高效电机电流偏大的原因及电机耗电量分析

发表时间:2022-09-09 15:02

       高效电机代替普通电机会在运行中出现电流偏大现象,对此企业将普通电机替换成高效电机会在一定程度上消耗电量。文章主要分析了高效电机电流偏大的原因,结合计算来比较两种电机的耗电量,由此得出电机耗电量与电流比值无关。

  

       高效电机设计思路

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  电动机把电能改变成机械能的过程中,自身会消耗一定电量。定子损耗、铁损、杂散损耗以及风摩耗是典型交流电动机损耗的组成部分。对比高效电机和普通电机,调节了设计思路,其目的是降低电机损耗,加快电机运行速度。

  1.定子损耗。定子包括定子铁芯与定子线圈,磁通回路和固定定子线圈是定子铁芯的核心功能由冲片和各类紧固件组成。对比高效电机和普通电机,高效电机选用导磁性强的冷轧硅钢片,相比于普通电机所采用的热轧硅钢片来说降低了厚度。所以冷轧硅钢片制作的定子铁芯感应电流会变小,与此同时,高效电机扩大了定子槽面积增加了齿部磁密度。在规划和制作定子线圈过程中,绝缘效果好、导线质量高是高效电机所选取的材料,这样不仅提升了定子槽满槽率,也缩短了定子绕组长度,最终降低端部损耗率。

  2.转子损耗。电机转子损耗组成和定子极为相同,所以高效电机降低转子损耗形式和降低定子损耗的方式一致。

  3.铁损。高效电机降低铁损的主要方法有:**,采取磁导性强的冷轧硅钢片。第二,增加铁芯长度,降低铁芯磁通密度。第三,选择质量高的铁芯片绝缘层。

  4.杂散损耗。针对杂散损耗来讲,高效电机降低损耗的方法有:**,适当增加气隙长度。第二,缩短线圈端部长度。第三,提高转子槽内绝缘性能。第四,定转子槽配合重新规划从而减少高次谐波。

  5.风摩耗。高效电机在减少风摩耗的主要方法有:**选择精密高效低摩擦损耗的轴承,降低整机磨耗。第二,选择小扇叶来降低风阻率。


 电机电流运行分析

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  1.空载电流

  磁路饱和度和定转子间的缝隙长度决定了电机空载电流的大小,缝隙长度随磁通密度的变化而变化,给电机空载电流带来不同程度的影响。一般情况下,电机缝隙长度较小,只有几毫米,所以当主磁路过磁回路时,缝隙长度所占比例偏小,仅占磁回路长度的一部分。然而,因为硅钢片的磁导比空气磁导大,是空气磁导的几百,几千倍,针对电机空载电流来说,缝隙长度所带来的影响要高于磁通密度影响。

  首先,针对磁通密度来讲,在高效电机中不仅扩大了铁芯长度还采用了磁导性能强的冷轧硅钢片,使得高效电机磁通密度偏小,因此高效电机空载电流要比普通电机空载电流小。

  其次,针对缝隙长度来讲,由于电机功率规格不同,使得杂散损耗的电机效率偏小,所以在设计缝隙长度的过程中,高效电机参数和普通电机参数一致,故而在比较小功率规格的电机时,不需要考虑缝隙长度对空载电流造成的影响。对于功率规格大的电机来说,电机效率受附加损耗的影响,所以设计高效电机时选用了比普通电机大的缝隙长度。针对功率大的电机来说,因为高效电机缝隙长度大,使得高效电机空载电流要比普通电机空载电流要大,然而功率因数会减少。

  最后,全面考虑。针对小功率规格电机来说,缝隙长度不变,磁通密度缩小,最终结果高效电机空载电流要小于普通电机空载电流。针对大功率规格电机来说,尽管高效电机磁通密度小,但是高效电机缝隙长度大,结果缝隙长度给空载电流带来的影响要高于磁通密度影响。

  2.负载电流

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电机耗电量分析

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  因为在相同皮带机上进行测试,并且是满载运行,运行电压相同,所以可以推断两台电机的运行状态和输出轴功率一致。根据研究数据能够计算出在负荷环境下高效电机和普通电机耗电量的理论值和实际电量比值。高效电机和普通电机耗电量比值理论计算方法为:

  电机输出轴功率计算公式:输出轴功率=1.732×U×I×cosφ×η,因为高效电机与普通电机输出轴功率相同,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%。两台电机功率因数比值是cosφ/cosφ′=55×92%/57×94.7%=50.6/53.98。

  电机耗电量计算公式:耗电量W=1.732×U×I×COSφ×t。在所给数据中,电压U与时间T相同,因此高效电机与普通电机耗电量比值为:W/W′=57×50.6/55×53.98=0.9715。根据现场检测的数据显示,高效电机和普通电机耗电量比值:21.9/22.8=0.9605。经比较,理论计算中的高效电机耗电量为97.15%,实际检测中高效电机耗电量为96.05%,说明高效电机在负载环境下所耗电量少。


  结语

  经过比较电机耗电量发现,因为两种电机的设计数据不同,使得在比较高效电机与普通电机的过程中,电机耗电量比值和运行电流比值之间没有太大联系,而电机有功电流分量起到决定性作用。结合之前分析的电机电流比值不难看出,尽管高效电机运行电流比普通电机电流大,然而高效电机有功电流要比普通电机有功电流小。所以,只有在相同环境下,高效电机耗电量才小于普通电机耗电量。