提升電機效率從損耗控制和分析入手

電機損耗分類(lèi)及特性

電機損耗可分為恒定及負載損耗，恒定損耗包含風(fēng)摩耗和鐵損，是電機運行時(shí)的固有損耗，與電材料、制造工藝、結構設計、轉速等參數有關(guān)，與負載大小無(wú)關(guān)。負載損耗包括定子銅損、轉子銅損和雜散損耗，對繞線(xiàn)轉子電機還應包括碳刷及外接電路的電損耗。

銅損耗。是電機定子、轉子電流引起的損耗，包括定子銅耗和轉子銅耗，其大小與電機電流及繞組電阻值直接相關(guān)。因而在電機質(zhì)量控制中，電磁線(xiàn)及鑄鋁轉子鋁的材質(zhì)非常關(guān)鍵。

鐵芯損耗。由電機定子繞組磁場(chǎng)在鐵心中交變所引起的渦流損耗和磁滯損耗組成。其大小與鐵心材料、電源頻率及磁通密度有關(guān)。鐵芯損耗大小基本與電機電壓的平方成正比。

風(fēng)磨損耗。也稱(chēng)為機械損耗，是恒定損耗之一，主要包括軸承摩擦損耗及通風(fēng)系統損耗，對繞線(xiàn)式轉子還存在電刷摩擦損耗。對于高效率電機，電機風(fēng)扇大小、軸承密封型式對機械損耗影響特別明顯，尤其是高轉速電機更為敏感。電機功率越大，機械損耗在總損耗中所占比例也越大。

雜散耗。該損耗由定子漏磁通，電機定轉子的各種高次諧波在導線(xiàn)、鐵心及其他金屬部件內所引起。

各種損耗的與電機總損耗占比情況。鐵耗——20%~25%；機械損耗——10%~50%；銅耗——20%~70%；雜散損耗——10%~15%。

電機效率與損耗相關(guān)聯(lián)性

電機效率與損耗是一種負相關(guān)關(guān)系，即效率越高損耗越小，反之，損耗越大，效率越低。對于高效電機，損耗的有效控制是提高電機能效的最有效手段。

影響電機損耗的因素

輸入電壓變化。與電機的額定電壓相比，實(shí)際運行時(shí)輸入的電壓都會(huì )有不同程度的偏差，運行電壓略低于額定電壓（但不能低于10%，比較好的在2-3%之間）時(shí)，保證電機正常運行的同時(shí)，電機損耗要??；相反，當電機運行電壓高于額定電壓時(shí)，電機損耗會(huì )增加，若超出過(guò)多，電機電流增加過(guò)大甚至導致燒毀故障。

電機空載、輕載和重載時(shí)，電壓與效率的關(guān)系又各不相同。

電壓不平損耗。若輸入電壓不平衡，將導致異步電機電流不平。因負序電流的存在導致電機的轉矩減小。

電源頻率變化。對于風(fēng)機泵類(lèi)負載，軸轉矩與轉速的平方成正比變化，頻率降低后，轉速下降，轉矩也下降，定子、、轉子電流下降，因而電機效率有所提高，再加上軸功率有大幅度下降，電機輸入功率同樣大幅度下降，所以風(fēng)機泵類(lèi)負載采用變頻調速，在低速時(shí)可獲得好的節能效果。

在這里必須提到的是電機轉速下降后對于溫升的影響，因而在電機的設計環(huán)節、試驗環(huán)節應對該工況的特殊性予以評價(jià)，從電機材料選擇及結構設計方面下功夫，規避低頻運行時(shí)溫升的不符合。

非正弦波形電源供電。大多數變頻器輸出電壓波形是非正弦波，在異步電機中產(chǎn)生諧波電流及諧波磁動(dòng)勢，這勢必會(huì )造成電機雜散損耗的增加。

電機起動(dòng)和停機損耗。有些負載要求斷續運行，甚至頻繁起動(dòng)，這樣將會(huì )使定子繞組頻繁受到?jīng)_擊力，鼠籠轉子也會(huì )因發(fā)熱不均勻，產(chǎn)生熱應力，反復起動(dòng)會(huì )使轉子導條斷裂。起動(dòng)時(shí)電機發(fā)熱增多而散熱條件較穩態(tài)運行差，多次起動(dòng)也會(huì )使電機過(guò)熱。因此在規定時(shí)間內對起動(dòng)次數及時(shí)間間隔都有規定。采用高轉子電阻電機，可以減少定轉子起動(dòng)電流，所以可減少能耗及電流沖擊影響。

節能高效電機是一種不可逆轉的發(fā)展趨勢

目前我國工業(yè)能耗約占總能耗的70%，其中電機能耗約占工業(yè)能耗的60%~70%，加上非工業(yè)電機能耗，電機實(shí)際能耗約占總能耗的50%以上。而現今高效節能電機應用比例低。從節能和環(huán)保的角度分析，高效電機推廣和應用已成為一種無(wú)法逆轉的趨勢。