摘 要:高效電機代替普通電機會在運行中出現(xiàn)電流偏大現(xiàn)象,對此企業(yè)將普通電機替換成高效電機會在一定程度上消耗電量。文章主要分析了高效電機電流偏大的原因,結(jié)合計算來比較兩種電機的耗電量,由此得出電機耗電量與電流比值無關(guān)。
關(guān)鍵詞:高效電機;普通電機;電流偏大;耗電量
一、高效電機設(shè)計思路
電動機把電能改變成機械能的過程中,自身會消耗一定電量。定子損耗、鐵損、雜散損耗以及風(fēng)摩耗是典型交流電動機損耗的組成部分。對比高效電機和普通電機,調(diào)節(jié)了設(shè)計思路,其目的是降低電機損耗,加快電機運行速度。
1.定子損耗。定子包括定子鐵芯與定子線圈,磁通回路和固定定子線圈是定子鐵芯的核心功能由沖片和各類緊固件組成。對比高效電機和普通電機,高效電機選用導(dǎo)磁性強的冷軋硅鋼片,相比于普通電機所采用的熱軋硅鋼片來說降低了厚度。所以冷軋硅鋼片制作的定子鐵芯感應(yīng)電流會變小,與此同時,高效電機擴大了定子槽面積增加了齒部磁密度。在規(guī)劃和制作定子線圈過程中,絕緣效果好、導(dǎo)線質(zhì)量高是高效電機所選取的材料,這樣不僅提升了定子槽滿槽率,也縮短了定子繞組長度,最終降低端部損耗率。
2.轉(zhuǎn)子損耗。電機轉(zhuǎn)子損耗組成和定子極為相同,所以高效電機降低轉(zhuǎn)子損耗形式和降低定子損耗的方式一致。
3.鐵損。高效電機降低鐵損的主要方法有:第一,采取磁導(dǎo)性強的冷軋硅鋼片。第二,增加鐵芯長度,降低鐵芯磁通密度。第三,選擇質(zhì)量高的鐵芯片絕緣層。
4.雜散損耗。針對雜散損耗來講,高效電機降低損耗的方法有:第一,適當(dāng)增加氣隙長度。第二,縮短線圈端部長度。第三,提高轉(zhuǎn)子槽內(nèi)絕緣性能。第四,定轉(zhuǎn)子槽配合重新規(guī)劃從而減少高次諧波。
5.風(fēng)摩耗。高效電機在減少風(fēng)摩耗的主要方法有:第一選擇精密高效低摩擦損耗的軸承,降低整機磨耗。第二,選擇小扇葉來降低風(fēng)阻率。
二、電機電流運行分析
1.空載電流
磁路飽和度和定轉(zhuǎn)子間的縫隙長度決定了電機空載電流的大小,縫隙長度隨磁通密度的變化而變化,給電機空載電流帶來不同程度的影響。一般情況下,電機縫隙長度較小,只有幾毫米,所以當(dāng)主磁路過磁回路時,縫隙長度所占比例偏小,僅占磁回路長度的一部分。然而,因為硅鋼片的磁導(dǎo)比空氣磁導(dǎo)大,是空氣磁導(dǎo)的幾百,幾千倍,針對電機空載電流來說,縫隙長度所帶來的影響要高于磁通密度影響。
首先,針對磁通密度來講,在高效電機中不僅擴大了鐵芯長度還采用了磁導(dǎo)性能強的冷軋硅鋼片,使得高效電機磁通密度偏小,因此高效電機空載電流要比普通電機空載電流小。
其次,針對縫隙長度來講,由于電機功率規(guī)格不同,使得雜散損耗的電機效率偏小,所以在設(shè)計縫隙長度的過程中,高效電機參數(shù)和普通電機參數(shù)一致,故而在比較小功率規(guī)格的電機時,不需要考慮縫隙長度對空載電流造成的影響。對于功率規(guī)格大的電機來說,電機效率受附加損耗的影響,所以設(shè)計高效電機時選用了比普通電機大的縫隙長度。針對功率大的電機來說,因為高效電機縫隙長度大,使得高效電機空載電流要比普通電機空載電流要大,然而功率因數(shù)會減少。
最后,全面考慮。針對小功率規(guī)格電機來說,縫隙長度不變,磁通密度縮小,最終結(jié)果高效電機空載電流要小于普通電機空載電流。針對大功率規(guī)格電機來說,盡管高效電機磁通密度小,但是高效電機縫隙長度大,結(jié)果縫隙長度給空載電流帶來的影響要高于磁通密度影響。
2.負(fù)載電流
根據(jù)電機的輸出軸功率計算公式:可以得出電機電流的有功分量為:
三、電機耗電量分析
電機輸出功率、時間乘積以及時間損耗構(gòu)成了電機耗電量,結(jié)合某公司所采集的一組對比數(shù)據(jù)為例:
因為在相同皮帶機上進行測試,并且是滿載運行,運行電壓相同,所以可以推斷兩臺電機的運行狀態(tài)和輸出軸功率一致。根據(jù)研究數(shù)據(jù)能夠計算出在負(fù)荷環(huán)境下高效電機和普通電機耗電量的理論值和實際電量比值。高效電機和普通電機耗電量比值理論計算方法為:電機輸出軸功率計算公式:輸出軸功率=1.732×U×I×COSφ×η,因為高效電機與普通電機輸出軸功率相同,由此得出1.732×U×I×cosφ×η=1.732×U′×I′×cosφ′× η′;1.732×420×57×cosφ×94.7% =1.732×420×55×cosφ′×92%。兩臺電機功率因數(shù)比值是cosφ/cosφ′=55×92%/57×94.7%=50.6/53.98。電機耗電量計算公式:耗電量W=1.732×U×I×COSφ×t。在所給數(shù)據(jù)中,電壓U與時間T相同,因此高效電機與普通電機耗電量比值為:W/W′=57×50.6/55×53.98=0.9715。根據(jù)現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)顯示,高效電機和普通電機耗電量比值:21.9/22.8=0.9605。經(jīng)比較,理論計算中的高效電機耗電量為97.15%,實際檢測中高效電機耗電量為96.05%,說明高效電機在負(fù)載環(huán)境下所耗電量少。
四、結(jié)語
經(jīng)過比較電機耗電量發(fā)現(xiàn),因為兩種電機的設(shè)計數(shù)據(jù)不同,使得在比較高效電機與普通電機的過程中,電機耗電量比值和運行電流比值之間沒有太大聯(lián)系,而電機有功電流分量起到?jīng)Q定性作用。結(jié)合之前分析的電機電流比值不難看出,盡管高效電機運行電流比普通電機電流大,然而高效電機有功電流要比普通電機有功電流小。所以,只有在相同環(huán)境下,高效電機耗電量才小于普通電機耗電量。
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作者簡介:
李建華(1980--)男,河北省秦皇島市人,學(xué)歷大專;研究方向:電機電器。