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提高電機效率的對策

發布:jsjcby 瀏覽:37次

高效電機是符合國家節能減排政策趨勢的必然發展方向;但如何能把握好高效電機性能及成本承受能力,是每一家電機廠都無可回避的問題。降耗提效是關鍵措施。

三相異步電機損耗組成

 定子繞組中電流通過所產生的銅耗。

 轉子繞組中電流所產生的導體(鋁或銅)損耗。

 鐵心中磁場所產生的渦流和磁滯損耗。

 由于風扇和軸承轉動所引起的通風和摩擦損耗。 

 由氣隙磁場高次諧波所產生的負載雜散損耗。

降低電機損耗提高效率措施

由于電機的損耗分布隨電機功率大小和極數不同而變化,因此為降低損耗,應對不同功率和極數電機的主要損耗分量采取不同的措施。

?降低定子銅耗

降低定子繞組中電流通過所產生的銅耗,在電機繞組匝數不變的情況下,可加大導線線徑而減小繞組電阻降低銅耗。

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?降低定子導體損耗

降低轉子繞組中電流通過所產生的導體(鋁或銅)損耗,通過控制轉子鑄造時的壓力、溫度以及氣體排放路徑等措施,減少轉子導條中的氣體,從而提高導電率,降低轉子損耗。

如以鑄銅轉子取代鑄鋁轉子,轉子損耗可下降近40 %。銅的導電率比鋁的導電率要高,用鑄銅轉子比用鑄鋁轉子所產生的損耗要小,但以銅代鋁材料成本會增加很多。

對于鑄鋁轉子電機,保證鋁的純度非常重要,對于鑄鋁工藝,低壓鑄鋁工藝條件下完成的轉子要比高壓和離心鑄鋁完成的轉子效果好。

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?增加有效材料,降低繞組損耗和鐵耗

根據電機相似原理,當電磁負荷不變,并且不考慮機械損耗時,電機的損耗與有效材料尺寸的線性增長成反比。在小功率電機中,增加材料,效率提高較大,而對效率已較高的大功率電機效率提高較小。 

為了使在一定的安裝尺寸條件下,獲得較大的空間,以使能置放較多的有效材料以提高電機效率,定子沖片外徑尺寸的確定就成為一個重要因素。為有利于散熱,降低溫升,采用較大的定子沖片外徑。

當效率達到較高數值,再單純通過材料的增加來提高效率,并不一定經濟合理,應通過技術經濟指標的綜合評價來確定。

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?高性能磁性材料和工藝措施降低鐵耗

鐵心材料的磁性能(導磁率和單位鐵損)對電機的效率和其他性能影響較大,同時鐵心材料費用又是構成電機成本的主要部份,因此選用合適的磁性材料是設計和制造高效率電機的關鍵。在小功率電機中采用較高導磁率的電工鋼片將可使定子銅耗顯著下降,但在較大功率電機中由于空載電流所占比例已較小,材料導磁率提高的效果將不明顯。

在較大功率電機中,鐵耗在總損耗中已占到相當大的比重,因此降低鐵心材料的單位損耗值將有助于電機鐵耗的下降。

由于電機設計和制造的原因,電機鐵耗大大超過按硅鋼片生產廠家提供的單位鐵損值所計算的數值,所以一般在設計時將單位鐵損值增加1.5~2倍來考慮鐵耗的增加。

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鐵耗增加的原因主要是由于硅鋼片的單位鐵損值是按Ep-stein方圈法對條料試品進行測試,但在材料經過沖剪疊壓后,受到很大的應力使損耗增加,此外由于齒槽的存在引起氣隙齒諧波磁場在鐵心表面引起空載高頻損耗,這些都將導致電機制成后鐵耗顯著地增加,因此除了選擇較低單位鐵損的磁性材料外,尚須控制疊壓壓力和采取必要的工藝措施以降低鐵耗。

由于沖剪應力對鐵耗影響較大,因此對沖片進行熱處理可降低10 %~20 %的鐵耗,這對于高牌號和較薄的硅鋼片更為重要,因為這些材料對于應力的敏感程度遠大于一般的磁性材料。

鑒于價格和工藝因素,目前在高效率電機生產中,高牌號硅鋼片和薄于0.5mm的硅鋼片使用不多,一般采用低碳無硅電工鋼片或低硅冷軋硅鋼片。

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?縮小風扇降低通風損耗

對于較大功率的2、4極電機,風摩耗占有相當大的比例,如2P 110kW電機風摩耗可達總損耗的30 %左右。風摩耗主要由風扇消耗的功率所構成。由于高效率電機的熱耗一般較低,因此冷卻用風量可減少,從而通風功率也可減少。在溫升許可的情況下,縮小風扇尺寸可有效地降低風摩耗。

此外通風結構的合理設計,對提高通風效率降低風摩耗也是重要的。試驗表明,高效率電機大功率2極部分風摩耗較普通電機下降30 %左右。由于通風損耗下降幅度較大,而且不需增加多少費用,因此改變風扇設計往往是這類高效電機所采取的措施之一。

?通過設計和工藝措施降低雜散損耗

異步電機的雜散損耗主要是由磁場高次諧波在定轉子鐵心和繞組中所產生的高頻損耗。為降低負載雜耗可通過采用Y-Δ串接的正弦繞組或其他低諧波繞組來降低各次相帶諧波的幅值,從而降低雜耗。

試驗數據表明,采用正弦繞組雜耗平均可下降30 %以上。此外可采用較多的定、轉子槽數以降低齒諧波幅值,從而使這部分諧波引起的雜耗下降。在工藝上可通過轉子槽絕緣處理工藝來降低轉子中的高頻橫向電流損耗,也可通過沖出氣隙工藝來改變表面高頻損耗。


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