提高三相感应电动机效率
本帖最后由 快捷方式007 于 2015-4-29 11:24 编辑给企业写的总结文档，拿出来给大家分享
基本上是属于文献综述。
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电动机广泛应用于国民经济各个领域,作为风机、水泵、压缩机、机床等各种设备的动力。电动机的用电量占全国总用量的50 %以上,在工业领域其用电量则占2/ 3 左右,因此积极推广应用高效率电机或节能电机具有重要意义。
1.电机系统节能推进措施和项目
由于电机系统耗电在世界各国均占有相当大的比重，随着能源形势的日益紧张，世界各国，特别是发达国家均开展了电机系统节能工作。美国于1999 年启动了“电机挑战计划”，美国能源部成立了工业技术办公室，专门致力于开展电机系统节能的推进，开发了大量有关泵、风机和空压机系统节能的技术资料和MotorMater、PSAT、FSAT、AirMaster 等进行系统分析的软件，并专门成立专家组和工业评估中心，为企业提供技术培训、节能评估和开发示范项目等服务。
欧盟也于2003 年启动了“电机挑战计划”，促进其电机系统节能工作的开展。除此之外，欧美等发达国家还通过制定相关的财税政策，利用合同能源管理等市场机制来推动企业实施电机系统节能项目。在联合国工业发展组织（UNIDO）的支持下，我国于2001 年底以上海市和江苏省为试点实施了为期三年的中国电机系统节能项目，其目的是将美国电机挑战计划的成功经验引入我国，通过专家培训、企业技术人员培训、现场测试评估、开发示范项目等措施，提高我国电机系统节能评估和实施项目的能力。在项目实施期间，上海市节能服务中心于2002 年6月成功完成了上海第一个以合同能源管理方式实施的节能改造项目，通过对上海新亚药业有限公司的循环水系统的节能改造，节能量超过60%，两年内回收投资。接下来通过项目复制完成了上海虹港大酒店、永安百货、上海南方商城等中央空调系统的系统节能改造，节能效果均非常显著。
2005 年6 月，在联合国开发署（UNDP）和全球环境基金（GEF）的支持下，我国启动了为期12 年的终端能效项目，项目中涉及到电机系统的子项目有C01（开发电机系统节能培训教材）、A06（制定和示范实施现有和新增电机系统优化设计准则）、A07（电机系统节能服务机构的能力建设）和A15（企业电机系统节能的培训和教育）四个子项目，具体如下：
C01 子项目的工作任务是开发电机系统节能培训教材，作为国家和地方节能中心开展电机系统节能的培训教材。培训对象为政府主管节能管理人员、企业节能管理工程技术人员和能源服务机构的工程技术人员等。
A06 子项目的工作目标任务有两项，分别是根据目前国内电机系统设计的特点，在广泛征求设计院、高校、研究所、电机制造商意见的基础上制定新增和现有电机系统优化设计准则，并且选择4 家设计院通过对其高级设计人员进行对新增和现有电机系统优化设计准则的示范实施。
A07 子项目的目标是通过国际专家对四家节能服务机构（上海市节能服务中心，江苏省节能服务中心，北京动力源科技股份有限公司，湖北三环发展股份有限公司）技术人员的技术培训，全面提升四家节能服务机构在风机系统、泵系统、压缩空气系统和高效电机等节能服务方面的能力，再通过这些机构为企业提供有针对性的、高质量的电机系统节能培训和服务，促进企业加强电机系统节能管理和实施节能项目，不断提高电机系统的运行效率和能源利用水平，实现显著的经济效益和环境效益。
A15的主要目的是根据C01 子项目编写出的电机系统节能培训教材选择6 个省级节能中心，对其辖区政府主管节能管理人员、企业节能管理工程技术人员和能源服务机构的工程技术人员进行技术培训。
除此之外，国家能源标准化委员会近两年还修订了电机系统的产品能效限定值和节能评价值标准、电机系统的经济运行标准、监测标准等相关标准，并制定了电动机的能效标识，从标准制定上促进我国电机系统节能技术的推进工作。
本帖最后由 快捷方式007 于 2015-4-29 11:24 编辑
国家“节能中长期规划”中明确电机系统节能作为我国十大重点节能工程之一，为了推进其开展，我国相关部委积极研究制定相关的财税政策和市场机制来推进电机系统节能工作。上海从2007年就开始了节能技改项目的奖励政策，规定节能量折算成标准煤超过500 吨的项目，每吨标准煤补贴300 元。同时，对以合同能源管理方式实施的项目，符合相关条件的，给合同能源管理公司进行一定的前期节能诊断补贴。
2 效率与损耗
2.1效率与损耗关系
电机效率是衡量电机性能好坏的重要技术经济指标之一。随着电机功率的增大, 单位功率损耗相对减小, 效率提高。普通大容量电机效率一般为95%~98%, 小容量电机一般为80%~92%。所谓高效率电动机, 只有一个定性的概念, 即设计制造出的电机效率较普通标准电机效率高出一定水平。描述或计算电机效率通常用以下关系式：
式中，P1——输入功率； ——总损耗。
可以看出, 减少总损耗是提高电机效率的唯一途径。可以通过改进通风结构、优化风扇参数，降低机械损耗；通过优化电磁设计、选择优质材料、改进加工工艺，降低定转子铜铝损耗、铁损耗；进行谐波分析和选择最优的电磁参数降低杂散损耗。
本帖最后由 快捷方式007 于 2015-4-29 11:24 编辑
2.2效率测定方法对效率的影响
美国IEEE112-B标准规定负载杂耗要通过输入输出法测定，美国IEEE112-E则规定负载杂耗用反转法测定，国际电工委员会IEC34 —2 标准规定负载杂耗为输入功率的0. 5 % ，而日本JEC标准则规定负载杂耗为0，实际上电动机的负载杂耗随电机设计、制造工艺以及电机的功率、转速不同而变化，一般在输入功率的1 %～3. 5 %之间变化。美国Gould 公司曾对4 个规格电机用不同试验方法进行对比试验,试验结果如表1 所示。从表中数据可见同一台电机按日本J EC 标准所测的效率最高,按IEC34 —2 标准所测的数值其次，而按美国IEEE112 —B 标准所测的效率最低。按此对比试验,4 个规格的平均值计算，IEC 标准比IEEE 标准所测的效率要高出约2个百分点。
表1 不同试验方法的效率试验值
额定功率/hp JEC37(日本) IEC34-2（欧洲） IEEE112 –B（北美）
5 88.8 88.3 86.2
10 89.7 89.2 86.9
20 91.9 91.4 90.1
75 93.1 92.7 90.0
2.3提高效率的基本方法
从损耗分布比例来看，小电机特别是4、6极电机还是以铜耗和铝耗为主，提高效率的主要措施还是在降低铜耗和铝耗，降低电流密度和磁通密度，这样就势必要放大导线截面和增加铁心长度，多用材料。在大功率部分则应通过各种措施来降低风摩耗、铁耗和杂耗，而不能主要依靠通过材料增加来降低绕组损耗。
本帖最后由 快捷方式007 于 2015-4-29 11:25 编辑
3关键技术研究
三相异步电动机的主要损耗有定子铜耗、转子铜耗、铁耗、风摩耗、杂散损耗五类，为了有效地降低电机的各种损耗、提高电机的效率，主要从以下几个方面进行研究工作。
3.1定子绕组技术研究
定子绕组的形式决定了绕组的基波分布系数和谐波含量，对电机的性能有较大的影响，因此，如何提高定子绕组的基波分布系数和降低或削弱其谐波含量一直是人们所研究的问题。目前，经常所采用的定子绕组形式有单层绕组和双层绕组，如Y系列、Y2系列、Y3系列电机等都采用这种形式。正弦绕组具有基波分布系数高和谐波含量低的特点，它与普通三相绕组比较，可通过采用不同的绕组匝数，使相带谐波受到较大的削弱。采用正弦绕组对降低损耗、提高电机的效率和功率因数有一定的效果。
3.2应用冷轧硅钢片的研究
原国家经贸委1999年第16号令发布了《淘汰落后生产能力、工艺和产品的目录(第二批)》，明确规定从2002年底起淘汰热叠轧工艺、停止生产热轧硅钢片；2002年5月又再次发布了第34号公告《限期淘汰热轧硅钢片》，要求淘汰热轧硅钢片、推广采用冷轧硅钢片(即“以冷代热”)。为此，高效率电机样机的试制，以选用冷轧硅钢片为主要导磁材料。根据相关资料，在电压增高时的电机的功率因数变化比效率的变化明显，说明在磁负荷取值相近且增高幅度相同的条件下，小功率电机对冲剪应力的影响更敏感。
小功率电机中空载电流(主要是磁化电流)在满载电流中占了相当大的比例，达70 左右，因此在小功率电动机中采用较高导磁率的电工钢片有助于提高电机的效率。但在大功率电动机中，由于空载电流所占比例较小，提高材料导磁率的效果不明显，大功率电机的铁耗在总损耗中占到相当大的比重，因此降低铁心材料的单位损耗值即选用P15 /50较低的材料将有助于电动机铁耗的下降。
当选用较好的导磁材料时，可以降低铁耗。由于不同极数电机铁耗在总损耗中所占比例不同，故其影响也就不同。由于损耗与有效材料尺寸的线性增长成反比。所以在小功率电动机中(效率较低)，增加材料效率提高较大，而在大功率电机中效果不如小功率电机明显。
本帖最后由 快捷方式007 于 2015-4-29 11:25 编辑
3.3增加有效材料的研究
为了在一定的安装尺寸条件下，获得较大的空间，以便能放置较多的有效材料来提高电动机的效率，定子冲片外径尺寸就成为一个重要因素。
在同样机座范围内，美国电动机一般均采用较大外径的定子冲片，而欧洲电动机则出于考虑防爆电动机等结构派生的需要，以及减少绕组端部用铜量和生产成本，一般均采用较小外径的定子冲片。由对小机座号由于其效率提高幅度较大,仅靠轴向尺寸的增加来提高效率是很困难的，为此，可以选择了放大冲片外径的方案。为降低绕组损耗和铁心损耗，需要适当降低电流密度和磁感应强度,因此相应放大了导线截面和增长了铁心长度。
3.4通风和风扇技术的研究
由于高效率电机的效率比普通电机为高，其产生的热负荷则比普通电机低，故高效率电机所需要的风量也比普通电机少。因此风扇尺寸可以缩小，从而使通风损耗减少。
电机外风扇直径的大小，对电机的损耗和温升有直接的影响，在确定风扇叶片直径时，既要考虑电机的温升符合要求，同时又要考虑电机的风摩耗应尽可能小，以提高电机效率。
4 Y132S-4 技术改造方案
在原机座号基础上对Y132S-4电机进行技术改造，提高电机效率。
初步方案是以定子铁心冲片外径不变为基础，定子铁心长度增加为125mm，定子绕组线规为1.0mm匝数为39匝，应用冷轧硅钢片DW470。风扇采用小功率风扇，风磨损耗系数降低为1.5%。电磁计算电机效率可以达到89.82%。
电磁计算数据见附件。
本帖最后由 快捷方式007 于 2015-4-29 11:25 编辑
支持一下
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本帖最后由 快捷方式007 于 2015-4-29 11:25 编辑
讲得很好，受益不少，多谢版主。
基本上是这么几个思路
1、用更高牌号的硅钢以减小铁耗，或者在小规格电机用采用退火工艺
2、加长铁心，进一步降低磁密
3、适当放大槽形，增加线规以降低铜耗
4、改进工艺以减小附加损耗
5、如果损耗的明显地减小，可以适当缩小风扇以降低机械损耗
另外说明一点，日本电机的效率值是不能信的，附加损耗计算时取得比国内还低 讲得很好，受益不少 多谢楼主分享,来看看 50W800的冲片效果更好！ 讲得很好，版主厉害；哪个公司的啊？ 介绍的好。学习了。 分析的好，讲的好。老五对日本的东西似乎更了解一些。 多谢分享！ 受教了，讲的很不错。 很好啊受教了呢 多谢！分享！ 1.感謝1樓的熱誠分享！謝謝您！
2.個人曾將單相200W及三相200W: 將原來的1300牌號矽鋼片為600碑號矽鋼片、經特性試驗時、並未發現效率、温升有明顯改善、到目前為止、還查不出原因
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