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提高电机效率的措施浅析

发布时间:2018-07-31 20:37:00 点击:    

 
 

无锡伯顿起重电机2018年7月31日讯 高效电机是符合国家节能减排政策趋势的必然发展方向;但如何能把握好高效电机性能及成本承受能力,是每一家电机厂都无可回避的问题。


三相异步电机损耗组成

● 定子绕组中电流通过所产生的铜耗。

● 转子绕组中电流所产生的导体(铝或铜)损耗。

● 铁心中磁场所产生的涡流和磁滞损耗。

● 由于风扇和轴承转动所引起的通风和摩擦损耗。 

● 由气隙磁场高次谐波所产生的负载杂散损耗。

降低电机损耗提高效率措施

由于电机的损耗分布随电机功率大小和极数不同而变化,因此为降低损耗,应对不同功率和极数电机的主要损耗分量采取不同的措施。


降低定子铜耗

降低定子绕组中电流通过所产生的铜耗,在电机绕组匝数不变的情况下,可加大导线线径而减小绕组电阻降低铜耗。


降低转子导体损耗

降低转子绕组中电流通过所产生的导体(铝或铜)损耗,通过控制转子铸造时的压力、温度以及气体排放路径等措施,减少转子导条中的气体,从而提高导电率,降低转子损耗。


如以铸铜转子取代铸铝转子,转子损耗可下降近40 %。铜的导电率比铝的导电率要高,用铸铜转子比用铸铝转子所产生的损耗要小,但以铜代铝材料成本会增加很多

对于铸铝转子电机,保证铝的纯度非常重要,对于铸铝工艺,低压铸铝工艺条件下完成的转子要比高压和离心铸铝完成的转子效果好

增加有效材料,降低绕组损耗和铁耗

根据电机相似原理,当电磁负荷不变,并且不考虑机械损耗时,电机的损耗与有效材料尺寸的线性增长成反比。在小功率电机中,增加材料,效率提高较大,而对效率已较高的大功率电机效率提高较小。 

 

为了使在一定的安装尺寸条件下,获得较大的空间,以使能置放较多的有效材料以提高电机效率,定子冲片外径尺寸的确定就成为一个重要因素。为有利于散热,降低温升,采用较大的定子冲片外径。

当效率达到较高数值,再单纯通过材料的增加来提高效率,并不一定经济合理,应通过技术经济指标的综合评价来确定。


高性能磁性材料和工艺措施降低铁耗

铁心材料的磁性能(导磁率和单位铁损)对电机的效率和其他性能影响较大,同时铁心材料费用又是构成电机成本的主要部份,因此选用合适的磁性材料是设计和制造高效率电机的关键。在小功率电机中采用较高导磁率的电工钢片将可使定子铜耗显著下降,但在较大功率电机中由于空载电流所占比例已较小,材料导磁率提高的效果将不明显。

在较大功率电机中,铁耗在总损耗中已占到相当大的比重,因此降低铁心材料的单位损耗值将有助于电机铁耗的下降。


由于电机设计和制造的原因,电机铁耗大大超过按硅钢片生产厂家提供的单位铁损值所计算的数值,所以一般在设计时将单位铁损值增加1.5~2倍来考虑铁耗的增加

铁耗增加的原因主要是由于硅钢片的单位铁损值是按Ep-stein方圈法对条料试品进行测试,但在材料经过冲剪叠压后,受到很大的应力使损耗增加,此外由于齿槽的存在引起气隙齿谐波磁场在铁心表面引起空载高频损耗,这些都将导致电机制成后铁耗显著地增加,因此除了选择较低单位铁损的磁性材料外,尚须控制叠压压力和采取必要的工艺措施以降低铁耗。


由于冲剪应力对铁耗影响较大,因此对冲片进行热处理可降低10 %~20 %的铁耗,这对于高牌号和较薄的硅钢片更为重要,因为这些材料对于应力的敏感程度远大于一般的磁性材料。

鉴于价格和工艺因素,目前在高效率电机生产中,高牌号硅钢片和薄于0.5mm的硅钢片使用不多,一般采用低碳无硅电工钢片或低硅冷轧硅钢片。


缩小风扇降低通风损耗

对于较大功率的2、4极电机,风摩耗占有相当大的比例,如2P 110kW电机风摩耗可达总损耗的30 %左右。风摩耗主要由风扇消耗的功率所构成。由于高效率电机的热耗一般较低,因此冷却用风量可减少,从而通风功率也可减少。在温升许可的情况下,缩小风扇尺寸可有效地降低风摩耗。


此外通风结构的合理设计,对提高通风效率降低风摩耗也是重要的。试验表明,高效率电机大功率2极部分风摩耗较普通电机下降30 %左右。由于通风损耗下降幅度较大,而且不需增加多少费用,因此改变风扇设计往往是这类高效电机所采取的措施之一。


通过设计和工艺措施降低杂散损耗

异步电机的杂散损耗主要是由磁场高次谐波在定转子铁心和绕组中所产生的高频损耗。为降低负载杂耗可通过采用Y-Δ串接的正弦绕组或其他低谐波绕组来降低各次相带谐波的幅值,从而降低杂耗。


试验数据表明,采用正弦绕组杂耗平均可下降30 %以上。此外可采用较多的定、转子槽数以降低齿谐波幅值,从而使这部分谐波引起的杂耗下降。在工艺上可通过转子槽绝缘处理工艺来降低转子中的高频横向电流损耗,也可通过冲出气隙工艺来改变表面高频损耗。

 
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