超高效电机效率实现途径之探讨

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1、超高效电机效率实现途径之探讨所属分类:行业纵览  来源:  更新日期:2011-06-21       高效、超高效电动机的设计要点是降低各项损耗，提高电动机效率。所采取的措施包括：应用特殊下线工具，提高定子槽满率，增加了铜线的截面积；提高制造精度，缩短线圈端部长度，加强冲片和定子铁心的制造质量，从而减少铁耗和激磁电流及其引起的铜耗；改善转子槽绝缘工艺，降低负载杂耗；合理地选择硅钢片的牌号，降低铁损和定子铜耗。一、降低定子铜耗         定子绕组铜损耗Pcu1约占总损耗的40％，主要为满载时定子

2、绕组在运行温度下的电阻损耗。定子绕组损耗计算公式为：Pcu1=1.5I12R1W                                        通过对比我公司研制的NEMA系列高效电机和YBX3系列2级能效电机的试验结果，发现NEMA系列电机定子铜耗试验值比计算值平均增加14.47％，YBX3系列电机定子铜耗试验值比计算值平均增加12.39％。通过以上计算公式，可以得出铜耗增加的原因可以分为：定子电阻的增加而引起铜耗的增加和定子电流的增加而引起铜耗的增加两方面因素。降低定子铜耗，可以从

3、以下方面入手。         (1)合理选择硅钢片牌号，严格控制铁心制造质量。         根据定子铜耗的计算公式，定子电流增大是导致定子铜耗大幅度增加的一个主要原因。根据电机学理论：负载时，定子电流分为有功分量和无功分量，有功部分产生轴功率和各项损耗，无功部分又包括建立磁场的激磁电流和电抗电流。同样，空载时的电流也分为两部分，一部分是产生磁场的无功分量，另一部分是产生风摩耗的有功分量，无功分量即为激磁电流。         高效电机硅钢片的合理选择尤其重要，小功率电机因空载电流占满载电流的比例

4、较大，所以应考虑采用导磁性能好的硅钢片，这样在相同磁通密度下，产生激磁电流较小，定子电流的无功分量少，功率因数提高，定子电流小，定子铜耗少；而大功率电机由于空载电流所占比例较小，采用高导磁的硅钢片，对于降低铁损效果不明显，在功率较大的电机中，铁耗在总损耗中已占有相当大的比例，因此，应考虑采用单位铁损较低的硅钢片，以便降低铁损和提高电机转矩。        (2)严把硅钢片质量关，严格控制铁心制造质量，是减小激磁电流的有效手段。下面列出了铁心制造过程中能够使定子激磁电流增加的因素。        a)硅

5、钢片的磁化能力差，不符合设计要求，则激磁电流大，功率因数低，同时定子电流大，造成定子铜耗大，效率低；        b)硅钢片毛刺大，叠压系数降低，铁心齿部弹开大于允许值，导致定、转子铁心重量不足，定子齿、轭的截面积减小，磁通密度增大，从而激磁电流大，功率因数低，同时定子电流大，造成定子铜耗大，效率低；        c)铁心长度大于允许值。一方面定、转子铁心长度不同或产生菱形，相当气隙有效长度增加，气隙磁势增大，激磁电流大，功率因数低；另一方面铁心有效长度增大，使漏抗系数增大，漏抗增大，满载电抗电流

6、增大，功率因数降低，同时定、转子电流大，造成铜耗大，效率低。       (3)提高槽满率，缩短绕组端部长度       增加槽满率，压缩端部长，可以提高效率，这已是共识。目前国内高效电机制造厂其槽满率已达82％～83％，而我公司曾外购的波兰电机槽满率达到了82.65％。槽满率的大幅度提高，要求在线圈的绕制、嵌线有较高工艺手段进行保证，另外对定子的叠片质量也有较高的要求，要严格保证槽形尺寸，保证叠片整齐。       (4)优选低电阻率电磁线       超高效电机电磁线的选择除性能指标符合IEC60

7、851外，其电阻率一定要低，这样才能最大限度的降低定子铜耗。铜圆线有无氧铜杆与低氧铜杆之分，两者性能基本接近，只不过低氧铜杆的柔软度要好于无氧铜杆，为便于下线，超高效电机电磁线选用低氧铜杆。普通电磁线室温下电阻率为0.017241Ωm，而目前国内高效电机制造厂用200级变频漆包铜圆线，室温下电阻率小于0.017Ωm。二、降低铁损      虽然冷轧片具有高导磁、低损耗、厚度均匀和同板差小的优点，但冷轧片的磁感应强度和铁损对机械应力非常敏感，经冲剪加工后，沿冲剪分离线的边缘由于塑性变形，引起了内部应力的

8、积聚和物理性能的变化，会导致冷轧硅钢片的导磁性能降低、铁耗增加。所以，在高效率电机中虽然采用高牌号的冷轧片，但并没有真正发挥出其优势。      铁心损耗PFe占总损耗的20％左右，由交变主磁通在定子或转子铁心中产生的磁滞损耗和涡流损耗组成。正常运转时，异步电机转子的磁通变化频率很低，转子铁心损耗可以忽略不计。铁心损耗计算公式为：       PFe=KPl.0／5.0B2(f／50)1.3~1.5GFe      式中：P1.0／5.0铁心材料在频率5