效率、功率因數、起動、溫升等,都是電機的關鍵性能參數,對於任何一臺電機,要兼顧所有參數的優化不太可能,也就是說在追求某一性能指標的同時,其他的性能參數可能就會發生劣化。爲此,只能按照電機的使用特性有所側重地做一個合理的性能平衡。這也是不同系列產品性能差異化的原因之一。

01電機的效率參數分析

對於電機產品,當鐵芯磁密與導線的電流密度接近時,電機單位功率所消耗的有效材料隨轉速及容量的增加而減小,即,當電機轉速較高、功率較大時,材料的利用率相對較高,損耗也相對要少。對於轉速相同的電機,功率越大,相對用料較少,效率也容易提升;對於容量相同但轉速不同的電機,高轉速電機效率相對高。這些知識可以作爲電機產品成本測算及電機採購過程談判的一些經驗。我們以某系列三相異步電機的測量數據,對以上內容進行數據的印證。

02功率因數性能參數分析

功率因數是指交流電路有功功率對視在功率的比值。用戶的電器設備在一定電壓和功率下,該值越高效益越好,發電設備越能充分利用。對於異步電機,勵磁電流相對於額定電流的佔比越小,功率因數就越高。提升電機的功率因數,可以通過增加鐵重方式降低電機氣隙磁密,也可以增加用銅量提高線負荷,但同時要兼顧電機繞組溫升及起動性能符合性;減小電機氣隙可以提升功率因數,但必須考慮到加工成本及可靠性,特別是與零部件加工水平的匹配關係,預防定轉子不同心乃至掃膛問題的發生。

相對而言,小電機和低轉速電機,以及起動轉矩和最大轉矩要求較高的電機,對應的功率因數較低。

03電機運行性能參數

最大轉矩和起動轉矩是電機產品非常重要的性能參數,要提高最大轉矩和起動轉矩,可以採用較高的氣隙磁密的鐵芯飽和度,或增加每極每相的槽數。但鑑於製造的工藝性問題,特別是多極電機,只能適當降低功率因數指標。

對於改善電機起動轉矩並降低起動電流的措施,對於轉子槽高較小的情況不適宜,因而只能從轉子導條的材料上做文章,如採用合金鋁、黃銅等,但這又會導致電機運行時銅損耗的增大及效率降低。

中大型高壓籠型電機定子採用矩形槽梯形齒,線圈絕緣較厚,受齒部磁密約束,氣隙磁密不能隨線負荷提升而相應提高;定子爲開口槽,起動時由齒頂漏磁路飽和引起的槽漏抗、諧波漏抗和斜槽漏抗下降不多等具體因素導致其的起動轉矩較小。

但是,繞線式電機具有良好的起動性能,但電機的結構和製造成本,特別是材料成本相對籠型電機要高很多,而且集電環系統產生的摩擦損耗和壓降導致電機效率不同程度地降低,電機越小,效率降低越多。

鑑於以上分析,對於不同用途的電機,應該按照實際的需求進行性能參數的設定和平衡,滿足使用的同時,還必須兼顧製造成本及可靠性問題。

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