如图2.4，当流量为额定值Af ，转速为额定值1n 时，阻力为曲线1R ，负载工作于A点；这时的负载输入功率（电机的输出功率）可以用四边形AAAP of的面积表示。当输出流量降为Bf ，如果仍然全压运行，则系统工作于 点，此时电动机输出功率用四边形BBBP of的面积表示。可见输出功率2P 略有下降。如果当负载率降低时，相应降低端电压，电机转速降为2n ，负载工作于 C 点。这时在保证流量的前提下，电动机输出功率大幅下降，四边形 cBC Pof面积表示。
综上所述，对于变转矩负载，降低端电压不仅可以降低电动机本身的铁耗和 铜耗，而且输出功率的降低进一步减小了电动机的输入功率，节能率更高。或者 可以理解为降低电动机端电压同时提高了电动机本身和负载的效率。
2.4.4 降压节能中电动机的调压范围
异步电动机采用降压节能运行方式时，必须满足两个先决条件：首先，必须 保证电机的稳定运行；第二，转子电流不能超过额定允许值，否则会造成转子过 热，严重时会烧毁电机。对于异步电机有如下关系式成立[35]：
16
由式（2.30）可清晰看见，电动机转矩不仅与电压的平方成正比，与负载率 成反比，而且还与电动机本身的承载能力有关。在任意负载时，电动机稳定运行 的条件[36]是应使，
CNb ≥ b（2.36）
因此当CM 一定时，Nb 越大，电压允许调节的范围也就越宽。 例如，普通型JO2系列电机Nb 一般在1.8左右，而Y系列电机Nb 则在1.8～ 2.2 之间，调节范围就可适当加宽。
由式（2.31）还可以知道，转子电流与电压成反比，与负载率成正比，由此 可以得到电动机调压的另一个条件：
利用上面这些式子可以方便的分析出不同性质的负载，在不同运行方式下，受电压变化的影响。例如，电动机的 =1.6Nb ，负载为恒转矩负载，并在重载运行。当电机端电压降至N0. 8U时，由式（2.30～2.33）知道，此时 ≈1Cb ， CMM ≈ M，即负载转矩以达到电动机的最大转矩，电动机已没有过载能力。此时若受电压或频率的波动，电动机就可能因不能承受而降速，直至停转。另一方面，转子电流随电压降低而增大，使转子绕组就可能因过热而烧坏。当电动机轻载时，例如，转矩率 =0.5Cm ，此时将定子端电压降至N0. 7U，仍然有NNCbbb =×≈20.70.5，即电动机仍能保持原来的最大转矩倍数，而稳定运行由式还可以看出转差率与电压平方成正比，但转矩并不与电压平方成正比。负载转矩只受运行方式（重载或轻载）、负载性质（恒转矩或是变转矩）的影响，两者不能混淆。例如，对恒转矩负载，转差率只允许载 s =0至 s max范围内变动才稳定，在这范围内改变电压，转的变化式很小的，一般电压降低10％ ，转速只降低1％左右。
2.4.5 降压节电的效率及功率因数分析 2.4.5.1 效率分析
17
电动机的工作曲线如图2.5所示。通过对它的分析、认识、掌握电机机经济运行的基本原则，从而按照电动机实际运行状况，寻找减少损耗，提高电动机运行效率的有效措施，达到节能的目的。
图2.5表明，有效的交流异步电动机的效率曲线具有较宽的高效率区域，一般认为Y系列、JO2系列电动机负载率在30％，YX系列电动机负载率在35％～40％ 时，电动机效率才有明显下降趋势。因此电动机运行时只要负载率不要太小，电 动机效率一般是较高的，电动机效率曲线有一个最高点mη 用表示，其对应的负载率称之有功经济负载率用pβ 表示，pβ 一般在0.6～1之间，依照电动机可变损耗等于不变损耗时效率最高的理论，pβ 表达式为：
此时最高率为：
2.4.5.2 功率因数分析
用电磁理论来分析轻载时的异步电动机在全压与降压下运行的电流状态，可 得此时的电动机电流向量图，见图2.6。
图中，AI1.为全压时定子电流，其中无功电流为AI0.，有功电流为AI2.，功率因数角为? ；降压时，电压降低后气隙主磁通下降，电动机定子电流中的无功电流下降为./0 AI ，并且无功电流的值随端子电压下降的幂次大于1，同时由于电动机负载不变则有功电流将基本不变。这些变化对电机影响如下：因为电动机定子电流中的无功电流下降，所以定子铁耗下降，同样无功电流下降，有功电流基本不变，则导致功率因数角 ? ??/，电动机的功率因数上升，定子电流./2./1 AA
I ? I，因而使电动机铁耗、铜耗下降。这样电动机轻载时，由于电动机的端电压下降，电机从而达到降压节能的目的[37]。
18
功率因数在空载时数值很小，仅为0.1～0.15，随着负载率增加而递增。通常6、8、10极电动机递增幅度比2、4极电动机来得大，小容量电动机的增幅度比大容量递增幅度来得大。不同系列、不同类型的电动机效率、功率因数均不相同。一般说来，同容量的鼠笼型电动机的效率、功率因数要比绕线式电动机高；转速高的电动机效率、功率因数比转数低的高；同一类型电动机容量大的电动机的效率、功率因数比容量小的电动机高。对于同一台电动机，其效率曲线也不是一成不变的，使用时间过长，维护保养不良将使各种损耗增加，导致效率曲线的下降[38]。
以上分析可知，要使电动机经济运行，必须合理选择电动机类型、容量与负 载机械特性适应，力求有最高的运行效率；对运行的电动机要提高电动机的负载 率；加强维护检修，采取各种改造措施减少损耗，提高电动机的效率。
2.5 异步电动机降压节能估算
在恒定负载长期轻载运行时，不宜采用降低端电压而应更换小容量电机。需 注意的是：降低定子端电压并不显著降低电机转速，即电机转差率在允许范围之 内；确定允许降压系数 100%1=×UNK UU值，降压系数确定不准确就不会达到比较满意的效果。
根据不同负载率，电动机损耗最小原则的降压系数：
式中 K 系数为：
计算公式：
19
节省有功功率：
节省无功功率：
2.6 降压节电实用场合
（1）变负载机械，例如胶带输送机、粉碎机、磨煤机及各类机床。如果电机 运行在 β =10%左右，降压运行后，除节能效果显著外，还可以降低温升。
（2）周期性工作制的机械
（3）电动机本身的空载电流较大，或者电网电压偏高的场合也很适宜降压节 电运行。
综上所述，降低端电压有利于电机经济运行，提高效率，改善功率因数。三 相正弦电压不同降压系数uK 下的电动机效率如图2.7所示。从图2.7中曲线可见，轻载时，降低定子端电压，可以提高电动机效率，但必须降压合适，否则就不能达到节能效果。
20