什么是电机效率？怎么样提高效率？怎么降低电机损耗？

时间: 2024-08-03 08:18:11 |   作者: 选型手册下载

  电动机是一种利用绕组中磁场和电流之间的相互作用将电能转换为机械能以在电动机中产生/产生力的机器。如果我们实际上逆转了这样的一个过程，那么机械能就会转化为电能，这是由发电机完成的。电磁是电机使用的主要现象。



  定子：电机的固定部分是定子，它要么有很少的绕组，要么有一个固定的磁铁。其主要核心由多层或不同金属板制成，以最大限度地减少损失。

  气隙：定子和转子之间的微小间隙称为气隙。这两个组件之间必须有间隙，但必须尽可能小，否则会对电机性能产生不利影响。

  换向器：它基本上处理将输入切换到直流电机的过程。它由相互绝缘和与轴绝缘的滑环组成。

  正如您现在所看到的，有许多类型的电机，我们谈论我们的行业，这些电机使用了大约 70% 的能源，其中很大一部分能源被浪费了。通过减少这种浪费，公司不仅有助于保护环境，还能够更好的降低成本并提高盈利能力。



  这是说明电机性能的因素。它是轴上输出功率和输入功率之间的比率，可以写为效率（e）=输出功率/输入功率，即

  电机功率级和不同效率的说明 当我们以VI瓦的形式向直流电机提供输入功率时，电枢绕组和励磁绕组中会发生铜损。

  现在，输入功率减去铜损等于驱动功率（Eb我一个以瓦特为单位），在电机电枢中产生（也称为开发功率）。

  剩余功率不是总输出功率，因为直流电机中也存在铁和摩擦损耗，占总损耗的 10 – 20%。最后，驱动功率减去铁和摩擦损失等于电机轴的总输出功率（机械功率）。



  电机的这种效率受少量损耗的影响，包括电阻损耗、摩擦引起的机械损耗、磁芯中磁能耗散造成的损耗以及取决于所用材料类型的不同损耗。为了使电机更高效，我们一定要减少电机的损耗。以下是一些能够使用的方法或技巧来提高电机的效率系数。

  1、电机框架的功能是为绕组提供机械保护。它还负责通过支脚安装的接口。电机框架在其热性能中起着至关重要的作用，因为它负责将电机内部产生的热量传递到风扇吹出的空气将促进散热的框架表面。这将减少热损失。

  2、另一个基本技巧是保持靠近风扇盖背面的任何墙壁之间的最小间隙，以允许进气。保持电机周围清洁，并按时进行检查是否有任何可能降低冷却系统性能的空气堵塞。因此，运行得越酷的电机，它的常规使用的寿命就越长。

  3、定子是电机的主要部件，导致60%的损耗，因此为减少这些损耗，定子绕组的质量一定要保持较大，因为质量的增加会降低电阻。与为标准效率型号设计的电机相比，高效电机含有 25% 的额外铜。

  4、转子损耗也被认为是损失的次要来源，主要是由电机显示的滑移程度引起的。滑移其实就是磁场速度（RPM）与给定负载下转子和轴的实际RPM的差异。其中，滑差是通过将无负载电机的速度减去负载电机的速度除以负载电机的速度来获得的。因此，为减少这些损失，必须减少滑移，这是通过提高转子的导电性来完成的。铜必须大量使用，因为铜具有高导电性。但是铜必须是压铸的，因为最近已经开发了用于压铸铜的工艺。

  5、磁芯磁损来源于磁滞，总损耗的20%由磁芯涡流和饱和引起。利用高质量的材料和质量控制，可以将损失降至最低，来提升效率。

  6、为减少滞后和饱和的影响，含有少量硅的钢将用于层压，而不是低成本的碳钢。通过这一种方式，可以消除磁芯损耗。通过减小层压厚度和增加层压长度，可以最大限度地减少磁通密度和芯损。

  7、通过确保所用板材或层压板之间的适当绝缘，可以在很大程度上将涡流损耗降至最低。

  8、润滑间隔是电机安装额定转速、轴承尺寸、润滑脂类型和温升的函数。因此，在使用润滑剂时请务必小心。不要混合润滑脂类型，即使它们使用相同的元素。如果在应用中使用其他润滑脂，这将直接影响电机性能。



  由于电动机的损耗分布随功率大小和极数不同而变化，因此为降低损耗，应着重对不一样的功率和极数的主要损耗分量采取一定的措施，现将降低损耗的一些途径简述如下：

  根据电动机相似原理可知，当电磁负荷不变，并且不考虑机械损耗时，电动机的损耗约与电机线次方成比例，而电动机的输入功率约与线次方成比例，由此可近似得出效率与有效材料用量的关系， 为了在一定的安装尺寸条件下，获得较大的空间，以便能置放较多的有效材料来提高电动机效率，定子冲片外径尺寸就成为一个主要的因素。在同样机座范围内，美国电动机相对于欧洲电动机具有较大的出力。为有利于散热，降低温升，美国电动机一般均采用较大外径的定子冲片，而欧洲电动机则由于考虑防爆电动机等结构派生的需要，以及减少绕组端部用铜量和生产所带来的成本，一般均采用较小外径的定子冲片。

  铁心材料的磁性能（导磁率和单位铁损）对电动机的效率和其他性能影响较大，同时铁心材料费用又是构成电动机成本的主要部份，因此选用合适的磁性材料是设计和制造高效率电动机的关键。在较大功率电动机中，铁耗在总损耗中已占到相当大的比重，因此降低铁心材料的单位损耗值将有利于电动机铁耗的下降。由于电动机设计和制造的原因，电动机铁耗大大超过按钢厂提供的单位铁损值所计算的数值，所以一般在设计时将单位铁损值增加1.5~2倍来考虑铁耗的增加。

  铁耗增加的问题大多是由于钢厂的单位铁损值是按Epstein方圈法对条料试品来测试而得到的，但是材料经过冲剪叠压后受到很大的应力，损耗会增加；此外，由于齿槽的存在引起气隙，因此导致齿谐波磁场在铁心表面引起空载损耗，这些都将导致电动机制成后铁耗显著地增加。因此除了选择了比较低单位铁损的磁性材料外，尚须控制叠压压力和采取必要的工艺措施以降低铁耗。鉴于价格和工艺的因素，目前在高效率电动机的生产中，高牌号硅钢片和薄于0.5mm的硅钢片使用不多，一般仍采用低炭无硅电工钢片或低硅冷轧硅钢片。欧洲小电机的有些制造商曾采用无硅电工钢片，其单位铁损值为6.5w/kg，近年钢厂推出Polycor420电工钢片，其平均单位损耗为4.0w/kg，甚至低于某些低硅钢片，该材料同时具有较高的导磁率。

  近年日本研制出牌号为50RMA350的低硅冷轧钢片，其成份中加入少量铝和稀土金属，从而在保持较高导磁率同时降低损耗，其单位铁损值为3.12w/kg。这些都可能会为高效率电机的生产推广提供较好的物质基础。

  对于较大功率的2、4极电动机，风摩耗占有相当大的比例，如90kW 2极电动机风摩耗可达总损耗的30%左右。风摩耗主要由风扇消耗的功率所构成。由于高效率电动机的热耗一般较低，因此冷却用风量可减少，从而通风功率也可减少。通风功率约与风扇直径的4~5次方成比例，因此在温升许可的情况下，缩小风扇尺寸可有效地降低风摩耗。此外通风结构的合理设计，对提高通风效率降低风摩耗也是重要的。试验表明，高效率电动机大功率2极部分风摩耗可较普通电动机下降30%左右。由于通风损耗下降幅度较大，而且不需增加多少费用，因此改变风扇设计往往是这部份高效电动机所采取的主要措施之一。

  异步电动机的杂散损耗主要是由磁场高次谐波在定转子铁心和绕组中所产生的高频损耗。为降低负载杂散损耗可通过采用Y—Δ串接的正弦绕组或其他低谐波绕组来降低各次相带谐波的幅值，以此来降低杂散损耗。试验表明，采用正弦绕组可以使杂散损耗平均下降30%以上。

  通过控制转子铸铝时的压力，温度以及气体排放路径等措施，减少转子导条中的气体，来提升导电率，降低转子铝耗。近年美国已研制成功铸铜转子压铸设备及相应的工艺，目前正在进行小批量的试产。计算表明，如以铸铜转子取代铸铝转子，转子损耗可下降大约38%。

  除了增加材料、提高材料性能以及改进工艺外，采用计算机优化设计，在满足成本、性能等约束条件下，合理确定各项参数，从而获得效率的最大可能提高。采用优化设计可以显著缩短电动机设计的时间，并提高电动机设计的质量。