還把工廠實用的選擇快速熔斷器的具體方法和使用快速熔斷器應注意的事項介紹給學生。

二、以研產學結合為契機，不斷增強培養人才的適應性

（一）把課堂教學中的相關內容轉入工廠講授

本地許多工廠中生產用的電機等電氣設備，因接地保護工作做得不周，常出現停機、損壞設備，有時甚至造成人身傷亡。根據這一實際，在講授《電工學》課程“接地與接零保護”時，由于教材只簡單介紹其基本原理，我們把學生帶到工廠，對照實際設備全面講述了接地裝置的安全、安裝與檢修要求以及接地電阻的測量方法，師生還檢查、修理了現場的一些接地保護裝置。

電氣專業的學生畢業后一走上工作崗位大都要與工廠使用得最多的電機打交道，許多已畢業的學生參加工作后還登門求教電機檢修方面的知識。根據這一普遍要求，在講授《電拖》課程“電機的結構”、“電機繞組的排列與絕緣”等內容時，把學生帶到電機制造廠和使用電機較多的工廠，利用工廠的工具儀表，與技術人員、工人師傅一起，現場對學生進行教學，學生邊學邊用，學用結合，當場就能掌握一些電機檢修方面的方法與知識。

在指導學生電工實習、帶學生下廠對一般電氣設備與線路進行實際操作的同時，還著重對本地應用較多且前景廣闊的PLC控制系統進行學習。對于生產現場造成對PLC的干擾這一重要問題，同工廠技術人員、學生一起進行了研討與實驗，提出了一些行之有效的抗干擾措施，使學生學到了實用的知識，如從抗電源干擾、抗線間干擾、抗負載干擾、抗環境干擾四個方面采取有效手段。

（二）把生產實際中的有關問題引入課堂教學

本地一工廠的吊車在輕載運行時制動失效，我們對此進行了原因分析，提出了改進措施，收到了好的效果。在講授“異步電動機的制動”時，結合這一實例給同學們深入挖掘了制動失效的多種原因,同學們不僅從理論上弄清了這一問題，而且還提出了另外一些實用的改進措施。

在講授 “電動機的繼電保護”時，把當時本地工廠損壞一臺200KW大電機與多臺小電機的事故介紹給同學們，分析事故原因在于造成電動機的缺相運行與集電環、軸承過熱，電機的勵磁保護與絕緣保護失效，師生還共同討論了應該采取的繼電保護措施。

國家技術人員聯合研制的起重機控制設備20多年來廣泛應用在全國的大中型吊車上，但由于控制線路設計中考慮不完善，對操作人員有技術上的特殊要求，人性化不夠、勞動強度大，因而在廠里和碼頭上經常需要修理，于是我們進行了故障診斷和集體研究，發現它有幾個值得改進的地方。在講授《工廠電氣控制設備》時，在課堂上進行仔細介紹，并提出一些在生產實際中可能遇到的類似問題，讓學生去討論，甚至讓個別學生作為畢業設計課題，學生興趣很濃，勁頭很足,收效很大。

三、形成研產學良性互動，實現多贏互促局面

（一）在課堂教學中引入科研

在講授《電拖》課程“繞線轉子異步電動機的起動與調速”時，把當時為市電機廠進行的一項科研工作“異步電動機轉子串電阻電感起動與調速”的情況進行了詳細介紹，使同學們開闊了思路，增加了學習與研究的興趣。在講授“三相異步電動機的工作特性”時，還把教師自己研究的利用銘牌數據計算工作特性的方法告訴同學們，使學生認識到：不用儀表試驗測取，只需較簡單的計算就可求得工作特性，方便實用。

在《變流技術》課程中講述雙向可控硅的結構、工作原理及應用情況時，把老師和幾位同學為廠礦機關大樓的路燈及室外路燈研制的“路燈節電控制器”、“簡易調光電路”和農村養殖業用的“溫控器”、“土壤測濕儀”介紹給同學們，使同學們認識到：用雙向可控硅構成的控制器更加工作可靠、線路簡單、使用方便，增強了同學們的創新開發意識。

在講授《供電技術》課程“電力網絡的基本接線方式”時，把教師研究的“變壓器切換過程中不間斷供電”的接線方法介紹給同學們，使學生認識到：選用恰當組別標號的變壓器，先與要被切換下來的變壓器并聯供電，再切除原變壓器，就能做到不間斷供電，克服以往變壓器切換時需停電的弊端，從而開發了學生的思維。

（二）在科研工作中啟發教學

在為市開關廠進行“異步電動機的電容補償與阻容起動裝置”及“電動機的自起動裝置”兩項科研工作中，把開辟的異步電動機起動的一種新方法與自起動電路補充到《電拖》教材“三相異步電動機的起動”內容中，對學生進行啟發教學,所介紹的自起動電路，具有逆向思維的觀點，電路簡單、功能齊全、可靠實用，使學生開闊了思路。在研究“三相變壓器的聯接組別標號”與“變壓器的并聯運行”時，把探索出的組別標號變化規律與并聯運行的新規律引入教材“三相變壓器”內容中，并啟發他們如何把這些規律應用到實際工作中去。

由國家勞動部資助，常德市新藝勞保用品總廠承擔的科研項目“機床用超聲波安全生產保護裝置”，由楊斌文教授主要負責研制。他把其中應用的負反饋信號放大電路引入《電工學》教材“晶體三極管的放大電路”中，啟發學生如何把多種反饋電路選擇性地應用到實際放大器中。還把和同學們為工廠、實驗室設計制作的“變壓器過熱報警器”與“失電報警器”所用振蕩電路引入《電工學》“晶體管振蕩電路”中；把為工礦企業研究的“無功補償后的增容問題”引入《供電技術》課程“工廠供電系統經濟運行管理”教學中，啟發學生靈活運用所學知識。

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許多用電設備均是根據電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的"無功"并不是"無用"的電功率，只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能

1.影響功率因數的主要因素

1.1電感性設備和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

大量的電感性設備，如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。根據前段時間數據統計分析，我礦所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60%～70%；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。電力變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因此，為了改善電力系統和礦山的功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。

1.2供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大影響

當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，根據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

1.3電網頻率的波動也會對異步電動機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

1.4無功補償原理

當電網電壓的波形為正弦波，且電壓與電流同相位時，電阻性電氣設備如白熾燈、電熱器等從電網上獲得的功率P等于電壓U和電流I的乘積，即：P=U×I。

電感性電氣設備如電動機和變壓器等由于在運行時需要建立磁場，此時所消耗的能量不能轉化為有功功率，故被稱為無功功率Q。此時電流滯后電壓一個角度f。在選擇變配電設備時所根據的是視在功率S，即有功功率和無功功率的幾何和：

2.采用適當措施，設法提高系統自然功率因數

提高自然功率因數是不需要任何補償設備投資，僅采取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率，這是一種最經濟的提高功率因數的方法。下面將對提高自然功率因數的措施做一些簡要的介紹。

2.1合理選用電動機

合理選擇電動機，使其盡可能在高負荷率狀態下運行。在選擇電動機時，既要注意它們的機械特性，又要考慮它們的電氣指標。舉例說，三相異步電動機（100KW）在空載時功率因數僅為0.11，1/2負載時約為0.72，而滿負載時可達0.86。所以核算負荷小于40%的感應電動機，應換以較小容量的電動機，并合理安排和調整工藝流程，改善運行方式，限制空載運轉。故從節約電能和提高功率因數的觀點出發，必須正確合理的選擇電動機的；

2.2提高異步電動機的檢修質量

實驗表明，異步電動機定子繞組匝數變動和電動機定、轉子間的氣隙變動是對異步電動機無功功率的大小有很大影響。因此檢修時要特別注意不使電動機的氣隙增大，以免使功率因數降低。

2.3采用同步電動機或異步電動機同步運行補償

由電機原理可知，同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功取決于轉子中的勵磁電流大小，在欠激狀態時，定子繞組向電網“吸取”無功，在過激狀態時，定子繞組向電網“送出”無功。因此，只要調節電機的勵磁電流，使其處于過激狀態，就可以使同步電機向電網“送出”無功功率，減少電網輸送給我礦的無功功率，從而提高了我礦的功率因數。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行狀態，這就是“異步電動機同步化”。因而只要調節電機的直流勵磁電流，使其呈過激狀態，即可以向電網輸出無功，從而達到提高低壓網功率因數的目的。

2.4正確選擇變壓器容量提高運行效益

對于負載率比較低的變壓器，一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負載率提高到最佳值，從而改善本企業電網的自然功率因數。如：對平均負荷小于30%的變壓器宜從電網上斷開，通過聯絡線提高負荷率。

通過以上一些提高加權平均功率因數和自然功率因數的敘述，或許我們已經對“功率因數”這個簡單的電力術語有了更深的了解和認識。知道了功率因數的提高對電力企業的深遠影響，下面我們將簡單介紹對用電設備進行人工補償的方式和對補償容量的確定方法。

3.設計總結

以上是我淺談功率因數對我礦供電A電網的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和企業效益，介紹了影響功率因數的主要因素以及提高功率因數的一般方法，還闡述了如何確定無功功率的補償容量及無功功率的三種人工補償的具體方式，集中探討了無功補償技術對我礦的高、低壓配電網的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和企業效益，介紹了影響功率因數的主要因素和提高功率因數的方法，確保補償技術經濟、合理、安全可靠，達到節約電能的目的，為保證降低電網中的無功功率，提高功率因數，保證有功功率的充分利用，提高系統的供電效率和電壓質量，減少線路損耗，降低配電線路的成本，節約電能，通常在高、低壓供配電系統中裝設電容器無功補償裝置。

4.設計心得體會

通過這次畢業設計論文讓我重新對影響大紅山供電的因數有了全新的認識，這也是我第一次獨立從找資料到寫論文，經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。通過這次設計培養了我獨立工作與學習合理安排相互調節的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的工作生活有巨大而重要的影響。

參考文獻：

[1]主編：孟祥忠.《現代供電技術》.清華大學出版社，2006年第一版，1-303頁。

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抽油機節能技術在油田推廣應用。一是在管理方面，推廣應用抽油機井系統優化軟件與單井自動化監控系統，從源頭把關，保證系統效率。二是在硬件方面，主要包括抽油機、電動機、控制柜節能技術應用；應用節能電機，如：高滑差電機、永磁交流電機、多繞組電機、雙轉子電機等節能技術；空抽控制柜、變頻控制器和無功補償箱等控制裝置。三是從全年費用“盤子”中，分離出專項費用，實現“專款專用”。選擇遵守以下基本原則：

優先原則：根據區塊實際特點，在保證油井最佳產能的前提下，優化參數設計、精確調整運行參數。

適用原則：通過現場適應性、實用性試驗，優選匹配最佳、節能效果最好的節能產品推廣應用，避免盲目引進。

主次原則：以節能電機為主，以節能控制箱為輔的原則，同時兼顧舊機型抽油機和普通舊電機的節能技術改造，充分合理發揮節能設備優勢，從而達到在較少資金取得較好的節能效果。

規模原則：節能拖動裝置在一定范圍內可降低電功消耗。

2.論證節能技術與試用驗證

2.1節能技術論證

一般用節能抽油機、控制箱等節能設備較多。篩選永磁電機、空抽控制器、低壓無功計量補償裝置等節能設備，并分段實施。

交流永磁電機 采用稀土永久磁鐵代替勵磁繞組激磁，沒有轉差損耗，定子電流減小，功率因數高，電機在負載變化和電網電壓波動時，不存在速度波動，沒有機械傳動過程損耗。

直流無刷永磁電動機 是一種典型的機電一體化結構。電動機定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。轉子上粘有已充磁的永磁體，為檢測轉子極性，在電動機內裝有位置傳感器（霍爾元件）。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產生連續轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整轉速；提供保護和顯示等。

空抽控制器 是美國漢諾威專利技術，通過高分辨率傳感器檢測抽油機電機動力線電流、電壓及相位角，計算出電機運轉實時有功功率、無功功率，并根據抽油機上行、下行電流變化與抽油機加載、卸載過程的關系準確描述出抽油機加載及卸載過程的電流運行軌跡及加、卸載過程的時間變化，將采集到的數據存儲在主控制器的存儲區中，并對預置在芯片里的具有廣域代表性的數學模型進行個性化修正，找出真實反映每臺抽油機實際運行情況的電流、功率及負荷的變化規律，達到對抽油機智能化、科學化管理。通過科學控制間機抽井的啟、停狀態，防止油井空抽，達到節省能耗、降低磨損的目的。

抽油機變頻控制器 是一種輸出頻率可調的電力拖動設備，從電機轉速公式：N=60f/p×（1-S）得出，電機轉速與頻率成正比，電機在保持磁通量不變，在電壓與頻率之比為恒定值狀態，功率與電壓成正比，功率與頻率也成正比，下調頻率能降低電機輸出功率，達到節能的目的。

雙轉子柔性電動機 由兩臺同軸不同功率的異步電動機組成，互為主輔電機，不同負荷下分別對應著主電機、輔電機、主輔電機同時運行三種狀態。自動控制裝置可根據抽油機負載情況，控制運行狀態的轉換，使其運行在最佳狀態。

抽油機機井整體工藝參數優化 在保證產液量的情況下，抽油機井整體工藝參數優化技術采用損失功率最低或機械采油成本最低為原則的設計方法，合理優化抽油機井桿柱、管柱、泵型、電機、調整沖程、沖次等抽汲參數，使抽汲系統達到最優，能對對檢泵作業井的參數設計和新投產井機、桿、泵選擇及能耗進行預測和分析。

2.2試用驗證

2006年開始，組織各采油廠對永磁交流電機、摩擦換向式抽油機、智能變速多功率超高轉差電機、直流無刷永磁電機、空抽控制器等技術產品，選擇不同的油田、油井進行試裝；并對節電情況進行節能測試，作如下對比。

節能率測試結果對比

③.截止2009年底，在油田隨檢泵作業應用抽油機整體工藝參數優化技術600多口井次，實施優化后，泵徑增大130口井，泵徑減小52口井，沖次降低250多口井，沖次增大10口井，調大沖程16口井，應用小功率永磁電機178口井。

④.雙轉子柔性電動機：2007年現場試驗4口井，平均有功功率降低0.91kW，無功功率降低13.7kVar，運行電流降低20.54A，平均單井日節電38.84kwh，節電率達20%。

⑤.加裝抽油機空抽控制器、變頻器；摩擦換向式抽油機等技術改造后，節能效果也比較明顯效。

4.認識、體會與努力方向

機械采油是一個系統工程，應將采油工藝、油藏條件、地面設備、地面條件等有機結合起來，結合抽油機、油井效用年限，綜合考慮，才能取得最佳的經濟效益。

節能抽油機電機或節能控制裝置是可以降低電能消耗，降耗低碳是進一步提高抽油井效率的主要手段之一，但要增加技術與管理環節，系統可靠性要降低，維護管理成本會相應地增加，只有加大應用規模，取得規模效應，才能實現好的經濟和社會效益。

節能型抽油機是發展方向，能與油井負荷相匹配，并有完善的保護功能；有數據采集和存儲功能；聯網和通信功能以及遙控遙測功能；并能適應油田的野外環境要求，操作簡單，智能化程度高。

自動化控制是攻關方向。應用微型計算處理機和自動適應電子控制器進行控制、監測，具有抽油（液）效率高、節電、功能多、安全可靠、自動化程度高、經濟性好、適應性強等特點、功能。

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【摘　要】主要介紹了異步電機的節能技術，對離心連接方式、變頻調速起動方式、降壓起動方式、固態起動器起動方式進行了深入的研究。對異步電動機的損耗進行了分析，并對節能控制抗干擾的技術進行了初步的描述。

關鍵詞 異步電動機；節能；抗干擾；變頻調速；變頻節能；損耗

0　前言

作為一種重要的動力設備，異步電動機的用電量是非常大的。這些異步電動機一般都是按照設計的負載進行選擇的，但在實際使用中，大都經常處在輕載，甚至在空載下運行。電動機的負載率低，效率不高，電能的浪費現象十分嚴重。因此在目前我國工業生產不斷發展，能源日趨緊張，環保要求日趨高漲的情況下，提高電機運行效率可以極大緩解能源緊張狀況，提高國民經濟效益，具有十分重要的現實意義。

1　異步電動機節能控制的基本方法

異步電動機運行時，一般有三種方式可以達到節能的目的：一是變頻節能；二是降低定子電壓節能；三是優化電動機本體設計節能。本論文將重點研究電機智能軟啟動節能控制方式。

異步電機是以反電勢來平衡外電壓的，反電勢隨著轉子轉速的增加而逐漸增大，電動機在起動之初反電勢為零，所以起動時沖擊電流很大，約為額定電流的5~7倍。對于功率較大的異步電機起動時電流會達到幾千安培，會對電網造成很大的沖擊，使電源電壓下降，影響同一電網上的其它設備的起動和正常工作。基于以上的原因，電動機一般不允許直接起動，必須對其起停加以控制。

可以實現異步電機軟起動的方式主要有：離心連接方式、變頻調速起動方式、降壓起動方式。

1.1　離心連接方式

包括液力耦合器，電磁轉差離合器等多種形式。其基本原理是在電機和負載之間加入中間級以起到緩沖作用，離心連接可用于調速，但調速范圍不大，精度低。這種起動方式可以防止起動時對負載設備的沖擊，但不能防止起動過程中沖擊電流對電網的影響。

1.2　變頻調速起動方式

變頻調速系統除進行電機調速外，還可以實現平滑起動。在電機起動加速時，逆變器輸出頻率做線性增長，隨頻率增大電壓隨之增高，可使電機起動時的電流限制在1.5IN左右。對于有調速要求的電力拖動系統，宜采用變頻器調速方式。但這種電機控制器的電路復雜，成本較高，當不需要精確調速時，不適合應用這種起動方式。

1.3　降壓起動方式

包括常規的降壓起動和固態軟起動器起動兩種方法。常規的降壓起動方式主要有：定子電路中串入起動電抗、星—三角形起動、自耦變壓器降壓起動等。這類起動控制可以達到減小起動時的機械及電器沖擊的基本要求，但它們僅僅是名義上的軟起動控制器，因為它們將起動階段分為兩個或多個步驟，起動電流由一級向相鄰一級跳變時會產生跳躍沖擊，且這類控制器均以接觸器為主要部件，雖然經過不斷的設計改進，但還是存在不可消除的缺點，如體積大、機械磨損、觸頭燒熔、工作噪聲、工作時的射頻干擾和機械震動，為此，起動設備需要經常維修，實踐表明，這類起動器的性能比電機本身還要差。

另外一種降壓起動方式是用固態起動器起動。固態起動器是一種新型的無觸點起動器，通過半導體元件來控制。在三相電路的每一相有兩個晶閘管反并聯連接，控制輸出的觸發脈沖即可調整晶閘管的輸出電壓。

2　異步電動機的損耗分析

2.1　恒定損耗

恒定損耗是指異步電動機運行時固有損耗，它與電動機材料、制造工藝、結構設計、轉速等參數有關，而與負載大小無關。恒定損耗包括鐵心損耗（含空載雜散損耗）及機械損耗。

2.1.1　鐵心損耗

鐵心損耗pFe（含空載雜散損耗）亦稱鐵耗，指主磁場在電動機鐵心中交變所引起的渦流損耗和磁滯損耗。異步電動機在正常運行時，轉差率很小，轉子鐵心中磁通變化的頻率很小，一般僅為每秒1~3周，故異步電動機鐵耗主要為定子鐵心損耗。

鐵耗大小取決于組成電動機的鐵心材料性能、頻率及磁通密度，近似公式pFe≈kf1.3B2，k為系數，B為磁通密度，f為轉子磁通變化的頻率。

空載雜散損耗pσs是指空載電流通過定子繞組的漏磁通在定子機座、端蓋等金屬中產生的損耗，一般空載電流近似不變，因此這些損耗也是恒定的。鐵耗一般占異步電動機總損耗的20%~25%。

2.1.2　機械損耗

機械損耗PΩ通常包括通風系統損耗pV及軸承摩擦損耗pr，繞線式轉子還有電刷摩擦損耗。通風系統的風摩損耗主要為產生冷卻電機的氣流所需的風扇總功率。，H為風扇有效壓力，V為氣體流量，η為風扇效率。可見，合理的選用冷卻風扇所用材料及合理的風道設計等可降低通風系統損耗，具體的不在本文涉及范圍。

軸承摩擦損耗主要與軸承型號，裝配水平，脂有關。對于滾動軸承，軸承摩擦損耗一般形式為： pr=9.81GVsμ，G為軸承承受的負荷，Vs為軸徑線速度，μ為摩擦系數。

機械損耗一般占總損耗的10%~50%，電動機容量越大，由于通風損耗變大，在總損耗中比重也增大。

2.2　負載損耗

負載損耗主要是指電動機運行時，定子、轉子繞組通過電流而引起的損耗，亦稱銅耗。pCu=mI2r，m為相數，I為每相電流，r為每相電阻。銅耗約占總損耗的20%~70%，電動機容量越大，銅耗占比例越小。

2.3　雜散損耗

雜散損耗主要由定子漏磁通和定子、轉子的各種高次諧波在導線、鐵心及其他金屬部件內所引起的損耗。這些損耗約占總損耗的10%~15%。

3　異步電動機節能控制方法

3.1　異步電動機調壓節能

對于變轉矩負載，降低端電壓不僅可以降低電動機本身的鐵耗和銅耗，而且輸出功率的降低進一步減小了電動機的輸入功率，節能率更高。或者可以理解為降低電動機端電壓同時提高了電動機本身和負載的效率。

降壓節能電動機

異步電動機采用降壓節能運行方式時，必須滿足兩個先決條件：首先，必須保證電機的穩定運行；第二，轉子電流不能超過額定允許值，否則會造成轉子過熱，嚴重時會燒毀電機。

電動機轉矩不僅與電壓的平方成正比，與負載率成反比，而且還與電動機本身的承載能力有關。

功率因數在空載時數值很小，僅為0.1～0.15，隨著負載率增加而遞增。通常6、8、10極電動機遞增幅度比2、4極電動機來得大，小容量電動機的增幅度比大容量遞增幅度來得大。不同系列、不同類型的電動機效率、功率因數均不相同。一般說來，同容量的鼠籠型電動機的效率、功率因數要比繞線式電動機高；轉速高的電動機效率、功率因數比轉數低的高；同一類型電動機容量大的電動機的效率、功率因數比容量小的電動機高。對于同一臺電動機，其效率曲線也不是一成不變的，使用時間過長，維護保養不良將使各種損耗增加，導致效率曲線的下降。

要使電動機經濟運行，必須合理選擇電動機類型、容量與負載機械特性適應，力求有最高的運行效率；對運行的電動機要提高電動機的負載率；加強維護檢修，采取各種改造措施減少損耗，提高電動機的效率。

在恒定負載長期輕載運行時，不宜采用降低端電壓而應更換小容量電機。需注意的是：降低定子端電壓并不顯著降低電機轉速，即電機轉差率在允許范圍之內；

電動機本身的空載電流較大，或者電網電壓偏高的場合也很適宜降壓節電運行。

降低端電壓有利于電機經濟運行，提高效率，改善功率因數。輕載時，降低定子端電壓，可以提高電動機效率，但必須降壓合適，否則就不能達到節能效果。

3.2　異步電動機變頻節能

電氣傳動的PWM控制技術是調速傳動的關鍵技術之一，是電氣傳動自動控制領域研究的熱點。PWM控制技術是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電壓變成電壓脈沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或周期以達到變壓的目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達到變壓變頻目的的一種控制技術。

在交流變頻傳動中，使用較早的控制技術是VVVF控制技術，該控制技術分為兩種：一是把VV與VF分開完成，即先把交流電整流為直流的同時進行相控調壓，而后逆變為可調頻率的交流電，這種前后分開控制的VVVF控制技術稱為脈沖幅值調制方式（pulseAmplitudeModulation）。二是將VV與VF集中于逆變器一起來完成，即前面為不可控整流器，中間直流電壓恒定，而后由逆變器既完成變頻又完成變壓，這種控制技術稱為脈沖寬度調制技術（PulseWidthModulation）。這種控制技術整流器無須控制，簡化了電路結構，而且以全波整流代替相控整流，提高了輸入端的功率因數，減小了高次諧波對電網的影響。

PWM控制技術有許多種，而且在不斷發展之中，從控制思它們分為四類：（1）等脈寬PWM法，（2）正弦波PWM法，即s流跟蹤型PWM法，（3）磁鏈追蹤型PWM法（SVPWM法，也稱電壓法）。具體實現的技術有:自然采樣法，對稱規則采樣法、特定諧調制技術，相位調制技術，面積等效法等10多種調制技術。

等脈寬PWM法的每一脈沖的寬度均相等，改變脈沖列的周期可以調頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法可以實現電壓與頻率的協調變化，其缺點是輸出電壓除基波外，包含較多的諧波分量。

SPWM法克服了等脈寬PWM法的缺點，它從電動機供電電源的角度出發，著眼于如何產生一個可調頻調壓的三相正弦波電源，它是以一個正弦波作為基準波（稱為調制波），用等幅的三角波（稱為載波）與基準正弦波相交，由它們的交點確定逆變器的開關模式。

電流跟蹤型PWM法采用電壓源型逆變器，卻是控制輸出電流的，其基本思想是將電動機定子電流的檢測信號與正弦波電流給定信號相比較，如果實際電流大于給定值，則通過逆變器的開關動作使之減小，反之使之增大，這樣實際電流波形圍繞給定的正弦波做鋸齒狀變化，而且開關器件的開關頻率越高電流波動就越小，使用這種方法，電動機的電壓數學模型改成電流模型，可使控制簡單，動態響應加快，還可以防止逆變器過電流。

磁鏈追蹤型PWM法，把電動機與逆變器看為一體，著眼于如何使電動機獲得幅值恒定的圓形磁場為目標，它以三相對稱正弦電壓供電時交流電動機中的理想磁鏈為基準，用逆變器不同的開關模式所產生的磁鏈有效矢量來逼近基準圓，理論分析和實驗表明SVPWM調制具有脈動轉矩小、噪音低，直流電壓利用率高（比普通的SPWM調制約高15%）。

在進行電機調速時，通常要考慮的一個重要因素是希望保持電機中每極磁通量為額定值，并保持不變。因為如果磁通太弱，沒有充分利用電機鐵心，這是一種浪費；如果過分增大磁通，又會使鐵心飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會使繞組因過熱而損壞電機。對于直流電機，勵磁系統是獨立的，只要對電樞反應進行適當補償，保持磁通恒定是很容易做到的。而在異步電動機中，磁通是定子和轉子磁動勢合成的，故要達到磁通恒定的目的就困難得多。

4　抗干擾技術

異步電機節電控制器的工作環境比較復雜和惡劣，其應用的可靠性、安全性就成為一個非常突出的問題。影響系統可靠、安全運行的主要因素是來自系統內部和外部的各種電氣干擾，以及系統結構設計、元器件選擇、安裝和外部環境條件等。這些因素對節電控制器造成的干擾后果主要表現在下述幾個方面。

單片機系統常用的抗電磁干擾的硬件措施有濾波技術、去藕電容技術、屏蔽技術與信號隔離技術、接地技術等。常用的軟件措施主要有數字濾波、軟件冗余、程序運行監視及故障自動恢復技術等。現在介紹主要的硬件抗干擾措施。

4.1　濾波技術

濾波是抑制和防止干擾的一項重要措施。濾波器可以顯著地減小傳導干擾的電平，因為干擾頻譜成份不同于有用信號的頻率，濾波器對于這些與有用信號頻率不同的成份有良好的抑制能力，從而起到其它干擾抑制難以起到的作用。所以，采用濾波網絡無論是抑制干擾源和消除干擾藕合，或是增強設備的抗干擾能力，都是有力措施。此技術在本設計中的直流電源電路、同步信號檢測、電流過零點檢測等電路中都有用到。

4.2　去藕電容技術

數字電路信號電平轉換過程中會產生很大的沖擊電流，并在傳輸線和供電電源內阻上產生較大的壓降，形成嚴重的干擾。為了抑制這種干擾，在電路中適當配置去藕電容。去藕電容一方面提供和吸收該集成電路開門關門瞬間的充放電能量，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。

4.3　屏蔽技術與信號隔離技術

屏蔽技術可以抑制外部電磁干擾的作用，屏蔽是用屏蔽體把通過空間進行電場、磁場或電磁場藕合的部分隔離開來，割斷其空間場的藕合通道。良好的屏蔽是和接地緊密相連的，因而可以大大降低噪聲藕合，取得較好的抗干擾效果。在本系統中可采用鋁盒將內部電路板屏蔽起來，對外只留有幾個接口。此技術體現在電路板的制作上。

信號的隔離目的之一是從電路上把干擾源和易干擾的部分隔離開來，使單片機與現場僅保持信號聯系，但不直接發生電的聯系。隔離的實質是把引進的干擾通道切斷，從而達到隔離現場干擾的目的。常用的隔離方式有光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離等。本控制器的同步信號檢測、電流過零點檢測等電路中都采用了光電隔離技術；晶閘管驅動電路中采用了變壓器隔離技術。

4.4　接地技術

接地技術是抑制噪聲的重要手段，良好的接地可以在很大程度上抑制系統內部噪聲藕合，防止外部干擾的侵入，提高系統的抗干擾能力。接地目的有三個：其一是為各電路的工作提供基準電位；其二是為了安全；其三是為了抑制干擾。

4.5　電路抗干擾技術

由于可控硅開關高次諧波、外部干擾等在采用屏蔽和濾波后仍不能滿足抑制和防止干擾的要求，可以結合電路屏蔽，采取平衡措施等電路技術，在電路設計合理布置地線，還可采用其它一些電路技術，例如接點網絡，整形電路，積分電路和選通電路等等。總之，采用電路技術也是抑制和防止干擾的重要措施。此外，實際的無源元件并不是理想的，其特性與理想的特性是有差異的。元件本身可能就是一個干擾源，因此選用優質無源元件非常重要。也可以利用元件具有的特性進行抑制和防止干擾。

參考文獻

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篇10

相應對策：①盡量消除工藝和機械設備的跑冒滴漏現象；②檢修時注意搞好電機的每個部位的密封，例如在各法蘭涂少量704密封膠，在螺栓上涂抹油脂，必要時在接線盒等處加裝防滴濺盒，如電機暴漏在易侵入液體和污物的地方應做保護罩；③對在此環境中運行的電機要縮短小修和中修周期，嚴重時要及時進行中修。

1.2由于軸承損壞，軸彎曲等原因致使定、轉子磨擦（俗稱掃膛）引起鐵心溫度急劇上升，燒毀槽絕緣、匝間絕緣，從面造成繞組匝間短路或對地“放炮”。嚴重時會使定子鐵心倒槽、錯位、轉軸磨損、端蓋報廢等。軸承損壞一般由下列原因造成：①軸承裝配不當，如冷裝時不均勻敲擊軸承內圈使軸受到磨損，導致軸承內圈與軸承配合失去過盈量或過盈量變小，出現跑內圈現象，裝電機端蓋時不均勻敲擊導致端蓋軸承室與軸承外圈配合過松出現跑外圈現象。無論跑內圈還是跑外圈均會引起軸承運行溫升急劇上升以致燒毀，特別是跑內圈故障會造成轉軸嚴重磨損和彎曲。但間斷性跑外圈一般情況下不會造成軸承溫度急劇上升，只要軸承完好，允許間斷性跑外圈現象存在。②軸承腔內未清洗干凈或所加油脂不干凈。例如軸承保持架內的微小剛性物質未徹底清理干凈，運行時軸承滾道受損引起溫升過高燒毀軸承。③軸承重新更換加工，電機端蓋嵌套后過盈量大或橢圓度超標引起軸承滾珠游隙過小或不均勻導致軸承運行時磨擦力增加，溫度急劇上升直至燒毀。④由于定、轉子鐵心軸向錯位或重新對轉軸機加工后精度不夠，致使軸承內、外圈不在一個切面上而引起軸承運行“吃別勁”后溫升高直至燒毀。⑤由于電機本體運行溫升過高，且軸承補充加油脂不及時造成軸承缺油甚至燒毀。⑥由于不同型號油脂混用造成軸承損壞。⑦軸承本身存在制造質量問題，例如滾道銹斑、轉動不靈活、游隙超標、保持架變形等。⑧備機長期不運行，油脂變質，軸承生銹而又未進行中修。

相應對策：①卸裝軸承時，一般要對軸承加熱至80℃~100℃，如采用軸承加熱器，變壓器油煮等，只有這樣，才能保證軸承的裝配質量。②安裝軸承前必須對其進行認真仔細的清洗，軸承腔內不能留有任何雜質，填加油脂時必須保證潔凈。③盡量避免不必要的轉軸機加工及電機端蓋嵌套工作。④組裝電機時一定要保證定、轉子鐵心對中，不得錯位。⑤電機外殼潔凈見本色，通風必須有保證，冷卻裝置不能有積垢，風葉要保持完好。⑥禁止多種油脂混用。⑦安裝軸承前先要對軸承進行全面仔細的完好性檢查。⑧對于長期不用的電機，使用前必須進行必要的解體檢查，更新軸承油脂。

1.3由于繞組端部較長或局部受到損傷與端蓋或其它附件相磨擦，導致繞組局部燒壞。

相應對策：電機在更新繞組時，必須按原數據嵌線。檢修電機時任何剛性物體不準碰及繞組，電機轉子抽芯時必須將轉子抬起，杜絕定、轉子鐵芯相互磨擦。動用明火時必須將繞組與明火隔離并保證有一定距離。電機回裝前要對繞組的完好性進行認真仔細的檢查確診。

1.4由于長時間過載或過熱運行，繞組絕緣老化加速，絕緣最薄弱點碳化引起匝間短路、相間短路或對地短路等現象使繞組局部燒毀。

相應對策：①盡量避免電動機過載運行。②保證電動機潔凈并通風散熱良好。③避免電動機頻繁啟動，必要時需對電機轉子做動平衡試驗。

1.5電機繞組絕緣受機械振動（如啟動時大電流沖擊，所拖動設備振動，電機轉子不平衡等）作用，使繞組出現匝間松馳、絕緣裂紋等不良現象，破壞效應不斷積累，熱脹冷縮使繞組受到磨擦，從而加速了絕緣老化，最終導致最先碳化的絕緣破壞直至燒毀繞組。

相應對策：①盡可能避免頻繁啟動，特別是高壓電機。②保證被拖動設備和電機的振動值在規定范圍內。

2三相異步電動機一相或兩相繞組燒毀（或過熱）的原因及對策

如果出現電動機一相或兩相繞組燒壞（或過熱），一般都是因為缺相運行所致。當電機不論何種原因缺相后，電動機雖然尚能繼續運行，但轉速下降，滑差變大，其中B、C兩相變為串聯關系后與A相并聯，在負荷不變的情況下，A相電流過大，長時間運行，該相繞組必然過熱而燒毀。

為三相異步電動機繞組為Y接法的情況：電源缺相后，電動機尚可繼續運行，但同樣轉速明顯下降，轉差變大，磁場切割導體的速率加大，這時B相繞組被開路，A、C兩相繞組變為串聯關系且通過電流過大，長時間運行，將導致兩相繞組同時燒壞。

特殊情況下，如果停止的電動機缺一相電源合閘時，一般只會發生嗡嗡聲而不能啟動，這是因為電動機通入對稱的三相交流電會在定子鐵心中產生圓形旋轉磁場，但當缺一相電源后，定子鐵心中產生的是單相脈動磁場，它不能使電動機產生啟動轉矩。因此，電源缺相時電動機不能啟動。但在運行中，電動機氣隙中產生的是三相諧波成分較高的橢圓形旋轉磁場，所以，正在運行中的電動機缺相后仍能運轉，只是磁場發生畸變，有害電流成分急劇增大，最終導致繞組燒壞。

相應對策：無論電動機是在靜態還是動態，缺相運行帶來的直接危害就是電機一相或兩相繞組過熱甚至燒壞。與此同時，由于動力電纜的過流運行加速了絕緣老化。特別是在靜態時，缺相會在電機繞組中產生幾倍于額定電流的堵轉電流。其繞組燒壞的速度比運行中突然缺相更快更嚴重。所以在我們對電機進行日常維護和檢修的同時，必須對電機相應的MCC功能單元進行全面的檢修和試驗。尤其是要認真檢查負荷開關、動力線路、靜動觸點的可靠性。杜絕缺相運行。