當電機將電能轉化為機械能時,也會損失一些能量。一般來說,電機損耗可分為三部分:可變損耗、固定損耗和雜散損耗。
1.可變損耗隨負載變化,包括定子電阻損耗(銅損)、轉子電阻損耗和電刷電阻損耗。
2.固定損耗與負載無關,包括鐵芯損耗和機械損耗。鐵損由磁滯損耗和渦流損耗組成,與電壓的平方成正比,磁滯損耗與頻率成反比。
3.其他雜散損耗是機械損耗和其他損耗,包括軸承的摩擦損耗和風扇、轉子旋轉引起的風阻損耗。
一、定子損耗
降低電機定子I^2R損耗的主要方法有:
1.增加定子槽的橫截面積。在定子外徑相同的情況下,增加定子槽的截面積會減小磁路面積,增加齒的磁密。
2.提高定子槽滿率,對小型低壓電機有很好的效果。通過采用最佳繞組和絕緣尺寸以及大導線的橫截面積,可以提高定子的滿槽率。
3.盡可能縮短定子繞組端部長度,定子繞組端部損耗占繞組總損耗的1/4~1/2。減少繞組的端部長度可以提高電機的效率。實驗表明,末端長度減少了20%,損耗減少了10%。
二、轉子損耗
電機轉子的I^2R損耗主要與轉子電流和轉子電阻有關,相應的節(jié)能方法主要有:
1.降低轉子電流,可以從提高電壓和電機功率兩方面考慮。
2.增加轉子槽的橫截面積。
3.降低轉子繞組的電阻,比如使用粗導線和低電阻的材料,對于小型電機更有意義,因為小型電機一般都是鑄鋁轉子。如果采用鑄銅轉子,電機總損耗可降低10%~15%。但現(xiàn)在的鑄銅轉子制造溫度要求高,技術還沒有普及,其成本比鑄鋁轉子高15%~20%。
三、鐵芯損耗
可以通過以下措施降低電機的鐵損:
1.降低磁場密度,增加鐵芯長度來降低磁通密度,但電機的鐵耗會相應增加。
2.減少鐵屑的厚度以減少感應電流的損失。比如用冷軋硅鋼片代替熱軋硅鋼片,可以減少硅鋼片的厚度,但是薄鐵片會增加鐵片的數(shù)量,增加電機的制造成本。
3.采用導磁性能良好的冷軋硅鋼片,減少磁滯損耗。
4.采用高性能鐵屑絕緣涂層。
5.熱處理和制造技術。鐵屑加工后的殘余應力會嚴重影響電機的損耗。加工硅鋼片時,切削方向和沖壓剪應力對鐵芯損耗影響很大。沿硅鋼片軋制方向切割,并對硅鋼片進行熱處理,可降低損耗10%~20%。
四、雜散損耗
現(xiàn)在對電機雜散損耗的認識還處于研究階段。目前,降低雜散損耗的一些主要方法有:
1.采用熱處理和精加工減少轉子表面短路。
2.轉子槽內(nèi)表面的絕緣處理。
3.通過改進定子繞組設計減少諧波。
4.改善轉子槽配合設計降低諧波,增加定子和轉子齒槽,將轉子槽設計成斜槽,采用串聯(lián)正弦繞組、分散繞組和短距離繞組,可大幅降低高次諧波;用磁性槽泥或磁性槽楔代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絕緣槽楔,并用磁性槽泥填充電機定子鐵芯的槽,是降低附加雜散損耗的有效方法。
五、風力摩擦損失
風摩擦損失約占電機總損失的25%,應引起足夠的重視。摩擦損失主要由軸承和密封件引起,可通過以下措施減少:
1.最小化軸的尺寸,但滿足輸出轉矩和轉子動力學的要求。
2.使用高效軸承。
3.使用高效的潤滑系統(tǒng)和潤滑劑。
4.采用先進的密封技術。