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异步电机效率性能参数分析

2020-07-27 14:16:36     来源:电机技术日参        

【哔哥哔特导读】效率作为电机产品的力能特性之一,与功率因数相比更被客户所重视。简单的理解,电机的功率因数表征电机从电网获取电能的能力,对电能的利用率直接相关;而效率则是反映电机本体输出能量的能力。

效率是电动机产品非常关键的性能参数,特别是目前节能控制大环境下,客户对于电机效率水平的追求更为明确和执着。

效率作为电机产品的力能特性之一,与功率因数相比更被客户所重视。简单的理解,电机的功率因数表征电机从电网获取电能的能力,对电能的利用率直接相关;而效率则是反映电机本体输出能量的能力。

从效率的概念分析,电机输出的机械功率(也叫输出功率)与输入有功功率(也叫输入功率)的比为电机的效率,采用百分比表示。输入功率与输出功率之差为电机的损耗。也就是说,要提高电机的效率,应该从减少电机的损耗入手。

对于异步电机,高转速电机相对低转速电机效率高,大容量电机相对小容易电机效率高。

电机的损耗由定子铜耗、转子铜耗、铁耗、风摩耗和杂散损耗组成。

定子铜损耗与定子电流的平方和绕组电阻成正比。定子铜损耗偏大,主要由额定电流增大引起。电机各项损耗增大,都会导致输人有功电流增大;气隙偏大、铁心质量不佳,都会引起输入无功电流增大。

对于转子铜损耗,电机运行时,较小的转子铜损耗会有效提升电机的效率,但是电机起动时,又期望通过增加转子电阻改善其起动性能,特别是对于笼型电机,提高效率并保证起动性能的措施,我们在以前的推文中有过详细的分析,在此不再赘述。在实际生产过程中,铸铝转子电机铝不纯、冲片叠压不好、转子铸铝过程缺陷、定子电流不平衡等问题都会导致转子铜损耗增加。

铁损耗在电机总损耗中占比较大,对于笼型电机要占到20-25%。导致铁损耗偏大,主要是由于铁心质量问题:如铁心冲片短路,涡流损耗增大;气隙大、铁芯马蹄,以及定子绕组匝数、节距小于设计值,而使铁损耗值随磁密增高的平方关系增大;硅钢片的原始比损耗偏高等原因。

风摩耗一般占电机总损耗的5-10%,高转速电机相对要大一些。导致风摩耗增大的原因主要有轴承系统运行不畅、通风损耗增加、机械性磨擦等。

杂散损耗一般占总损耗的10%以下,杂散损耗偏大的原因,主要是由于定子谐波磁通在转子导条及转子表面感生谐波电流,产生附加电阻损耗和表面损耗所致,导致该问题的原因可能有:气隙谐波磁通过大定子绕组节距选择不当,定子磁动势中含有较高的谐波磁动势;气隙磁导不均匀,定转子铁心槽口宽度过大,气隙磁通中齿谐波幅值增大;定转子铁心质量不佳,磁路过于饱和,气隙磁通波形非正弦性畸变。

转子铁心外圆精车不当冲片间严重短路,旋转的转子铁心表面涡流损耗增大。斜槽铸铝转子的导条与铁心槽壁紧密接触,导条感应的谐波电动势,不仅通过铝笼产生谐波电流,而且还在相邻导条之间的铁心齿部形成横向谐波电流,由此引起的谐波电流损耗,往往是杂散损耗的主要部分。导条与铁心贴合得越紧密,接触电阻越小,横向电流损耗便越大。压力铸铝转子,压铸前铁心如未经预热而在槽壁形成氧化膜,杂散损耗就比离心铸铝转子大得多。

另外,铁心未压紧,冲片间有漏铝将相邻导条短接;车削转子铁心外圆时切削压力过大,冲片齿压人导条、铝屑渗入冲片间,都会引起转子横向谐波电流损耗增大。

绕线型电机转子采用绝缘绕组,每槽导线不同相位的谐波电动势合成后,难以形成较大的谐波短路电流,杂散损耗和杂耗附加转矩都不大。

鉴于以上分析,控制电机损耗,提升电机效率,是一项系统性工程,涉及设计方案、工艺方法及生产过程控制的各个方面,是电机人不断探索的艰苦历程,但也是造福人类的节能环保工程。

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