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提升电机效率从损耗控制和分析入手

2020-08-26 03:32来源:电工产品检验研究所阅读次数:245

电机运行过程中会产生损耗的情况。

1、电机损耗分类及特性

电机损耗可分为恒定及负载损耗,恒定损耗包含风摩耗和铁损,是电机运行时的固有损耗,与电材料、制造工艺、结构设计、转速等参数有关,与负载大小无关。负载损耗包括定子铜损、转子铜损和杂散损耗,对绕线转子电机还应包括碳刷及外接电路的电损耗。

●  铁芯损耗。由电机定子绕组磁场在铁心中交变所引起的涡流损耗和磁滞损耗组成。其大小与铁心材料、电源频率及磁通密度有关。铁芯损耗大小基本与电机电压的平方成正比。

● 风磨损耗。也称为机械损耗,是恒定损耗之一,主要包括轴承摩擦损耗及通风系统损耗,对绕线式转子还存在电刷摩擦损耗。对于高效率电机,电机风扇大小、轴承密封型式对机械损耗影响特别明显,尤其是高转速电机更为敏感。电机功率越大,机械损耗在总损耗中所占比例也越大。

 ● 铜损耗。是电机定子、转子电流引起的损耗,包括定子铜耗和转子铜耗,其大小与电机电流及绕组电阻值直接相关。因而在电机质量控制中,电磁线及铸铝转子铝的材质非常关键。

●杂散耗。该损耗由定子漏磁通,电机定转子的各种高次谐波在导线、铁心及其他金属部件内所引起。

● 各种损耗的与电机总损耗占比情况。铁耗——20%~25%;机械损耗——10%~50%;铜耗——20%~70%;杂散损耗——10%~15%。

2、电机效率与损耗相关联性

电机效率与损耗是一种负相关关系,即效率越高损耗越小,反之,损耗越大,效率越低。对于高效电机,损耗的有效控制是提高电机能效的最有效手段。

3、影响电机损耗的因素

●  输入电压变化。与电机的额定电压相比,实际运行时输入的电压都会有不同程度的偏差,运行电压略低于额定电压(但不能低于10%,最好在2-3%之间)时,保证电机正常运行的同时,电机损耗要小;相反,当电机运行电压高于额定电压时,电机损耗会增加,若超出过多,电机电流增加过大甚至导致烧毁故障。

电机空载、轻载和重载时,电压与效率的关系又各不相同,因受篇幅的限制,Ms.参将另辟版块与各位交流。

●电压不平损耗。若输入电压不平衡,将导致异步电机电流不平。因负序电流的存在导致电机的转矩减小。

●电源频率变化。对于风机泵类负载,轴转矩与转速的平方成正比变化,频率降低后,转速下降,转矩也下降,定子、、转子电流下降,因而电机效率有所提高,再加上轴功率有大幅度下降,电机输入功率同样大幅度下降,所以风机泵类负载采用变频调速,在低速时可获得好的节能效果。

在这里必须提到的是电机转速下降后对于温升的影响,因而在电机的设计环节、试验环节应对该工况的特殊性予以评价,从电机材料选择及结构设计方面下功夫,规避低频运行时温升的不符合。

●非正弦波形电源供电。大多数变频器输出电压波形是非正弦波,在异步电机中产生谐波电流及谐波磁动势,这势必会造成电机杂散损耗的增加。

●电机起动和停机损耗。有些负载要求断续运行,甚至频繁起动,这样将会使定子绕组频繁受到冲击力,鼠笼转子也会因发热不均匀,产生热应力,反复起动会使转子导条断裂。起动时电机发热增多而散热条件较稳态运行差,多次起动也会使电机过热。因此在规定时间内对起动次数及时间间隔都有规定。采用高转子电阻电机,可以减少定转子起动电流,所以可减少能耗及电流冲击影响。

4、节能高效电机是一种不可逆转的发展趋势

目前我国工业能耗约占总能耗的70%,其中电机能耗约占工业能耗的60%~70%,加上非工业电机能耗,电机实际能耗约占总能耗的50%以上。而现今高效节能电机应用比例低。从节能和环保的角度分析,高效电机推广和应用已成为一种无法逆转的趋势。

信息来源: 电机技术日参

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