提高交流电动机效率的几个着手点

李林

摘 要：交流异步电动机的用电量，占电网耗电的绝大多数，目前我国电力能源利用效率较低、浪费大，电力供应形势严峻。提高电动机的效率降低损耗，是电机制造与电路设计人员必须了解和着手解决的问题，本文从电动机控制电路及其本身结构，几个不同角度进行分析，如何减小损耗提高运行效率，并合理构思了具体改进措施。

关键词：损耗；效率较低；控制电路；结构；改进

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

0 引言

电动机广泛应用于各个领域，有各种用途。另外其用电量在世界各国总数量上来说也是占多半以上。而三相异步电动机用电量占绝大多数。电动机效率的提高对于能源节约、环保具有重要意义。提高电动机的效率降低损耗，是电机与电路设计人员必须了解和着手解决的问题，现就电动机电路及其结构进行合理构思具体改进措施。

1 针对可变性机械负载

在生产过程中，许多设备都是不均匀负荷的情况，随着时间变化负载有轻载或满载甚至空载及间断运行的状况，如果交流电动机恒速传动的方案运行，那么运行效率就很低了，造成大量的能源浪费。如果根据负载转速的变化要求，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速，获得对应的电机运行速度。能够在不同的转速情况下均保持较高的运行效率，不仅降低了电能消耗，同时能在启动时，保护电机及负载设备免受瞬时启动的冲击几对电网影响，并提高设备的精确度，变频调速是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机转速的目的。一些变频装置能够在效率基本不变的情况下，通过改变驱动电源的电压和频率，平滑地调节电机转速，根据输出量的要求改变输出功率。实践证明变频技术用于交流电动机设备驱动控制场合取得了显著的效率提高，普遍达到节能的目的。主要设备是由变频器提供变频电源，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前大都使用前者， 其调速过程无损耗。 调速、应用范围广，特性好、精度高。但是造价高，维护检修较困难； 常用的有三菱、西门子等变频器。

2 恒定负载情况

对于连续恒定负载电动机的情况当然可选用以上变频调速设备，但为了节约成本，减少日常维修工作量，这样就按照电动机的连续恒载工作制方法选定合适的电动机。选用原则是在计算出负载功率Pz后，选择额定功率Pn等于或略大于Pz的电动机。电动机起动电流较大，但由于起动时间较短，对电动机发热影响不大，可不予考虑。如果选用笼型异步电动机，一般再校验一下起动能力即可。一般在纺织、造纸等设备很多连续工作的生产机械都选用连续恒载工作制电动机。对于这类电动机除了考虑承载功率、温升等参数外那么对于电机首先考虑的还是效率与损耗。

3 维持电源电压平衡

由于三相四线制供电系统不平衡，使三相电动机的电源电压不对称，由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量，电机产生反向序转矩，起到制动作用，即增大电机运行中的损耗。另外如果电网电压偏低，也会使得正常工作的电机电流偏大，因而使损耗增大。解决办法就是装设平衡装置，使电机电源趋于平衡。

4 电动机材料结构的选用

从电动机的结构与材料选用上分析，来降低固定损耗、可变损耗和杂散损耗，电动机定子要降低铁耗，就要增加硅钢片的用量，及其导磁率高的材料。在大功率电机中，铁耗在总损耗中已占到相当大的比重，因此，选用新的铁芯材料，降低铁芯材料的单位损耗值将有助于电机铁耗的下降。为了使励磁电流减小，铁芯材料必须有较高的磁导率，主要反映在磁感上，磁感越高，磁导率越大。因此，高磁感、低铁损的无取向硅钢片是大中型高效电机铁芯材料的首选，采用普通的冷轧无取向硅钢片，但由于电机产品的小型化、和高效率化，普通冷轧硅钢片的铁芯难以满足要求，因此薄的低铁损无取向硅钢片应被应用。另外定子绕组磁动势所包含的高次谐波之强弱直接影響着电动机的性能。目前电机普遍采用的普通60°相带等元件绕组，工艺性好，但存在着不少谐波，影响电机性能。低谐波绕组就是绕组谐波含量低，它是通过绕组的重新设计来削弱原60°相带绕组的部分谐波，改善定子绕组磁势波形，使磁势波形趋向正弦波。因该绕组具有提高绕组系数、降低杂散损耗、降低电机温升等优点，也是应用于高效电动机的一种有效方法。

5 转子结构的分析

转子绕组损耗却受转子结构的影响很大，因为常用的转子结构有铸铝转子和铜条转子，铜的电阻率比铝的电阻率小很多，所以采用铜条转子的损耗比铸铝转子的损耗少一半，对于功率较大的高压电动机，为降低转子铜损而提高电机效率，采用铜条转子。

6 降低机械损耗

这些损耗包括风扇的损耗，电机转子表面的摩擦损耗、轴承摩擦、密封圈摩擦损耗等。与电机转速、通风方式、风扇形式、加工精度及装配质量等有关。现电机常用的正反向叶片，径向分布盆式风扇，气流经过风扇时，与叶片不一致，会在叶片间产生较大的涡流。另外，叶片铸造粗糙，也使风流不畅，也会使风摩耗增加。 为降低风阻，可在合适较大机座上采用轴流式或后倾式风扇。 由于高效率电机的热耗降低，相应冷却用风量可适当减少，通风功率也可减少，可有效地降低风摩耗。另外在合理的通风结构设计，也会起到这种效果，这些都是比较经济的降低损耗的方法。在零部件选用上，用低磨擦轴承、阻力小的润滑脂、密封圈来降低损耗 ；在尺寸采用中间公差及提高形位公差精度，且保证在运输、装配时不变形，从而来降低摩擦损耗。

7 降低杂散损耗措施

在定子绕组的接法上采用正弦绕组接法。以削弱合成磁场中的高次谐波，来削弱附加损耗和附加转矩。另外在 铁芯设计上采用多槽数、短节距； 尽量使定子、转子选窄槽口；铁心两端避免用到导磁材料； 适当增大气隙；定子开口槽采用磁性槽楔；改进端部结构，减少端部漏磁损耗等。 为增大转子导条与铁心间的接触电阻。可采用冲片氧化处理法、脱壳处理法等提高接触电阻，降低杂散损耗。

电机的节能是一项系统工程，涉及电动机零部件的制造、选用、配套电路运行、维护检修等整个使用周期，在使用过程中要根据不同场合考虑其综合节能措施的效果，有了这些分析和改进方法，为交流电动机在生产过程中提高效率减少损耗，及设计出高效的电动机提供了一定的参考。