电机降低损耗提高效率的途径

      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，应着重对不同功率和极数的主要损耗分量采取措施，现将降低损耗的一些途径简述如下。

      1．增加有效材料，降低绕组损耗和铁耗

      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性尺寸的3次方成比例，而电动机的输入功率约与线性尺寸的4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重要因素。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成本，一般均采用较小外径的定子冲片。

      2． 采用较好的磁性材料和工艺措施以降低铁耗

      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助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。

      铁耗增加的原因主要是由于钢厂的单位铁损值是按Epstein方圈法对条料试品进行测试而得到的，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，从而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。这些都有可能为高效率电机的生产推广提供较好的物质基础。

      3．缩小风扇降低通风损耗

      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。

      4．通过设计和工艺措施降低杂散损耗

      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，从而降低杂散损耗。试验表明，采用正弦绕组可以使杂散损耗平均下降30%以上。

      5．改进压铸工艺，降低转子损耗

      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，从而提高导电率，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%。

      6．应用计算机优化设计，降低损耗提高效率

      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。

审核编辑 黄宇