当电机将电能转化为机械能时,也会损失一些能量。一般来说,电机损耗可分为三部分:可变损耗、固定损耗和杂散损耗。
1.可变损耗随负载变化,包括定子电阻损耗(铜损)、转子电阻损耗和电刷电阻损耗。
2.固定损耗与负载无关,包括铁芯损耗和机械损耗。铁损由磁滞损耗和涡流损耗组成,与电压的平方成正比,磁滞损耗与频率成反比。
3.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、转子旋转引起的风阻损耗。
一、定子损耗
降低电机定子I^2R损耗的主要方法有:
1.增加定子槽的横截面积。在定子外径相同的情况下,增加定子槽的截面积会减小磁路面积,增加齿的磁密。
2.提高定子槽满率,对小型低压电机有很好的效果。通过采用最佳绕组和绝缘尺寸以及大导线的横截面积,可以提高定子的满槽率。
3.尽可能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。减少绕组的端部长度可以提高电机的效率。实验表明,末端长度减少了20%,损耗减少了10%。
二、转子损耗
电机转子的I^2R损耗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.降低转子电流,可以从提高电压和电机功率两方面考虑。
2.增加转子槽的横截面积。
3.降低转子绕组的电阻,比如使用粗导线和低电阻的材料,对于小型电机更有意义,因为小型电机一般都是铸铝转子。如果采用铸铜转子,电机总损耗可降低10%~15%。但现在的铸铜转子制造温度要求高,技术还没有普及,其成本比铸铝转子高15%~20%。
三、铁芯损耗
可以通过以下措施降低电机的铁损:
1.降低磁场密度,增加铁芯长度来降低磁通密度,但电机的铁耗会相应增加。
2.减少铁屑的厚度以减少感应电流的损失。比如用冷轧硅钢片代替热轧硅钢片,可以减少硅钢片的厚度,但是薄铁片会增加铁片的数量,增加电机的制造成本。
3.采用导磁性能良好的冷轧硅钢片,减少磁滞损耗。
4.采用高性能铁屑绝缘涂层。
5.热处理和制造技术。铁屑加工后的残余应力会严重影响电机的损耗。加工硅钢片时,切削方向和冲压剪应力对铁芯损耗影响很大。沿硅钢片轧制方向切割,并对硅钢片进行热处理,可降低损耗10%~20%。
四、杂散损耗
现在对电机杂散损耗的认识还处于研究阶段。目前,降低杂散损耗的一些主要方法有:
1.采用热处理和精加工减少转子表面短路。
2.转子槽内表面的绝缘处理。
3.通过改进定子绕组设计减少谐波。
4.改善转子槽配合设计降低谐波,增加定子和转子齿槽,将转子槽设计成斜槽,采用串联正弦绕组、分散绕组和短距离绕组,可大幅降低高次谐波;用磁性槽泥或磁性槽楔代替传统的绝缘槽楔,并用磁性槽泥填充电机定子铁芯的槽,是降低附加杂散损耗的有效方法。
五、风力摩擦损失
风摩擦损失约占电机总损失的25%,应引起足够的重视。摩擦损失主要由轴承和密封件引起,可通过以下措施减少:
1.最小化轴的尺寸,但满足输出转矩和转子动力学的要求。
2.使用高效轴承。
3.使用高效的润滑系统和润滑剂。
4.采用先进的密封技术。