電動(dòng)機(jī)效率與損耗分析

1、第一章電動(dòng)機(jī)效率與損耗分析異步電動(dòng)機(jī)輸入電功率，輸出機(jī)械功率，在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生恒定損耗和負(fù) 載損耗。恒定損耗包含風(fēng)摩耗和鐵心損耗，是不隨負(fù)載大小變化的損耗。負(fù)載損 耗包含定子繞組損耗、轉(zhuǎn)子繞組損耗和負(fù)載附加損耗（或稱(chēng)負(fù)載雜散損耗），對(duì)繞 線轉(zhuǎn)子電機(jī)還包含電刷及轉(zhuǎn)子外接電路的電損耗。恒定損耗是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的固有損耗，它與電動(dòng)機(jī)材料、制造工藝、結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)速等參數(shù)有關(guān)，而與負(fù)載大小無(wú)關(guān)。1、鐵心損耗（含空載雜散損耗），亦簡(jiǎn)稱(chēng)鐵耗，是恒定損耗的一種，由主磁場(chǎng)在電動(dòng)機(jī)鐵心中交變所引起的渦流損耗和磁滯損耗組成。鐵心損耗大小取決于鐵心材料、頻率及磁通密度，近似的表示為：磁通密度B與輸入電壓U成正比，對(duì)某

2、一臺(tái)電動(dòng)機(jī)而言，其鐵耗近似于與電壓的 平方成正比。鐵耗一般占電動(dòng)機(jī)總損耗的 20%25%2、風(fēng)摩耗也稱(chēng)機(jī)械損耗（何不稱(chēng)為“機(jī)械損耗”？），是另一種恒定損耗，通 常包括軸承摩擦損耗及通風(fēng)系統(tǒng)損耗，對(duì)繞線式轉(zhuǎn)子還存在電刷摩擦損耗。機(jī)械損耗一般占總損耗的10%50%電動(dòng)機(jī)容量越大，由于通風(fēng)損耗變大，在總 損耗中所占比重也增大。3、負(fù)載損耗主要是指電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子、轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)電流而引起的損耗， 亦稱(chēng)銅耗。它包括定子銅耗和轉(zhuǎn)子銅耗，其大小取決于負(fù)載電流及繞組電阻值。 銅耗約占總損耗的20%70%4、雜散損耗（附加損耗）P主要由定子漏磁通和定子、轉(zhuǎn)子的各種高次諧波在 導(dǎo)線、鐵心及其他金屬部件內(nèi)所引起的

3、損耗。這些損耗約占總損耗的10%15%§1-2電動(dòng)機(jī)的效率 電動(dòng)機(jī)的效率與損耗相對(duì)值（P）的關(guān)系如下式所示=1 一藝 P式中工P電機(jī)總損耗藝 P =（ + p）/ PlP1電機(jī)輸入功率當(dāng)一臺(tái)電機(jī)效率為0.87時(shí)，由上式可見(jiàn)其損耗相對(duì)值為 0.13，如損耗下 降20%，則由上式可求得效率為0.896，即效率提高了 2.6個(gè)百分點(diǎn)。并由此可 見(jiàn)，如一通用系列的效率平均值為 0.87，作為高效率電機(jī)系列，其損耗如平均 下降20%以上，貝療列的平均值也應(yīng)提高 2.6個(gè)百分點(diǎn)以上。§1-3端電壓變動(dòng)時(shí)電機(jī)的損耗電機(jī)銘牌上電壓值是電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的依據(jù)， 實(shí)際運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)上電壓是波動(dòng)的， 我國(guó)

4、規(guī)定低壓系統(tǒng)中電壓允許變化土 10%在一個(gè)工廠中電壓變動(dòng)往往超過(guò)這一 范圍，電壓變動(dòng)對(duì)電機(jī)各部分損耗有什么影響， 電壓調(diào)節(jié)在什么范圍內(nèi)變動(dòng)能夠 節(jié)電，這是值得分析的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外許多資料表明，電壓低于額定值不超過(guò)10%對(duì)一個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)工廠往往是節(jié)電的。例如在保證供電電壓合格范圍內(nèi)，降低配電壓23%無(wú)論對(duì)住宅、商業(yè)、工業(yè)負(fù)荷都起到節(jié)電的效果。工廠降壓運(yùn)行（-5%左右）同樣能夠 節(jié)電，而升壓（+5%左右）則增加電能消耗。當(dāng)然降壓范圍不能太大，否則引起電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷能力降低及某些重載負(fù)荷過(guò)電流等問(wèn)題。但-5%范圍內(nèi)，一般不會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題。電壓變化在負(fù)載不同時(shí)對(duì)電機(jī)效率影響是不同的。在重載時(shí)提高電壓在一

5、定范圍（從342伏提到380伏）可以提高效率,再提（412伏）則效率反而下降。但 輕載時(shí)，電壓從342伏上升則效率越來(lái)越低，如何調(diào)整線路電壓及個(gè)別調(diào)整電機(jī) 端電壓力可以達(dá)到節(jié)能的效果。§1-4三相電壓不平衡時(shí)異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行損耗分析由于三相負(fù)載不對(duì)稱(chēng)，常常引起供電電壓不平衡。這不平衡電壓在異步電 機(jī)中產(chǎn)生三相不平衡電流。用對(duì)稱(chēng)分量法可以分成正序、負(fù)序及零序電流。當(dāng)定 子繞組丫接時(shí)，貝U零序電流為零。其中正序電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)，負(fù)序電 流產(chǎn)生一反轉(zhuǎn)矩，使輸出轉(zhuǎn)矩有所減少，當(dāng)電壓不平衡值小于10%寸，負(fù)轉(zhuǎn)矩不大，一般可以不計(jì)。但對(duì)于負(fù)序磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生損耗以及定子電流由于不平衡 而使

6、損耗增加必須給予關(guān)注。一般電壓不平衡時(shí)，其三相相位差不能保持120度，而相位變動(dòng)后，產(chǎn)生的負(fù)序損耗及定子銅耗增加隨電壓不平衡度的增大而達(dá) 到不允許的結(jié)果。因而保持供電電壓平衡，可以節(jié)約電能。§1-5電源頻率變化對(duì)電機(jī)損耗的影響目前各國(guó)對(duì)于電源頻率允許偏差范圍的規(guī)定是不同的。在實(shí)際正常運(yùn)行 中，日、美控制在土 0.01周/秒，而我國(guó)許多缺電系統(tǒng)有時(shí)頻率偏差超過(guò)土 0.2 周/秒。在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的今天，公共電源頻率的穩(wěn)定是有保證的。這里只需 要考慮專(zhuān)用電源（比如變頻電源）頻率變化對(duì)電機(jī)損耗的影響。對(duì)于風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載，由于軸轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比變化， 頻率降低后，轉(zhuǎn)速下 降，轉(zhuǎn)矩也下降，

7、使定子及轉(zhuǎn)子電流下降，因而電機(jī)效率有所提高，再加上軸功率有大幅度下降，電機(jī)輸入功率同樣大幅度下降，所以風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載采用變頻調(diào) 速，在低速時(shí)可獲得好的節(jié)能效果。風(fēng)量減小，是否允許？§1-6非正弦波形電源下的異步電動(dòng)機(jī)損耗大多數(shù)靜止變頻器的輸出電壓波形是非正弦的，通過(guò)傅里葉級(jí)數(shù)分析其中 除基本分量外尚有大量諧波分量。這在異步電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生諧波電流及諧波磁動(dòng) 勢(shì)。與分析三相電動(dòng)機(jī)磁動(dòng)勢(shì)空間諧波一樣，可以對(duì)此分析，例如相電流中有5次時(shí)間諧波分量，則A，B及C相5次（時(shí)間）諧波磁動(dòng)勢(shì)分別為： 這說(shuō)明5次時(shí)間諧波產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，其轉(zhuǎn)速為5倍基波同步速，方向與基波 旋轉(zhuǎn)方向相反。同樣可以證明7次諧

8、波磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速為7倍基波同步速，方向與基 波旋轉(zhuǎn)方向相同。§1-7電動(dòng)機(jī)起停損耗有些負(fù)載要求斷續(xù)運(yùn)行，停止部分時(shí)間比運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)得多，采用起-運(yùn)-停循環(huán)運(yùn)行方式（ON-OFF有可能比負(fù)載運(yùn)行-空轉(zhuǎn)-負(fù)載運(yùn)行節(jié)約大量能耗（即電 機(jī)空載損耗乘停運(yùn)時(shí)間）。但起-運(yùn)-停方式，需多次起動(dòng)電機(jī)，使定子繞組頻繁 受到?jīng)_擊力，鼠籠轉(zhuǎn)子也會(huì)因發(fā)熱不均勻，產(chǎn)生熱應(yīng)力，多次疲勞會(huì)使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條 斷裂。起動(dòng)時(shí)電機(jī)發(fā)熱增多而散熱條件較穩(wěn)態(tài)運(yùn)行差， 多次起動(dòng)也會(huì)使電機(jī)過(guò)熱。 因此對(duì)起動(dòng)次數(shù)都有規(guī)定。采用高轉(zhuǎn)子電阻電機(jī)，可以減少定轉(zhuǎn)子起動(dòng)電流，所以可減少能耗及電流沖擊影 響。當(dāng)然高轉(zhuǎn)子電阻運(yùn)行時(shí)滑差和損耗增加，應(yīng)綜合比較

9、。對(duì)于大中型電動(dòng)機(jī)而言，起停損耗需要考慮的因素還要多，比如電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng) 方式時(shí)，考慮到起動(dòng)困難、對(duì)相鄰設(shè)備可能造成影響等因素，管理人員往往會(huì)讓 電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的空轉(zhuǎn)而減少電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)次數(shù)，從而造成大量的能源浪費(fèi)。另一 方面，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的全壓直接起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)短路容量的要求較高，為此電力系統(tǒng)必須提供更高的供電能力，用戶也因此必須支付更多的費(fèi)用。第三方面是電力 系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行在相對(duì)較低的符合率，系統(tǒng)供電效率較低。因此對(duì)于大中型電 動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，起停損耗問(wèn)題要從系統(tǒng)角度來(lái)周全考慮，通過(guò)改變起動(dòng)方式來(lái)節(jié)約電力是一種選擇。§1-8電動(dòng)機(jī)的節(jié)能潛力1、根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，37kW以上電動(dòng)機(jī)數(shù)量雖少，但要承擔(dān)一半以上總的電動(dòng) 機(jī)用電量。因?yàn)檫@些功率較大的電機(jī)大部份