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    提升電機效率從損耗控制和分析入手

    2021-09-06 14:11:52

    電機損耗分類及特性

    電機損耗可分為恒定及負載損耗,恒定損耗包含風摩耗和鐵損,是電機運行時的固有損耗,與電材料、制造工藝、結構設計、轉速等參數有關,與負載大小無關。負載損耗包括定子銅損、轉子銅損和雜散損耗,對繞線轉子電機還應包括碳刷及外接電路的電損耗。


    銅損耗。是電機定子、轉子電流引起的損耗,包括定子銅耗和轉子銅耗,其大小與電機電流及繞組電阻值直接相關。因而在電機質量控制中,電磁線及鑄鋁轉子鋁的材質非常關鍵。

    鐵芯損耗。由電機定子繞組磁場在鐵心中交變所引起的渦流損耗和磁滯損耗組成。其大小與鐵心材料、電源頻率及磁通密度有關。鐵芯損耗大小基本與電機電壓的平方成正比。

    風磨損耗。也稱為機械損耗,是恒定損耗之一,主要包括軸承摩擦損耗及通風系統損耗,對繞線式轉子還存在電刷摩擦損耗。對于高效率電機,電機風扇大小、軸承密封型式對機械損耗影響特別明顯,尤其是高轉速電機更為敏感。電機功率越大,機械損耗在總損耗中所占比例也越大。

    雜散耗。該損耗由定子漏磁通,電機定轉子的各種高次諧波在導線、鐵心及其他金屬部件內所引起。


    電機


    各種損耗的與電機總損耗占比情況。鐵耗——20%~25%;機械損耗——10%~50%;銅耗——20%~70%;雜散損耗——10%~15%。


    電機效率與損耗相關聯性

    電機效率與損耗是一種負相關關系,即效率越高損耗越小,反之,損耗越大,效率越低。對于高效電機,損耗的有效控制是提高電機能效的最有效手段。


    影響電機損耗的因素

    輸入電壓變化。與電機的額定電壓相比,實際運行時輸入的電壓都會有不同程度的偏差,運行電壓略低于額定電壓(但不能低于10%,比較好的在2-3%之間)時,保證電機正常運行的同時,電機損耗要小;相反,當電機運行電壓高于額定電壓時,電機損耗會增加,若超出過多,電機電流增加過大甚至導致燒毀故障。

    電機空載、輕載和重載時,電壓與效率的關系又各不相同。


    電壓不平損耗。若輸入電壓不平衡,將導致異步電機電流不平。因負序電流的存在導致電機的轉矩減小。


    電源頻率變化。對于風機泵類負載,軸轉矩與轉速的平方成正比變化,頻率降低后,轉速下降,轉矩也下降,定子、、轉子電流下降,因而電機效率有所提高,再加上軸功率有大幅度下降,電機輸入功率同樣大幅度下降,所以風機泵類負載采用變頻調速,在低速時可獲得好的節能效果。

    在這里必須提到的是電機轉速下降后對于溫升的影響,因而在電機的設計環節、試驗環節應對該工況的特殊性予以評價,從電機材料選擇及結構設計方面下功夫,規避低頻運行時溫升的不符合。


    非正弦波形電源供電。大多數變頻器輸出電壓波形是非正弦波,在異步電機中產生諧波電流及諧波磁動勢,這勢必會造成電機雜散損耗的增加。


    電機起動和停機損耗。有些負載要求斷續運行,甚至頻繁起動,這樣將會使定子繞組頻繁受到沖擊力,鼠籠轉子也會因發熱不均勻,產生熱應力,反復起動會使轉子導條斷裂。起動時電機發熱增多而散熱條件較穩態運行差,多次起動也會使電機過熱。因此在規定時間內對起動次數及時間間隔都有規定。采用高轉子電阻電機,可以減少定轉子起動電流,所以可減少能耗及電流沖擊影響。

    節能高效電機是一種不可逆轉的發展趨勢

    目前我國工業能耗約占總能耗的70%,其中電機能耗約占工業能耗的60%~70%,加上非工業電機能耗,電機實際能耗約占總能耗的50%以上。而現今高效節能電機應用比例低。從節能和環保的角度分析,高效電機推廣和應用已成為一種無法逆轉的趨勢。


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