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降低损耗提高电动机效率的措施

2018-05-25 10:36:26 阅读()


        降低损耗提高效率的措施一般有下列7项。
       1.增加有效材料,降低绕组损耗和铁耗
通过增加绕组截面积降低电流密度,从而降低绕组电流损耗,同时通过增加铁心磁路面积降低磁通密度,从而降低定子铁耗。
        2.采用较好的磁性材料和工艺措施以降低铁耗
        铁心材料的磁性能(磁导率和单位铁损)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分,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。

 
        因此在小功率电机中采用较高磁导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,材料磁导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钢厂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钢厂的单位铁损值是按 Epstein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,因为这些材米料对于应力的敏感程度远大于一般的磁性材料。
        近年国外有些钢厂研制出低损耗的低硅冷轧钢片,其成分中加入少量铝和稀土金属。从而在保持较高磁导率同时,降低损耗,其比损耗值为3.12W/kg这些材料的出现将有可能为高效率电机的生产推广提供较好的物质基础。
        3.采用新型绕组降低损耗提高效率
        通过采用新型的定子绕组以降低电机损耗,提高效率,例如应用Y-△串接的正弦绕组。这种绕组实际上为-30°相带绕组,相对于传统的60°相带绕组具有较高的基波绕组系数,可使励磁电流减少,从从而使绕组电流损耗减少;同时其相带谐波幅值大大减小,从而使负载杂耗显著降低。此外可对绕组的线圈设计和制造工艺进行改进,以缩短端部长度,从而降低定子绕组电流损耗。
        4.改进设计和工艺参数降低杂散损耗
        在设计上可采用较多的定、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减小。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转子表面的高频损耗。
 


        5.改进通风设计降低通风损耗
        对于较大功率的2、4极电机,风摩耗占有相当大的比例,如90kW2极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。
通风功率约与风扇直径的4~5次方成比例,因此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部分高效电机所采取的主要措施之一。
        6.采用优化设计,降低损耗提高效率
        除了增加材料、提高材料性能以及改进工艺外,采用计算机优化设计,在满足成本、性能等约束条件下,合理确定各项参数,从而获得效率的最大可能提高。采用优化设计将可显著缩短电机设计的时间,并可提高电机设计的质量。
        7.采用用铸铜转子降低转子损耗
        由于铜比铝的电阻率低40%左右,所以如果将铸铜转子代替铸铝转子,电机总损耗将可显著下降。国际铜业协会在美国能源部的支持下,进行了压力铸铜工艺的研究,目前已解决高温模具的材料以及相关的压铸工艺问题,从而使得有可能较经济地批量生产铸铜转子电机。2003年6月,德国SEW Eurodrive公司运用此项压铸技术成功地推出一采用铸铜转子的齿轮电动机系列,功功率为1.1~5.5kW。德国 Siemens公司于2006年上半年推出采用铸铜转子的超高效率系列电机,其功率范围为1~20hp,极数为2极、4极和6极。该系列效率高于美国 NEMA Premium超高效率电机的效率指标,如图1-22曲线所示。目前我国在国际铜业协会的支持下下,也已能生产供应铸铜转子。

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