提高交流電動機效率的幾個著手點

李林

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

關鍵詞：損耗；效率較低；控制電路；結構；改進

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

0 引言

電動機廣泛應用于各個領域，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。而三相異步電動機用電量占絕大多數(shù)。電動機效率的提高對于能源節(jié)約、環(huán)保具有重要意義。提高電動機的效率降低損耗，是電機與電路設計人員必須了解和著手解決的問題，現(xiàn)就電動機電路及其結構進行合理構思具體改進措施。

1 針對可變性機械負載

在生產過程中，許多設備都是不均勻負荷的情況，隨著時間變化負載有輕載或滿載甚至空載及間斷運行的狀況，如果交流電動機恒速傳動的方案運行，那么運行效率就很低了，造成大量的能源浪費。如果根據(jù)負載轉速的變化要求，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速，獲得對應的電機運行速度。能夠在不同的轉速情況下均保持較高的運行效率，不僅降低了電能消耗，同時能在啟動時，保護電機及負載設備免受瞬時啟動的沖擊幾對電網影響，并提高設備的精確度，變頻調速是通過改變輸入到交流電機的電源頻率，從而達到調節(jié)交流電動機轉速的目的。一些變頻裝置能夠在效率基本不變的情況下，通過改變驅動電源的電壓和頻率，平滑地調節(jié)電機轉速，根據(jù)輸出量的要求改變輸出功率。實踐證明變頻技術用于交流電動機設備驅動控制場合取得了顯著的效率提高，普遍達到節(jié)能的目的。主要設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， 其調速過程無損耗。 調速、應用范圍廣，特性好、精度高。但是造價高，維護檢修較困難； 常用的有三菱、西門子等變頻器。

2 恒定負載情況

對于連續(xù)恒定負載電動機的情況當然可選用以上變頻調速設備，但為了節(jié)約成本，減少日常維修工作量，這樣就按照電動機的連續(xù)恒載工作制方法選定合適的電動機。選用原則是在計算出負載功率Pz后，選擇額定功率Pn等于或略大于Pz的電動機。電動機起動電流較大，但由于起動時間較短，對電動機發(fā)熱影響不大，可不予考慮。如果選用籠型異步電動機，一般再校驗一下起動能力即可。一般在紡織、造紙等設備很多連續(xù)工作的生產機械都選用連續(xù)恒載工作制電動機。對于這類電動機除了考慮承載功率、溫升等參數(shù)外那么對于電機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，使三相電動機的電源電壓不對稱，由于不平衡電壓存在著正序、負序、零序三個電壓分量，電機產生反向序轉矩，起到制動作用，即增大電機運行中的損耗。另外如果電網電壓偏低，也會使得正常工作的電機電流偏大，因而使損耗增大。解決辦法就是裝設平衡裝置，使電機電源趨于平衡。

4 電動機材料結構的選用

從電動機的結構與材料選用上分析，來降低固定損耗、可變損耗和雜散損耗，電動機定子要降低鐵耗，就要增加硅鋼片的用量，及其導磁率高的材料。在大功率電機中，鐵耗在總損耗中已占到相當大的比重，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率，主要反映在磁感上，磁感越高，磁導率越大。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，但由于電機產品的小型化、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被應用。另外定子繞組磁動勢所包含的高次諧波之強弱直接影響著電動機的性能。目前電機普遍采用的普通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、降低電機溫升等優(yōu)點，也是應用于高效電動機的一種有效方法。

5 轉子結構的分析

轉子繞組損耗卻受轉子結構的影響很大，因為常用的轉子結構有鑄鋁轉子和銅條轉子，銅的電阻率比鋁的電阻率小很多，所以采用銅條轉子的損耗比鑄鋁轉子的損耗少一半，對于功率較大的高壓電動機，為降低轉子銅損而提高電機效率，采用銅條轉子。

6 降低機械損耗

這些損耗包括風扇的損耗，電機轉子表面的摩擦損耗、軸承摩擦、密封圈摩擦損耗等。與電機轉速、通風方式、風扇形式、加工精度及裝配質量等有關。現(xiàn)電機常用的正反向葉片，徑向分布盆式風扇，氣流經過風扇時，與葉片不一致，會在葉片間產生較大的渦流。另外，葉片鑄造粗糙，也使風流不暢，也會使風摩耗增加。 為降低風阻，可在合適較大機座上采用軸流式或后傾式風扇。 由于高效率電機的熱耗降低，相應冷卻用風量可適當減少，通風功率也可減少，可有效地降低風摩耗。另外在合理的通風結構設計，也會起到這種效果，這些都是比較經濟的降低損耗的方法。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矩。另外在 鐵芯設計上采用多槽數(shù)、短節(jié)距； 盡量使定子、轉子選窄槽口；鐵心兩端避免用到導磁材料； 適當增大氣隙；定子開口槽采用磁性槽楔；改進端部結構，減少端部漏磁損耗等。 為增大轉子導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。

電機的節(jié)能是一項系統(tǒng)工程，涉及電動機零部件的制造、選用、配套電路運行、維護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方法，為交流電動機在生產過程中提高效率減少損耗，及設計出高效的電動機提供了一定的參考。