高效電機(jī)電流偏大的原因及電機(jī)耗電量分析

摘 要：高效電機(jī)代替普通電機(jī)會(huì)在運(yùn)行中出現(xiàn)電流偏大現(xiàn)象，對(duì)此企業(yè)將普通電機(jī)替換成高效電機(jī)會(huì)在一定程度上消耗電量。文章主要分析了高效電機(jī)電流偏大的原因，結(jié)合計(jì)算來(lái)比較兩種電機(jī)的耗電量，由此得出電機(jī)耗電量與電流比值無(wú)關(guān)。

關(guān)鍵詞：高效電機(jī)；普通電機(jī)；電流偏大；耗電量

一、高效電機(jī)設(shè)計(jì)思路

電動(dòng)機(jī)把電能改變成機(jī)械能的過(guò)程中，自身會(huì)消耗一定電量。定子損耗、鐵損、雜散損耗以及風(fēng)摩耗是典型交流電動(dòng)機(jī)損耗的組成部分。對(duì)比高效電機(jī)和普通電機(jī)，調(diào)節(jié)了設(shè)計(jì)思路，其目的是降低電機(jī)損耗，加快電機(jī)運(yùn)行速度。

1.定子損耗。定子包括定子鐵芯與定子線圈，磁通回路和固定定子線圈是定子鐵芯的核心功能由沖片和各類緊固件組成。對(duì)比高效電機(jī)和普通電機(jī)，高效電機(jī)選用導(dǎo)磁性強(qiáng)的冷軋硅鋼片，相比于普通電機(jī)所采用的熱軋硅鋼片來(lái)說(shuō)降低了厚度。所以冷軋硅鋼片制作的定子鐵芯感應(yīng)電流會(huì)變小，與此同時(shí)，高效電機(jī)擴(kuò)大了定子槽面積增加了齒部磁密度。在規(guī)劃和制作定子線圈過(guò)程中，絕緣效果好、導(dǎo)線質(zhì)量高是高效電機(jī)所選取的材料，這樣不僅提升了定子槽滿槽率，也縮短了定子繞組長(zhǎng)度，最終降低端部損耗率。

2.轉(zhuǎn)子損耗。電機(jī)轉(zhuǎn)子損耗組成和定子極為相同，所以高效電機(jī)降低轉(zhuǎn)子損耗形式和降低定子損耗的方式一致。

3.鐵損。高效電機(jī)降低鐵損的主要方法有：第一，采取磁導(dǎo)性強(qiáng)的冷軋硅鋼片。第二，增加鐵芯長(zhǎng)度，降低鐵芯磁通密度。第三，選擇質(zhì)量高的鐵芯片絕緣層。

4.雜散損耗。針對(duì)雜散損耗來(lái)講，高效電機(jī)降低損耗的方法有：第一，適當(dāng)增加氣隙長(zhǎng)度。第二，縮短線圈端部長(zhǎng)度。第三，提高轉(zhuǎn)子槽內(nèi)絕緣性能。第四，定轉(zhuǎn)子槽配合重新規(guī)劃從而減少高次諧波。

5.風(fēng)摩耗。高效電機(jī)在減少風(fēng)摩耗的主要方法有：第一選擇精密高效低摩擦損耗的軸承，降低整機(jī)磨耗。第二，選擇小扇葉來(lái)降低風(fēng)阻率。

二、電機(jī)電流運(yùn)行分析

1.空載電流

磁路飽和度和定轉(zhuǎn)子間的縫隙長(zhǎng)度決定了電機(jī)空載電流的大小，縫隙長(zhǎng)度隨磁通密度的變化而變化，給電機(jī)空載電流帶來(lái)不同程度的影響。一般情況下，電機(jī)縫隙長(zhǎng)度較小，只有幾毫米，所以當(dāng)主磁路過(guò)磁回路時(shí)，縫隙長(zhǎng)度所占比例偏小，僅占磁回路長(zhǎng)度的一部分。然而，因?yàn)楣桎撈拇艑?dǎo)比空氣磁導(dǎo)大，是空氣磁導(dǎo)的幾百，幾千倍，針對(duì)電機(jī)空載電流來(lái)說(shuō)，縫隙長(zhǎng)度所帶來(lái)的影響要高于磁通密度影響。

首先，針對(duì)磁通密度來(lái)講，在高效電機(jī)中不僅擴(kuò)大了鐵芯長(zhǎng)度還采用了磁導(dǎo)性能強(qiáng)的冷軋硅鋼片，使得高效電機(jī)磁通密度偏小，因此高效電機(jī)空載電流要比普通電機(jī)空載電流小。

其次，針對(duì)縫隙長(zhǎng)度來(lái)講，由于電機(jī)功率規(guī)格不同，使得雜散損耗的電機(jī)效率偏小，所以在設(shè)計(jì)縫隙長(zhǎng)度的過(guò)程中，高效電機(jī)參數(shù)和普通電機(jī)參數(shù)一致，故而在比較小功率規(guī)格的電機(jī)時(shí)，不需要考慮縫隙長(zhǎng)度對(duì)空載電流造成的影響。對(duì)于功率規(guī)格大的電機(jī)來(lái)說(shuō)，電機(jī)效率受附加損耗的影響，所以設(shè)計(jì)高效電機(jī)時(shí)選用了比普通電機(jī)大的縫隙長(zhǎng)度。針對(duì)功率大的電機(jī)來(lái)說(shuō)，因?yàn)楦咝щ姍C(jī)縫隙長(zhǎng)度大，使得高效電機(jī)空載電流要比普通電機(jī)空載電流要大，然而功率因數(shù)會(huì)減少。

最后，全面考慮。針對(duì)小功率規(guī)格電機(jī)來(lái)說(shuō)，縫隙長(zhǎng)度不變，磁通密度縮小，最終結(jié)果高效電機(jī)空載電流要小于普通電機(jī)空載電流。針對(duì)大功率規(guī)格電機(jī)來(lái)說(shuō)，盡管高效電機(jī)磁通密度小，但是高效電機(jī)縫隙長(zhǎng)度大，結(jié)果縫隙長(zhǎng)度給空載電流帶來(lái)的影響要高于磁通密度影響。

2.負(fù)載電流

根據(jù)電機(jī)的輸出軸功率計(jì)算公式：可以得出電機(jī)電流的有功分量為：

三、電機(jī)耗電量分析

電機(jī)輸出功率、時(shí)間乘積以及時(shí)間損耗構(gòu)成了電機(jī)耗電量，結(jié)合某公司所采集的一組對(duì)比數(shù)據(jù)為例：

因?yàn)樵谙嗤C(jī)上進(jìn)行測(cè)試，并且是滿載運(yùn)行，運(yùn)行電壓相同，所以可以推斷兩臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和輸出軸功率一致。根據(jù)研究數(shù)據(jù)能夠計(jì)算出在負(fù)荷環(huán)境下高效電機(jī)和普通電機(jī)耗電量的理論值和實(shí)際電量比值。高效電機(jī)和普通電機(jī)耗電量比值理論計(jì)算方法為：電機(jī)輸出軸功率計(jì)算公式：輸出軸功率=1.732×U×I×COSφ×η，因?yàn)楦咝щ姍C(jī)與普通電機(jī)輸出軸功率相同，由此得出1.732×U×I×cosφ×η=1.732×U′×I′×cosφ′× η′；1.732×420×57×cosφ×94.7% =1.732×420×55×cosφ′×92%。兩臺(tái)電機(jī)功率因數(shù)比值是cosφ/cosφ′=55×92%/57×94.7%=50.6/53.98。電機(jī)耗電量計(jì)算公式：耗電量W=1.732×U×I×COSφ×t。在所給數(shù)據(jù)中，電壓U與時(shí)間T相同，因此高效電機(jī)與普通電機(jī)耗電量比值為：W/W′=57×50.6/55×53.98=0.9715。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，高效電機(jī)和普通電機(jī)耗電量比值：21.9/22.8=0.9605。經(jīng)比較，理論計(jì)算中的高效電機(jī)耗電量為97.15%，實(shí)際檢測(cè)中高效電機(jī)耗電量為96.05%，說(shuō)明高效電機(jī)在負(fù)載環(huán)境下所耗電量少。

四、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)比較電機(jī)耗電量發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閮煞N電機(jī)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不同，使得在比較高效電機(jī)與普通電機(jī)的過(guò)程中，電機(jī)耗電量比值和運(yùn)行電流比值之間沒(méi)有太大聯(lián)系，而電機(jī)有功電流分量起到?jīng)Q定性作用。結(jié)合之前分析的電機(jī)電流比值不難看出，盡管高效電機(jī)運(yùn)行電流比普通電機(jī)電流大，然而高效電機(jī)有功電流要比普通電機(jī)有功電流小。所以，只有在相同環(huán)境下，高效電機(jī)耗電量才小于普通電機(jī)耗電量。

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作者簡(jiǎn)介：

李建華（1980--）男，河北省秦皇島市人，學(xué)歷大專；研究方向：電機(jī)電器。