提高交流電動機(jī)效率的幾個著手點(diǎn)

李林

摘 要：交流異步電動機(jī)的用電量，占電網(wǎng)耗電的絕大多數(shù)，目前我國電力能源利用效率較低、浪費(fèi)大，電力供應(yīng)形勢嚴(yán)峻。提高電動機(jī)的效率降低損耗，是電機(jī)制造與電路設(shè)計人員必須了解和著手解決的問題，本文從電動機(jī)控制電路及其本身結(jié)構(gòu)，幾個不同角度進(jìn)行分析，如何減小損耗提高運(yùn)行效率，并合理構(gòu)思了具體改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：損耗；效率較低；控制電路；結(jié)構(gòu)；改進(jìn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.224

0 引言

電動機(jī)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，有各種用途。另外其用電量在世界各國總數(shù)量上來說也是占多半以上。而三相異步電動機(jī)用電量占絕大多數(shù)。電動機(jī)效率的提高對于能源節(jié)約、環(huán)保具有重要意義。提高電動機(jī)的效率降低損耗，是電機(jī)與電路設(shè)計人員必須了解和著手解決的問題，現(xiàn)就電動機(jī)電路及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理構(gòu)思具體改進(jìn)措施。

1 針對可變性機(jī)械負(fù)載

在生產(chǎn)過程中，許多設(shè)備都是不均勻負(fù)荷的情況，隨著時間變化負(fù)載有輕載或滿載甚至空載及間斷運(yùn)行的狀況，如果交流電動機(jī)恒速傳動的方案運(yùn)行，那么運(yùn)行效率就很低了，造成大量的能源浪費(fèi)。如果根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)速的變化要求，通過改變電動機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，獲得對應(yīng)的電機(jī)運(yùn)行速度。能夠在不同的轉(zhuǎn)速情況下均保持較高的運(yùn)行效率，不僅降低了電能消耗，同時能在啟動時，保護(hù)電機(jī)及負(fù)載設(shè)備免受瞬時啟動的沖擊幾對電網(wǎng)影響，并提高設(shè)備的精確度，變頻調(diào)速是通過改變輸入到交流電機(jī)的電源頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。一些變頻裝置能夠在效率基本不變的情況下，通過改變驅(qū)動電源的電壓和頻率，平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)輸出量的要求改變輸出功率。實(shí)踐證明變頻技術(shù)用于交流電動機(jī)設(shè)備驅(qū)動控制場合取得了顯著的效率提高，普遍達(dá)到節(jié)能的目的。主要設(shè)備是由變頻器提供變頻電源，變頻器可分成交流-直流-交流變頻器和交流-交流變頻器兩大類，目前大都使用前者， 其調(diào)速過程無損耗。 調(diào)速、應(yīng)用范圍廣，特性好、精度高。但是造價高，維護(hù)檢修較困難； 常用的有三菱、西門子等變頻器。

2 恒定負(fù)載情況

對于連續(xù)恒定負(fù)載電動機(jī)的情況當(dāng)然可選用以上變頻調(diào)速設(shè)備，但為了節(jié)約成本，減少日常維修工作量，這樣就按照電動機(jī)的連續(xù)恒載工作制方法選定合適的電動機(jī)。選用原則是在計算出負(fù)載功率Pz后，選擇額定功率Pn等于或略大于Pz的電動機(jī)。電動機(jī)起動電流較大，但由于起動時間較短，對電動機(jī)發(fā)熱影響不大，可不予考慮。如果選用籠型異步電動機(jī)，一般再校驗(yàn)一下起動能力即可。一般在紡織、造紙等設(shè)備很多連續(xù)工作的生產(chǎn)機(jī)械都選用連續(xù)恒載工作制電動機(jī)。對于這類電動機(jī)除了考慮承載功率、溫升等參數(shù)外那么對于電機(jī)首先考慮的還是效率與損耗。

3 維持電源電壓平衡

由于三相四線制供電系統(tǒng)不平衡，使三相電動機(jī)的電源電壓不對稱，由于不平衡電壓存在著正序、負(fù)序、零序三個電壓分量，電機(jī)產(chǎn)生反向序轉(zhuǎn)矩，起到制動作用，即增大電機(jī)運(yùn)行中的損耗。另外如果電網(wǎng)電壓偏低，也會使得正常工作的電機(jī)電流偏大，因而使損耗增大。解決辦法就是裝設(shè)平衡裝置，使電機(jī)電源趨于平衡。

4 電動機(jī)材料結(jié)構(gòu)的選用

從電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與材料選用上分析，來降低固定損耗、可變損耗和雜散損耗，電動機(jī)定子要降低鐵耗，就要增加硅鋼片的用量，及其導(dǎo)磁率高的材料。在大功率電機(jī)中，鐵耗在總損耗中已占到相當(dāng)大的比重，因此，選用新的鐵芯材料，降低鐵芯材料的單位損耗值將有助于電機(jī)鐵耗的下降。為了使勵磁電流減小，鐵芯材料必須有較高的磁導(dǎo)率，主要反映在磁感上，磁感越高，磁導(dǎo)率越大。因此，高磁感、低鐵損的無取向硅鋼片是大中型高效電機(jī)鐵芯材料的首選，采用普通的冷軋無取向硅鋼片，但由于電機(jī)產(chǎn)品的小型化、和高效率化，普通冷軋硅鋼片的鐵芯難以滿足要求，因此薄的低鐵損無取向硅鋼片應(yīng)被應(yīng)用。另外定子繞組磁動勢所包含的高次諧波之強(qiáng)弱直接影響著電動機(jī)的性能。目前電機(jī)普遍采用的普通60°相帶等元件繞組，工藝性好，但存在著不少諧波，影響電機(jī)性能。低諧波繞組就是繞組諧波含量低，它是通過繞組的重新設(shè)計來削弱原60°相帶繞組的部分諧波，改善定子繞組磁勢波形，使磁勢波形趨向正弦波。因該繞組具有提高繞組系數(shù)、降低雜散損耗、降低電機(jī)溫升等優(yōu)點(diǎn)，也是應(yīng)用于高效電動機(jī)的一種有效方法。

5 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的分析

轉(zhuǎn)子繞組損耗卻受轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的影響很大，因?yàn)槌Ｓ玫霓D(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有鑄鋁轉(zhuǎn)子和銅條轉(zhuǎn)子，銅的電阻率比鋁的電阻率小很多，所以采用銅條轉(zhuǎn)子的損耗比鑄鋁轉(zhuǎn)子的損耗少一半，對于功率較大的高壓電動機(jī)，為降低轉(zhuǎn)子銅損而提高電機(jī)效率，采用銅條轉(zhuǎn)子。

6 降低機(jī)械損耗

這些損耗包括風(fēng)扇的損耗，電機(jī)轉(zhuǎn)子表面的摩擦損耗、軸承摩擦、密封圈摩擦損耗等。與電機(jī)轉(zhuǎn)速、通風(fēng)方式、風(fēng)扇形式、加工精度及裝配質(zhì)量等有關(guān)?，F(xiàn)電機(jī)常用的正反向葉片，徑向分布盆式風(fēng)扇，氣流經(jīng)過風(fēng)扇時，與葉片不一致，會在葉片間產(chǎn)生較大的渦流。另外，葉片鑄造粗糙，也使風(fēng)流不暢，也會使風(fēng)摩耗增加。 為降低風(fēng)阻，可在合適較大機(jī)座上采用軸流式或后傾式風(fēng)扇。 由于高效率電機(jī)的熱耗降低，相應(yīng)冷卻用風(fēng)量可適當(dāng)減少，通風(fēng)功率也可減少，可有效地降低風(fēng)摩耗。另外在合理的通風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，也會起到這種效果，這些都是比較經(jīng)濟(jì)的降低損耗的方法。在零部件選用上，用低磨擦軸承、阻力小的潤滑脂、密封圈來降低損耗 ；在尺寸采用中間公差及提高形位公差精度，且保證在運(yùn)輸、裝配時不變形，從而來降低摩擦損耗。

7 降低雜散損耗措施

在定子繞組的接法上采用正弦繞組接法。以削弱合成磁場中的高次諧波，來削弱附加損耗和附加轉(zhuǎn)矩。另外在 鐵芯設(shè)計上采用多槽數(shù)、短節(jié)距； 盡量使定子、轉(zhuǎn)子選窄槽口；鐵心兩端避免用到導(dǎo)磁材料； 適當(dāng)增大氣隙；定子開口槽采用磁性槽楔；改進(jìn)端部結(jié)構(gòu)，減少端部漏磁損耗等。 為增大轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與鐵心間的接觸電阻。可采用沖片氧化處理法、脫殼處理法等提高接觸電阻，降低雜散損耗。

電機(jī)的節(jié)能是一項系統(tǒng)工程，涉及電動機(jī)零部件的制造、選用、配套電路運(yùn)行、維護(hù)檢修等整個使用周期，在使用過程中要根據(jù)不同場合考慮其綜合節(jié)能措施的效果，有了這些分析和改進(jìn)方法，為交流電動機(jī)在生產(chǎn)過程中提高效率減少損耗，及設(shè)計出高效的電動機(jī)提供了一定的參考。