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單相異步電機如何做到高效率?

2021-08-03 05:43:13

電機提供了60%以上的工業用電,效率是一個關鍵的設計參數,單相異步電機設計的效率比以往任何時候都更為重要。效率定義為輸送的機械功率與提供的電力的比率。一臺效率為85%的電動機將85%的電能轉化為機械能,剩下的15%作為熱量消散。


節能單相異步電機采用優質材料和優化設計,以實現更高的效率。例如,轉子中的鋁含量越高,定子中的槽填充系數越高,電阻損失越小。優化的轉子結構和轉子-定子氣隙減少雜散負載損失。改進的冷卻風扇設計使電機冷卻的風阻損失小,轉子和定子鐵芯采用更高質量和更薄的鋼疊片,可大大降低磁化損耗。后,降低摩擦損失是由更高質量的軸承造成的。


優化轉子/定子疊片的尺寸及其所用鋼材的質量


單相異步電機中的磁滯損耗和渦流損耗一起稱為磁芯損耗,總損耗的20%左右是由渦流和磁芯飽和引起的。疊片中產生的渦流相對于不斷變化的磁場移動,會導致顯著的功率損失。疊層定子磁芯可減少渦流損耗,并基于鐵的質量、電阻率、密度、厚度、頻率和磁通密度,渦流損耗可以通過更多的疊片來小化。


磁滯損耗是磁路在磁通量不斷變化時產生的,單相異步電機中使用的大多數載荷材料是用于定子和轉子鐵心的鋼,通過減少疊片厚度,使磁通密度和磁芯損耗小化。通過退火選用更好等級的疊片用鋼以改變晶粒結構以便于磁化,可以降低磁滯損耗。通過增加含硅鋼的電阻率來減少渦流損耗,但硅含量增加了沖壓過程中的模具磨損,因為它增加了鋼的硬度。沖壓過程中損壞的鋼晶體嚴重降低了受影響體積的磁性質量。退火使疊片變平,并使沖壓過程中受損的晶體再結晶,從而將一個薄板厚度延伸到疊片中。


使用浸浴工藝進行定子層壓


浸漬定子加強定子繞組的電氣絕緣,防止化學品或惡劣環境影響,并增強散熱。熱固性塑料包括環氧樹脂、酚醛樹脂和聚酯用于浸漬定子,采用洗浴方法是將定子浸入樹脂中較長時間,以確保佳滲透和保護。另一種浸漬方法被稱為真空壓力,它使用一個先排空然后加壓的罐,以實現對定子的滲透。終實現從電繞組中抽出氣穴,提高了繞組的熱導率。

單相異步電機

設計定子中的槽,以大限度地增加可插入銅的體積


單相異步電機槽滿率一定程度會影響定子繞組使其質量低會導致總損耗的60%,因此為了減少總損耗,定子繞組的質量必須較大,從而降低電阻。與標準效率單相異步電機相比,高效電機含有超過20%的額外銅,定子的絕緣繞組被放置在鋼片的槽內。橫截面積必須足夠大,以滿足電機的額定功率。一般情況下,單相異步電機采用開放式或半封閉式定子槽。在半封閉槽中,槽的開口比槽的寬度小得多,與開口槽相比,纏繞更困難,制造更耗時。在設計階段必須選擇定子槽的數量,因為該數量會影響重量、成本和運行特性。多槽的優點是減少漏抗,減少齒脈動損耗,提高過載能力,更多定子槽的缺點是成本增加、重量增加、磁化電流增加、鐵損耗增加、冷卻不良、溫升增加和效率降低。


轉子壓鑄采用優質純鋁


定制設計的轉子可以大限度地提高起動轉矩,降低導體電阻,提高效率。它們堅固耐用,結構簡單,價格較低,但它們的啟動扭矩較低。銅轉子提高了效率,但制造起來既困難又昂貴。


轉子和定子之間的氣隙達到佳


氣隙是標準徑向單相異步電機轉子和定子之間的徑向距離。為了提高設計效率,需要保持佳氣隙。氣隙尺寸涉及定子、轉子、電機外殼和軸承的設計。所有這些都會影響定子和轉子軸的對準。


漆包線


磁鐵或漆包線是一種電解精煉的銅或鋁線,已完全退火并涂有一層或多層絕緣層。例如,使用總共有12層絕緣層的電線。典型的絕緣膜,隨著溫度范圍的增加,有聚乙烯、聚氨酯、聚酯和聚酰亞胺,高溫度可達250°C。較厚的矩形或方形磁鐵線用高溫聚酰亞胺或玻璃纖維膠帶包裹,使用更多的銅,更大的導體棒和導體增加了定子和轉子繞組的橫截面積。這降低了繞組的電阻,并減少了電流造成的損耗,高效電動機的定子繞組中的銅通常會多出20%。


單相異步電機由很多的零部件構成,每個零部所提 供不同的結構和功能屬性不同,導致在電機系統的功能不同,每個零部件提供功能優劣終影響電機輸入性能。通過優化馬達各個部件的性能,終使電機的性能達到優。

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