异步电机在承载工作状态下,其额外的能耗往往被简化处理,多数国家的规范通常将这部分能耗设定为电机输出(发电时)或输入(电动机时)功率的0.5%。这一比例相当粗略。对于采用压力铸铝技术的小型异步电机,其承载状态下的额外能耗通常占输出功率的2至3%,个别情况甚至可达到4至5%或更高。这不仅对电机的经济运行和启动性能产生重大影响,还可能导致线圈温度异常升高。因此,多年来,人们一直关注如何精确计算和减少笼型转子异步电机在承载状态下的额外能耗。
笼型转子异步电机承载状态下的额外能耗主要包括以下几方面:
1. 定子绕组的漏磁场在绕组及其端部金属部件中引起的额外能耗。
2. 定子磁势谐波在鼠笼转子绕组中感应电流造成的额外能耗。
3. 定子磁势谐波在转子铁心表面引发的表面损耗。由于鼠笼转子绕组中的感应电流具有消磁效应,只有少量谐波磁场能深入转子齿部,因此可以忽略这些谐波在齿部产生的脉振损耗。转子磁势谐波在定子铁心中引起的额外能耗较小,通常也可以忽略。
4. 没有槽绝缘的铸铝转子中,由泄漏电流产生的损耗。
上述内容中,由定子绕组的漏磁场在绕组及其端部金属部件中产生的额外能耗主要由基频电流引起,故称为基频额外(杂散)能耗。其他各项均由高频电流引起,故称为高频额外(杂散)能耗。皖南电机价格表
斜槽情况下的能耗分析
在斜槽设计的情况下,若导条绝缘良好,则由定子相带谐波磁势在鼠笼绕组中产生的能耗,仍可近似按公式(1)计算,但需乘以斜槽系数K。皖南电机价格表假设转子槽扭斜一个定子齿距,那么在整个导条长度上由定子磁势齿谐波感应的合成电势接近于零。
p2v = (4m12W12Kdpv2K2v4R2vI12)/Z2 ………………………(1)
式中:
I1 - 定子相电流;
R2v - 转子导条交流电阻(对应于相关的谐波频率);
Kdpv - 对v次谐波的定子绕组系数;
K2v - 假设的转子绕组对v次谐波的绕组系数。
然而,在斜槽设计的情况下,若导条与铁心间没有良好绝缘,定子磁势各次谐波在转子鼠笼绕组中感应的电势,会通过铁心硅钢片在相邻导条间形成“横向”电流,在相邻“半根”导条间所形成的“横向”电流将产生额外能耗。这种损耗的大小除与谐波磁场的频率、磁密幅值等因素有关外,主要取决于导条与铁心间的接触电阻Rc,但影响接触电阻Rc大小的加工工艺因素较难掌握,因此很难确定一个计算Rc的通用公式,目前尚无一个较为成熟且简便的方法来计算此项损耗。
降低异步电动机承载状态下的额外能耗的措施
尽管承载状态下的额外能耗占每台异步电动机输入功率的比例很小,但由于笼型转子异步电动机应用广泛、数量庞大,这些能耗消耗的总电量在数量上仍然十分可观,特别是对于当前大力推广的高效电机,其意义更加重要。近年来,国内外都在研究如何降低这些能耗。
对于中小型异步电机而言,承载状态下的额外能耗中,高频损耗占比较大,基频额外能耗一般占比不高。为降低高频额外能耗,可以采取以下措施:
1. 采用谐波含量较少的定子绕组形式,例如:一般可采用双层短距分布绕组;在小型异步电动机中,部分可能以单双层绕组替代单层绕组;采用△-丫混合接法绕组(这种绕组的相带谐波含量少)。
2. 采用近槽配合。
3. 采用斜槽,同时注意改进转子铸铝工艺或采用其他工艺(如以低压铸造替代压力铸造,但前者生产率较低),以增大导条和铁心间的接触电阻。皖南电机
直流电机承载状态下的额外能耗
直流电机在承载状态下的额外能耗通常较小,通常不进行详细计算。对于没有补偿绕组的电机,一般取为输出(发电时)或输入(电动机时)功率的1%,对于有补偿绕组的电机,一般分别为0.5%。