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降低电机损耗的措施有哪些?

时间:2024-04-28 16:46:38来源:中国传动网

导语:​电动机在将电能转换为机械能的同时,本身也损耗一部分能量,电动机损耗一般可分为可变损耗、固定损耗和杂散损耗三部分。

  电机损耗类型

  电动机在将电能转换为机械能的同时,本身也损耗一部分能量,电动机损耗一般可分为可变损耗、固定损耗和杂散损耗三部分。

  1. 可变损耗是随负荷变化的,包括定子电阻损耗(铜损)、转子电阻损耗和电刷电阻损耗。

  2. 固定损耗与负荷无关,包括铁芯损耗和机械损耗。铁损又由磁滞损耗和涡流损耗所组成,与电压的平方成正比,其中磁滞损耗还与频率成反比。

  3. 其他杂散损耗是机械损耗和其他损耗,包括轴承的摩擦损耗和风扇、转子等由于旋转引起的风阻损耗等。

  降低电机损耗的措施

  1. 定子损耗

  定子I^2R损耗俗称定子铜耗,定子铜耗与输出功率关系很大,输出功率越大,输入电流越大,温度越高,定子铜耗越大。以额定输入额定负荷为参考,效率较高的电机,定子铜耗在五大损耗中比重最大,一般大于总损耗的30%。

  降低电动机定子I^2R损耗的主要方法有:

  (1)增加定子槽截面积,在同样定子外径的情况下,增加定子槽截面积会减少磁路面积,增加齿部磁密;

  (2)增加定子槽满槽率,这对低压小电动机效果较好,应用最佳绕线和绝缘尺寸、大导线截面积可增加定子的满槽率;

  (3)尽量缩短定子绕组端部长度,定子绕组端部损耗占绕组总损耗的1/4~1/2,减少绕组端部长度,可提高电动机效率。实验表明,端部长度减少20%,损耗下降10%。

  2. 转子损耗

  转子I^2R损耗俗称转子铜耗,主要与转子电流和转子电阻有关。

  电动机转子I^2R损耗相应的节能方法主要有:

  (1)减小转子电流,这可从提高电压和电机功率因素两方面考虑;

  (2)增加转子槽截面积;

  (3)减小转子绕组的电阻,如采用粗的导线和电阻低的材料,这对小电动机较有意义,因为小电动机一般为铸铝转子,若采用铸铜转子,电动机总损失可减少10%~15%,但现今的铸铜转子所需制造温度高且技术尚未普及,其成本高于铸铝转子15%~20%。

  3. 铁芯损耗

  交流电机的交变磁场在铁心中产生的涡流电流损耗,涡流过大,使得电机整体温升过高,绕组散热速度降低,导致绕组过热电机烧坏。

  降低电动机铁耗的方法有:

  (1)减小磁密度,增加铁芯的长度以降低磁通密度,但电动机用铁量随之增加;

  (2)减少铁芯片的厚度来减少感应电流的损失,如用冷轧硅钢片代替热轧硅钢片可减小硅钢片的厚度,但薄铁芯片会增加铁芯片数目和电机制造成本;

  (3)采用导磁性能良好的冷轧硅钢片降低磁滞损耗;

  (4)采用高性能铁芯片绝缘涂层;

  (5)热处理及制造技术,铁芯片加工后的剩余应力会严重影响电动机的损耗,硅钢片加工时,裁剪方向、冲剪应力对铁芯损耗的影响较大。顺着硅钢片的碾轧方向裁剪、并对硅钢冲片进行热处理,可降低10%~20%的损耗等方法来实现。

  4. 杂散损耗

  电动机在负载运行时的总杂耗由空载杂耗和负载杂耗组成。空载杂耗是指,由空载试验所测定的铁耗中除了磁通在定子导磁部分产生的基本铁耗外的各种损耗之和;负载杂耗是指除铁耗、机械损耗和定转子铜耗以外, 由电机的负载电流所引起的各种损耗之和。

  目前对电动机杂散损耗的认识仍然处于研究阶段,降低杂散损失的主要方法有:

  (1)采用热处理及精加工降低转子表面短路;

  (2)转子槽内表面绝缘处理;

  (3)通过改进定子绕组设计减少谐波;

  (4)改进转子槽配合设计和配合减少谐波,增加定、转子齿槽、把转子槽形设计成斜槽、采用串接的正弦绕组、散布绕组和短距绕组可大大降低高次谐波;采用磁性槽泥或磁性槽楔替代传统的绝缘槽楔、用磁性槽泥填平电动机定子铁芯槽口,是减少附加杂散损耗的有效方法。

  5. 风摩损耗

  电机转动过程中,转子外表面、散热风扇均与空气产生摩擦,空气会对转动部位产生阻力,克服这些阻力所耗用的功就叫风损摩耗。

  风摩损耗占电机总损失的25%左右,应引起重视。摩擦损失主要有轴承和密封引起,可采取以下措施降低:

  (1)尽量减小轴的尺寸,但需满足输出扭矩和转子动力学的要求;

  (2)使用高效轴承;

  (3)使用高效润滑系统及润滑剂;

  (4)采用先进的密封技术。

  降低电机损耗的措施

  1. 定子损耗

  定子I^2R损耗俗称定子铜耗,定子铜耗与输出功率关系很大,输出功率越大,输入电流越大,温度越高,定子铜耗越大。以额定输入额定负荷为参考,效率较高的电机,定子铜耗在五大损耗中比重最大,一般大于总损耗的30%。

  降低电动机定子I^2R损耗的主要方法有:

  (1)增加定子槽截面积,在同样定子外径的情况下,增加定子槽截面积会减少磁路面积,增加齿部磁密;

  (2)增加定子槽满槽率,这对低压小电动机效果较好,应用最佳绕线和绝缘尺寸、大导线截面积可增加定子的满槽率;

  (3)尽量缩短定子绕组端部长度,定子绕组端部损耗占绕组总损耗的1/4~1/2,减少绕组端部长度,可提高电动机效率。实验表明,端部长度减少20%,损耗下降10%。

  2. 转子损耗

  转子I^2R损耗俗称转子铜耗,主要与转子电流和转子电阻有关。

  电动机转子I^2R损耗相应的节能方法主要有:

  (1)减小转子电流,这可从提高电压和电机功率因素两方面考虑;

  (2)增加转子槽截面积;

  (3)减小转子绕组的电阻,如采用粗的导线和电阻低的材料,这对小电动机较有意义,因为小电动机一般为铸铝转子,若采用铸铜转子,电动机总损失可减少10%~15%,但现今的铸铜转子所需制造温度高且技术尚未普及,其成本高于铸铝转子15%~20%。

  3. 铁芯损耗

  交流电机的交变磁场在铁心中产生的涡流电流损耗,涡流过大,使得电机整体温升过高,绕组散热速度降低,导致绕组过热电机烧坏。

  降低电动机铁耗的方法有:

  (1)减小磁密度,增加铁芯的长度以降低磁通密度,但电动机用铁量随之增加;

  (2)减少铁芯片的厚度来减少感应电流的损失,如用冷轧硅钢片代替热轧硅钢片可减小硅钢片的厚度,但薄铁芯片会增加铁芯片数目和电机制造成本;

  (3)采用导磁性能良好的冷轧硅钢片降低磁滞损耗;

  (4)采用高性能铁芯片绝缘涂层;

  (5)热处理及制造技术,铁芯片加工后的剩余应力会严重影响电动机的损耗,硅钢片加工时,裁剪方向、冲剪应力对铁芯损耗的影响较大。顺着硅钢片的碾轧方向裁剪、并对硅钢冲片进行热处理,可降低10%~20%的损耗等方法来实现。

  4. 杂散损耗

  电动机在负载运行时的总杂耗由空载杂耗和负载杂耗组成。空载杂耗是指,由空载试验所测定的铁耗中除了磁通在定子导磁部分产生的基本铁耗外的各种损耗之和;负载杂耗是指除铁耗、机械损耗和定转子铜耗以外, 由电机的负载电流所引起的各种损耗之和。

  目前对电动机杂散损耗的认识仍然处于研究阶段,降低杂散损失的主要方法有:

  (1)采用热处理及精加工降低转子表面短路;

  (2)转子槽内表面绝缘处理;

  (3)通过改进定子绕组设计减少谐波;

  (4)改进转子槽配合设计和配合减少谐波,增加定、转子齿槽、把转子槽形设计成斜槽、采用串接的正弦绕组、散布绕组和短距绕组可大大降低高次谐波;采用磁性槽泥或磁性槽楔替代传统的绝缘槽楔、用磁性槽泥填平电动机定子铁芯槽口,是减少附加杂散损耗的有效方法。

  5. 风摩损耗

  电机转动过程中,转子外表面、散热风扇均与空气产生摩擦,空气会对转动部位产生阻力,克服这些阻力所耗用的功就叫风损摩耗。

  风摩损耗占电机总损失的25%左右,应引起重视。摩擦损失主要有轴承和密封引起,可采取以下措施降低:

  (1)尽量减小轴的尺寸,但需满足输出扭矩和转子动力学的要求;

  (2)使用高效轴承;

  (3)使用高效润滑系统及润滑剂;

  (4)采用先进的密封技术。

标签: 电机

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