當(dāng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能時(shí),也會(huì)損失一些能量。一般來說,電機(jī)損耗可分為三部分:可變損耗、固定損耗和雜散損耗。
1.可變損耗隨負(fù)載變化,包括定子電阻損耗(銅損)、轉(zhuǎn)子電阻損耗和電刷電阻損耗。
2.固定損耗與負(fù)載無關(guān),包括鐵芯損耗和機(jī)械損耗。鐵損由磁滯損耗和渦流損耗組成,與電壓的平方成正比,磁滯損耗與頻率成反比。
3.其他雜散損耗是機(jī)械損耗和其他損耗,包括軸承的摩擦損耗和風(fēng)扇、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的風(fēng)阻損耗。
一、定子損耗
降低電機(jī)定子I^2R損耗的主要方法有:
1.增加定子槽的橫截面積。在定子外徑相同的情況下,增加定子槽的截面積會(huì)減小磁路面積,增加齒的磁密。
2.提高定子槽滿率,對(duì)小型低壓電機(jī)有很好的效果。通過采用最佳繞組和絕緣尺寸以及大導(dǎo)線的橫截面積,可以提高定子的滿槽率。
3.盡可能縮短定子繞組端部長度,定子繞組端部損耗占繞組總損耗的1/4~1/2。減少繞組的端部長度可以提高電機(jī)的效率。實(shí)驗(yàn)表明,末端長度減少了20%,損耗減少了10%。
二、轉(zhuǎn)子損耗
電機(jī)轉(zhuǎn)子的I^2R損耗主要與轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子電阻有關(guān),相應(yīng)的節(jié)能方法主要有:
1.降低轉(zhuǎn)子電流,可以從提高電壓和電機(jī)功率兩方面考慮。
2.增加轉(zhuǎn)子槽的橫截面積。
3.降低轉(zhuǎn)子繞組的電阻,比如使用粗導(dǎo)線和低電阻的材料,對(duì)于小型電機(jī)更有意義,因?yàn)樾⌒碗姍C(jī)一般都是鑄鋁轉(zhuǎn)子。如果采用鑄銅轉(zhuǎn)子,電機(jī)總損耗可降低10%~15%。但現(xiàn)在的鑄銅轉(zhuǎn)子制造溫度要求高,技術(shù)還沒有普及,其成本比鑄鋁轉(zhuǎn)子高15%~20%。
三、鐵芯損耗
可以通過以下措施降低電機(jī)的鐵損:
1.降低磁場(chǎng)密度,增加鐵芯長度來降低磁通密度,但電機(jī)的鐵耗會(huì)相應(yīng)增加。
2.減少鐵屑的厚度以減少感應(yīng)電流的損失。比如用冷軋硅鋼片代替熱軋硅鋼片,可以減少硅鋼片的厚度,但是薄鐵片會(huì)增加鐵片的數(shù)量,增加電機(jī)的制造成本。
3.采用導(dǎo)磁性能良好的冷軋硅鋼片,減少磁滯損耗。
4.采用高性能鐵屑絕緣涂層。
5.熱處理和制造技術(shù)。鐵屑加工后的殘余應(yīng)力會(huì)嚴(yán)重影響電機(jī)的損耗。加工硅鋼片時(shí),切削方向和沖壓剪應(yīng)力對(duì)鐵芯損耗影響很大。沿硅鋼片軋制方向切割,并對(duì)硅鋼片進(jìn)行熱處理,可降低損耗10%~20%。
四、雜散損耗
現(xiàn)在對(duì)電機(jī)雜散損耗的認(rèn)識(shí)還處于研究階段。目前,降低雜散損耗的一些主要方法有:
1.采用熱處理和精加工減少轉(zhuǎn)子表面短路。
2.轉(zhuǎn)子槽內(nèi)表面的絕緣處理。
3.通過改進(jìn)定子繞組設(shè)計(jì)減少諧波。
4.改善轉(zhuǎn)子槽配合設(shè)計(jì)降低諧波,增加定子和轉(zhuǎn)子齒槽,將轉(zhuǎn)子槽設(shè)計(jì)成斜槽,采用串聯(lián)正弦繞組、分散繞組和短距離繞組,可大幅降低高次諧波;用磁性槽泥或磁性槽楔代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絕緣槽楔,并用磁性槽泥填充電機(jī)定子鐵芯的槽,是降低附加雜散損耗的有效方法。
五、風(fēng)力摩擦損失
風(fēng)摩擦損失約占電機(jī)總損失的25%,應(yīng)引起足夠的重視。摩擦損失主要由軸承和密封件引起,可通過以下措施減少:
1.最小化軸的尺寸,但滿足輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的要求。
2.使用高效軸承。
3.使用高效的潤滑系統(tǒng)和潤滑劑。
4.采用先進(jìn)的密封技術(shù)。