高效机电一体化电机应该如何炼成

chenjinhua024

根据国家节能减排工程的需要，“十一五”期间开展了有关高效率、超高效率电机等产品的开发。“十二五”期间，进一步完善高效率、超高效率三相异步电动机，开展超超高效率电机的技术研究，在全行业积极推广高效率三相异步电动机新系列产品，淘汰普通效率的三相异步电动机老系列产品。并在此基础上完成新一代高效率三相异步电动机系列产品的更新换代。
而要完成高效率电机要从好多方面去考虑，理论上不变损耗=可变损耗，其效率是最高的（西莫论坛网站可搜索证明），这仅仅是一个负载点。要从整体上提高效率就要从4大损耗来源入手：
1、铜耗，2、铁耗，3、机械损耗，4、附加损耗

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1、铜耗的减少，很明显就是降低绕组电阻，电阻小的方法就是增加截面积和减少绕组半匝长，端部尽可能的短（前提槽满率允许截面积增大，绕组形式不同半匝长应有所不同），但这些变化可能会导致下线困难，增加工时，当然应该尽可能降低温升，通风散热效果要好，毕竟绕组电阻和温度关系也很大，必要时可采用集中绕组（降端部长度），铸铝转子改为铸铜转子等；
2、铁耗的减少主要是降铁心磁压降，一般转速是变化不大的。所以这个一般就选用好的硅钢片，使其在磁密相同的条件下，磁场强度小；另一方法就是让铁心磁密降低，因为磁密低对应的磁场强度也低（BH曲线），它的措施有：增加铁心叠压系数，用更多的铁心材料（个人认为不是越多越好，毕竟铁耗还与铁心体积成正比）；另外降低涡流损耗选用更薄的硅钢片，比如0.35；

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3.机械损耗包括通风损耗、轴承摩擦损耗，电刷与换向器或集电环间的摩擦损耗，由于本人主要学电机，这应该主要是从机械和工艺上去降低，比如加工精度,轴承选用,外扇设计，正确设计冷却系统，降低风路损耗；

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4、附加损耗，这部分损耗最复杂，不但与电机电磁设计关系密切，还与工艺关系很大。这部分主要是由于谐波引起的损耗，不管是由于定转子开槽引起的气隙磁导谐波在对方铁心中产生表面损耗和因开槽而使得对方齿中的磁通因电机旋转而变化产生的脉振损耗，还是负载时的附加损耗，它主要是定转子工作电流产生的漏磁场（含谐波磁场）在定转子绕组、铁心结构件中引起的损耗。所以降低这部分损耗，不但要从电磁方面考虑，还得从结构及工艺考虑。尽可能削弱谐波磁场，优化气隙磁场。
比如①采用合适的绕组形式，如短距，分布，正弦绕组等低谐波绕组；②合适槽配合
改进工艺，比如减少气隙，转子外圆不加工，氧化处理，退火处理。

chenjinhua024

但是随着电力电子技术、计算机技术、微电子技术及控制理论的发展和应用，中小型电机应用领域日益广泛。为实现优质、高效和低成本的运行，中小型电机在各种不同的工况下与计算机、电机控制器、功率变换器、传感器等诸多方面联接，还往往要与后级的执行机构和负载（如各种机械、液压、气动装置）整合起来。这样，电机已不是一个零部件级的执行机构，而是一个可以实现预定功能的完整的机电一体化系统。国际上ABB、西门子、三菱等都已从电机制造企业发展为国际知名的电机及控制系统生产企业，其产品范围已从电机为核心，延伸到变频器、软启动器等电机控制领域，体现出了较大的技术优势和竞争优势，占据了较大的市场份额。我国实现电机系统参数优化匹配及其控制一体化方面好像差距还比较大。所以从实际角度来讲，整体系统效率高才是真的高。
由于本人专业知识有限，难免有很多观点有失偏颇，在此期待同仁们不吝赐教，同时期待大家一起讨论，谢谢！

SNYDJ

高效率电机是发展方向,这个大家都知道;如何提高效率,从那几方面着手,也都有经典的理论指导.现在关键是如何推广的问题,虽然国家制订了有关推广和补贴的政策,但见效如何还有待时间的检验.

张老五

这是个系统的话题，很值得展开来讨论一番。
而且，几个损耗应该结合起来考虑。在中心高不变，其他性能（比如功率因数、启动性能）不受太大影响的前提下，几个损耗相互关联，有时也可以转换。

圣力

我最近也碰到一个不可思议的事，同样匝数的转子，相同电压下，一种用铜换向器电流6A，一种用碳换向器电流4A，而两种电机的输出功率基本一致！
怎么回事？谁能给揣测一下！

chenjinhua024

回复 6# SNYDJ
高效电机方面，我国将在2011年强制执行高效2级标准，即以IE2作为我国的强制标准.虽然目前国内市场上高效电机的占有率仅有5%左右。

chenjinhua024

回复 8# 圣力
你说的除了换向器材料换了之外，其它什么都没变吗？

圣力

回复 10# chenjinhua024
是的

chenjinhua024

回复 11# 圣力
你骗人，怎么可能，多大电机？

张老五

回复 9# chenjinhua024


    依我看，5%都不一定有。
按照国内中小型电机2亿千瓦的年产量看，国家财政补贴的推广量也就是1千万千瓦，刚好5%。然后据厂家称，今年这5%的任务基本上是不可能完成的。

圣力

回复 12# chenjinhua024
泵都是12匝，都是9V，压力3公斤，一种是6A,一种是4A，而两种泵的输出流量都在100升左右。（碳换向器电机数量40个）。
如果是5安培的话我都不会奇怪，估计是碳与碳之间摩擦阻力小的原因吧。
能差这么多，我才觉的不可思议。
如果是碳换向器的内阻大，电机电流应该会减小，但转速肯定会下降很多呀？

chenjinhua024

回复 13# 张老五
估计是没有，那话是我从中小型电机行业发展状况及“十二五”规划分析中看到的，他是这么说的。

zhaoranjun

磁密下降，电密下降，减少匝长，使用低牌号硅钢片，高效电机我做过一些大型的，只是意味着功率密度下降，体积加大，对于特殊电机，高效意义不大。

s267367953

　　高效电机的具体节能措失：
　　电动机提高效率的措施电机的节能是一项系统工程，涉及电动机的全寿命周期，从电动机的设计、制造到电动机的选型、运行、调节、检修、报废，要从电动机的整个寿命周期考虑其节能措施的效果，国内外在这方面主要考虑从以下几个方面提高电机的效率。
　　节能电动机的设计是指运用优化设计技术、新材料技术、控制技术、集成技术、试验检测技术等现代设计手段，减小电动机的功率损耗，提高电动机的效率，设计出高效的电动机。
　　电动机在将电能转换为机械能的同时,本身也损耗一部分能量,典型交流电动机损耗一般可分为固定损耗、可变损耗和杂散损耗三部分。可变损耗是随负荷变化的，包括定子电阻损耗（铜损）、转子电阻损耗和电刷电阻损耗；固定损耗与负荷无关，包括铁芯损耗和机械损耗。铁损又由磁滞损耗和涡流损耗所组成，与电压的平方成正比，其中磁滞损耗还与频率成反比；其他杂散损耗是机械损耗和其他损耗，包括轴承的摩擦损耗和风扇、转子等由于旋转引起的风阻损耗；其主要提高效率的措施有:
　　电动机定子绕组电阻损失：降低电动机定子绕组的电阻是减少定子损失的主要手段，实践中采用较多的方法是：（1）增加定子槽截面积，在同样定子外径的情况下，增加定子槽截面积会减少磁路面积，增加齿部磁密；（2）增加定子槽满槽率，这对低压小电动机效果较好，应用最佳绕线和绝缘尺寸、大导线截面积可增加定子的满槽率；（3）尽量缩短定子绕组端部长度，定子绕组端部损耗占绕组总损耗的1/4～1/2,减少绕组端部长度,可提高电动机效率。实验表明,端部长度减少20%,损耗下降10%。
　　电动机转子绕组电阻损失：电动机转子的损失主要与转子电流和转子电阻有关，相应的节能方法主要有：（1）减小转子电流，这可从提高电压和电机功率因素两方面考虑；（2）增加转子槽截面积；（3）减小转子绕组的电阻，如采用粗的导线和电阻低的材料，这对小电动机较有意义，因为小电动机一般为铸铝转子，若采用铸铜转子，电动机总损失可减少10%～15%，但目前铸铜转子所需制造温度高且技术尚未普及，其成本高于铸铝转子15%～20%.
　　电动机铁耗损失：电动机铁耗损失可以由（1）减小磁密度，增加铁芯的长度以降低磁通密度，但电动机用铁量随之增加；（2）减少铁芯片的厚度来减少感应电流的损失，如用冷轧硅钢片代替热轧硅钢片可减小硅钢片的厚度，但薄铁芯片会增加铁芯片数目和电机制造陈本；（3）采用导磁性能良好的冷轧硅钢片降低磁滞损耗；（4）采用高性能铁芯片绝缘涂层；（5）热处理及制造技术，铁芯片加工后的剩余应力会严重影响电动机的损耗，硅钢片加工时，裁剪方向、冲剪应力对铁芯损耗的影响较大。顺着硅钢片的碾轧方向裁剪、并对硅钢冲片进行热处理，可降低10%～20%的损耗 等方法来实现。
　　电动机杂散损失：目前对电动机杂散损失的认识仍然处于研究阶段，现今一些降低杂散损失的主要方法有：（1）采用热处理及精加工降低转子表面短路；（2）转子槽内表面绝缘处理；（3）通过改进定子绕组设计减少谐波；（4）改进转子槽配合设计和配合减少谐波，增加定、转子齿槽、把转子槽形设计成斜槽、采用串接的正弦绕组、散布绕组和短距绕组可大大降低高次谐波;采用磁性槽泥或磁性槽楔替代传统的绝缘槽楔、用磁性槽泥填平电动机定子铁芯槽口，是减少附加杂散损耗的有效方法。
　　电动机摩擦损失及流动损失：摩擦损失和流动损失以往未得到人们应有的重视，它占电机总损失的25%左右。摩擦损失主要有轴承和密封引起，可由（1）尽量减小轴的尺寸，但需满足输出扭矩和转子动力学的要求；（2）使用高效轴承；（3）使用高效润滑系统及润滑剂；（5）采用先进的密封技术，如有无弹簧的新密封使用情况的报道，称通过有效减少与轴的接触压力，可使以6000 rpm转动的45mm直径的轴降低损耗近50 W；流动损失是由冷却风扇和转子通风槽引起的，用于产生空气流动来冷却电动机。流动损失一般占电动机总损失的20%左右。整个电动机的流体力学及传热学分析较复杂，其复杂程度甚至超过航天飞机部件分析，好的流体力学和传热学设计会极大提高电动机的冷却效率并降低流动损失。
百度上的

friendzhaojun

直接采用永磁直驱电动机驱动******

chenjinhua024

回复 18# friendzhaojun
你说的太简单了