佛山市應必優電機有限公司
133-9225-7392
國家高新技術企業 · ISO9001質量體系認證 · 20+技術專利
全國技術咨詢熱線

電動機損耗的比例變化規律及其對策

 二維碼 20
來源:電機展覽會

三相交流電動機的損耗可分為銅耗、鋁耗、鐵耗和雜散耗、風摩耗,前4種為發熱損耗,其總和稱為發熱總損耗。闡述當功率從小到大變化時,銅耗、鋁耗、鐵耗、雜散耗對發熱總損耗的比例變化。通過實例,銅耗和鋁耗占發熱總損耗的比例雖有波動,總體上由大變小,呈下降趨勢。而鐵耗雜散耗相反,雖有波動,總體上由小變大,呈上升趨勢。功率足夠大時,鐵耗雜散耗超過了銅耗。有時雜散耗還超過了銅耗、鐵耗,成為發熱損耗的第一因素。再分析Y2電動機,以及觀察各種損耗對總損耗的比例變化,揭示的規律類似。認識上述規律,得出不同功率電機降低溫升和發熱損耗的側重點不同。對小電機,首先應降低銅耗;對中大功率電動機,應側重降低鐵耗雜散耗。認為“雜散耗比銅耗、鐵耗要小得多”的觀點是片面的。特別強調,電動機功率越大越要注意降低雜散損耗。中大容量電動機采用正弦繞組來降低諧波磁勢及雜散耗,效果往往很好。而降低雜散損耗的各種措施,一般不需要增加有效材料。

1.png

引 言

三相交流電動機的損耗可分為銅耗PCu、鋁耗PAl、鐵耗PFe、雜散耗Ps、風摩耗Pfw,前4種為發熱損耗,其總和稱為發熱總損耗PQ,其中雜散損耗是除了銅耗PCu、鋁耗PAl、鐵耗PFe、風摩耗Pfw4種以外的一切損耗,包括諧波磁勢、漏磁場、斜槽橫向電流等原因。

由于雜散損耗計算困難,測試也比較復雜,很多國家規定,雜散損耗按電動機輸入功率的0.5%計算,將矛盾簡化。但是這個數值非常粗糙,而且不同設計不同工藝,往往差異很大,由此也掩蓋了矛盾,不能真實地反映電動機的實際工作狀況。近來實測雜散耗呼聲愈高。在全球經濟一體化時代,如何與國際接軌,又要有一定的前瞻性,則為大勢所趨。

本文研究三相交流電動機,當功率從小到大變化時,銅耗PCu、鋁耗PAl、鐵耗PFe、雜散耗Ps對發熱總損耗PQ的比例變化規律,由此得出對策,以便將電動機設計制造得更合理更好。

1.電動機的損耗分析

1.1首先觀察一個實例

某廠出口電動機的E系列產品,技術條件規定實測雜散損耗。為方便比較,先看2極電動機,功率范圍從0.75kW到315kW。根據測試結果,求出銅耗PCu、鋁耗PAl、鐵耗PFe、雜散耗Ps對發熱總損耗PQ的比例,見圖1。圖中縱坐標為各種發熱損耗對發熱總損耗的比例(%),橫坐標為電動機功率(kW數),帶菱形的折線為銅耗的比例,帶正方形的折線為鋁耗的比例,帶三角的折線為鐵耗比例,帶叉的折線為雜散損耗的比例。

2.png

圖1 E系列2極電動機銅耗鋁耗鐵耗雜散耗對發熱總損耗的比例折線圖

(1)當電機的功率從小到大變化時,銅耗的比例,雖有波動,總體上由大變小,呈下降趨勢,0.75kW,1.1kW約占50%,而250kW,315kW已不到20%鋁耗的比例變化,總體上也由大變小,呈下降趨勢,但變化幅度不大。

(2)電機功率從小到大,鐵耗的比例變化,雖有波動,總體上由小變大,呈上升趨勢。0.75kW~2.2kW約為15%,而大于90kW時已超過30%,大于銅耗。

(3)雜散耗的比例變化,雖有波動,總體上也由小變大,呈上升趨勢。0.75kW~1.5kW約10%,而110kW時已接近銅耗,大于132kW的各規格,雜散耗大多超過了銅耗。而250kW,315kW的雜散耗超過了銅耗鐵耗,成了發熱損耗中第一因素。

4極電機(折線圖略)。110kW以上鐵耗大于銅耗,250kW及315kW的雜散耗超過銅耗、鐵耗,成了發熱損耗中第一因素。該系列2~6極電動機的銅耗和鋁耗之和,小電機約占發熱總損耗的65%~84%,而大電機下降到35%~50%,而鐵耗相反,小電機約占發熱總損耗的10%~25%,而大電機增加到約26%~38%。雜散耗,小電機約占6%~15%,而大電機增加到21%~35%。功率足夠大時,鐵耗雜散耗超過了銅耗。有時雜散耗還超過了銅耗鐵耗,成為發熱損耗中第一因素。

1.2R系列2極電動機,雜散損耗實測

根據測試結果,求出銅耗鐵耗雜散耗等對發熱總損耗PQ的比例。圖2顯示電機功率與雜散耗銅耗的比例變化。圖中縱坐標為雜散耗銅耗對發熱總損耗的比例(%),橫坐標為電動機功率(kW數),帶菱形的折線為銅耗的比例,帶正方形的折線為雜散損耗的比例。圖2清楚地顯示,總體上電機功率愈大,雜散耗對發熱總損耗的比例也愈大,呈上升趨勢。圖2還顯示大于150kW的各規格,雜散耗超過了銅耗。有幾個規格電機,雜散耗甚至是銅耗的1.5~1.7倍。

本系列2極電動機,功率從22kW到450kW,實測雜散損耗對PQ的比例由不足20%上升到接近40%,變化幅度很大。如用實測雜散損耗對額定輸出功率的比例表示,則約為(1.1~1.3)%,如用實測雜散損耗對輸入功率的比例表示,則約為(1.0~1.2)%,后兩種表達方式其比例變化不大,也難以看出雜散損耗對PQ的比例變化。因此觀察各發熱損耗,特別是雜散損耗對PQ的比例,可以更好地認識各發熱損耗的變化規律。

以上兩例實測雜散損耗均采用美國的IEEE 112B方法

3.png

圖2 R系列2極電動機銅耗雜散耗對發熱總損耗的比例折線圖

1.3 Y2系列電動機

技術條件規定雜散損耗取輸入功率的0.5%,而GB/T1032-2005規定了雜散損耗推薦值,今取其中方法1,公式為Ps=(0.025-0.005×lg(PN))×P1式中PN—為額定功率;P1—為輸入功率。

我們假設雜散損耗實測值等于該推薦值,重新進行電磁計算,并由此求出銅耗鋁耗鐵耗雜散耗四個發熱損耗對發熱總損耗PQ的比例。其比例變化,同樣符合上述規律。

即:當功率從小到大變化時,銅耗、鋁耗的比例總體上由大變小,呈下降趨勢。而鐵耗雜散耗的比例總體上由小變大,呈上升趨勢。無論2極、4極、6極,大于某個功率,鐵耗將超過銅耗;雜散耗的比例也由小變大,漸漸接近銅耗,甚至超過銅耗。2極110kW以上雜散耗成了發熱損耗中第一因素。

圖3為Y2系列4極電動機4種發熱損耗對PQ的比例折線圖(假設雜散損耗實測值等于上述推薦值,其它損耗按計算值)??v坐標為各種發熱損耗對PQ的比例(%),橫坐標為電動機功率(kW數)。顯然,90kW以上鐵耗雜散耗已大于銅耗。

4.png

圖3 Y2系列4極電動機銅耗鋁耗鐵耗雜散耗對發熱總損耗的比例折線圖

1.4文獻研究了各種損耗對總損耗(包括風摩耗在內)的比例

發現銅耗鋁耗在小電機中占總損耗的60%~70%,而容量增大時下降到30%~40%,而鐵耗相反,小電機比例小,而容量增大時要占30%以上。雜散損耗,小電機約占總損耗的5%~10%,而大電機約占15%以上。揭示的規律類似:即功率從小到大變化時,銅耗、鋁耗的比例總體上由大變小,呈下降趨勢,而鐵耗及雜散耗的比例總體上由小變大,呈上升趨勢。

1.5根據GB/T1032-2005方法1規定的雜散損耗推薦值計算式

分子是實測雜散損耗值。電機功率從小到大,雜散損耗對輸入功率的比例變化,遞減下降,變化幅度不小,約2.5%~1.1%。如改分母為總損耗∑P,即Ps/∑P=Ps/P1/(1-η),若電機效率取0.667~0.967,則(1-η)的倒數為3~30,亦即實測雜散損耗對總損耗的比例相比對輸入功率的比例,放大3~30倍,功率越大,折線越快速上升。顯然,若取雜散損耗對發熱總損耗的比例,則“放大倍數“更大。上例R系列2極450kW電機,雜散損耗對輸入功率的比例Ps/P1稍小于上面推薦的計算值,而雜散損耗對總損耗∑P及對發熱總損耗PQ的比例分別為32.8%,39.5%,相比對輸入功率P1的比例,分別“放大”約28倍,34倍。

本文觀察與分析的方法主要是取4種發熱損耗對發熱總損耗PQ的比例,比例數值大,能清楚地看到各種損耗的比例及變化規律,即功率從小到大,銅耗鋁耗的比例總體上由大變小,呈下降趨勢,而鐵耗、雜散耗的比例總體上由小變大,呈上升趨勢。特別是觀察到,電機功率越大,雜散損耗占PQ的比例反而越高,漸漸接近銅耗,超過銅耗,甚至成為發熱損耗中第一因素,因而能夠正確認識其規律并重視降低大電機的雜散損耗。實測雜散耗對發熱總損耗的比例,相比于雜散耗對輸入功率的比例,只是換個方式來表達,并不改變其物理本質。

2.措施

認識上述這一規律,有助于電動機的合理設計合理制造。電動機功率大小不同,降低溫升降低發熱損耗采用何種措施,側重點不同。

2.1對小功率電動機,銅耗占發熱總損耗比例高

40%以上,甚至65%,因此降低溫升首先應降低銅耗,如增大導線截面,減少每槽導體數,增大定子槽形,加長鐵心等。工廠中往往以控制熱負荷AJ來控制溫升,這對小電機來說,完全是正確的??刂艫J本質上就是控制銅耗,根據AJ以及定子內徑、線圈半匝長、銅線電阻率等不難求出整臺電動機的定子銅耗。

2.2當功率從小到大變化時,鐵耗漸漸接近銅耗

大于100kW時鐵耗一般超過了銅耗。因此大電機應重視降低鐵耗。具體措施,可采用低損耗硅鋼片,定子磁密不要過高,還要注意各部分磁密要分布合理。

有些工廠對某些大功率電動機,重新設計,適當減小定子槽形。磁密分布較合理,適當調整了銅耗與鐵耗的比例。雖然定子電流密度增加,熱負荷增加,銅耗增加,但定子磁密降低,鐵耗減少大于銅耗增加。性能與原設計相當,不但溫升下降,還節約定子用銅量。

2.3對降低雜散損耗

本文強調的是電機功率越大越要注重降低雜散損耗。認為“雜散損耗比銅耗要小得多”的觀點,僅適用于小電機。顯然,按上文的觀察與分析,功率越大越不適合。認為“雜散損耗比鐵耗要小得多”的觀點,同樣也是不適合的。

雜散損耗實測值對輸入功率的比例,小電機高,而功率越大比例越低,但不能由此得出結論,小電機要重視降低雜散損耗,而大電動機則不大需要降低雜散損耗。正相反,根據上面實例及分析,電動機功率越大,雜散耗占發熱總損耗的比例反而越高,雜散耗同鐵耗都接近甚至超過了銅耗,所以電動機功率越大,越要注重降低雜散損耗。

2.4降低雜散損耗的措施

降低雜散損耗的辦法,例如增大氣隙,因為雜散耗近似與氣隙兩次方成反比;降低諧波磁勢,例如采用正弦(低諧波)繞組;槽配合適當;減少齒槽效應,轉子采用閉口槽,高壓電機定子開口槽采用磁性槽楔;鑄鋁轉子脫殼處理減低橫向電流,等等。值得注意的是,以上措施一般都不需要增加有效材料。雜耗還與電機發熱狀態有關,如繞組散熱好,電機內部溫度低,雜耗也低。

舉例:某廠修理一臺電動機,6極250kW。修理后試驗,75%額定負荷下溫升已達125K。后將氣隙加工到原尺寸的1.3倍。額定負荷下試驗,溫升竟降到了81K,充分說明了氣隙增大,雜散耗已經大大降低。諧波磁勢是雜散損耗重要因素,中大容量電動機采用正弦繞組降低諧波磁勢,效果往往很好。設計較好的正弦繞組,用于中大功率電動機,當諧波幅值和比原設計降低45%~55%時,雜散損耗可降低32%~55%,不則溫升降低,效率增高,噪聲下降,還能節銅節鐵。

3.結語

3.1三相交流電動機

功率從小到大變化時,銅耗鋁耗對發熱總損耗的比例總體上從大到小,而鐵耗雜散耗的比例總體上從小到大。對于小電機,銅耗占發熱總損耗比例最高,隨著電機容量增大,雜散耗及鐵耗都接近及超過銅耗。

3.2為降低發熱損耗

電機功率不同,采取的措施側重點也不同。對小電機,首先應降低銅耗。對中大功率電動機更要注重降低鐵耗雜散耗。認為“雜散耗比銅耗鐵耗要小得多”的觀點是片面的。

3.3雜散損耗占大電機發熱總損耗的比例反而高

本文強調,電機功率越大越要重視降低雜散損耗。




文章分類: 產品知識
分享到:

1111.png

聯系QQ:489638100        阿里旺旺:yingbiyou

聯系地址:佛山市順德區杏壇中集智谷10B棟1號門4-5樓

手機號碼:139 2225 3052   /    133 9225 7392

聯系郵箱:pqc168@163.com

聯系電話:0757-2280 3069      傳真號碼:0757-2809 3680

掃碼關注:佛山市應必優電機有限公司

公眾號二維碼.png      YBY-小程序碼.jpg

如果您有個性化的電機需求,請在線提交需求說明,我們會盡快與您取得聯系,溝通細節!
姓名
*
電話
*
內容
*
圖紙上傳
未選擇文件
文件大小不超過10M
驗證碼
 換一張
*
提交咨詢