近年來,以減輕地球升溫效應(削減co2排量)為代表的環境保護,以及應對石油等能源枯竭的各種措施,推動著全球規模的節能化發展,電動機變頻器驅動的節能意向漲。在國內,伴隨著《節能法》的制定及執行力度的強化,取得iso4001認證的工廠企業日益增加,能源使用合理化計劃的推廣等,節能的需求愈益提。另方面,工廠中的用電量約70%為電動機所消耗,因此,電動機的效率化需求也不斷提。尤其是,以風機、水泵用途為中心,將變頻器和電動機組合成可變速控制的變頻器驅動系統正廣泛普及。本文對電動機效率化技術的動向,電動機變頻器驅動導致的節能化以及有關注意點予以闡述。
2 電動機的效率化
電動機是將輸入的電能轉換為旋轉的機械能的設備。電動機的效率化,就是為降低在這一能量轉換過程中所產生的損耗。效率定義如下:
電動機損耗有1次銅損、2次銅損、鐵損、機械損耗、雜散負荷損耗5種,如表1所列。
表1 損耗的定義
損 耗
定 義
1次銅損
因流入一次導體的電流產生的損耗
2次銅損
因流入二次導體的電流產生的焦耳(熱)損耗
鐵 損
因磁場旋轉于鐵芯內產生的磁滯損耗和渦流損耗
機械損耗
因軸承的摩擦和空氣阻抗形成的機械摩擦損耗
雜散負荷損耗
上述損耗以外的損耗
變頻器驅動的電動機可分為永磁電動機(ipm)和感應電動機。ipm意為內置式永磁電動機,也被稱為效率同步電動機。有關電動機的結構,感應電動機和ipm轉子結構的比較,如圖1所示。
ipm是將永磁體裝入轉子內部的結構,內置的永磁體產生磁通,故勿需勵磁電流,降低了1次銅損;其結果,ipm比感應電動機大能提約10%的效率。ipm為低損耗電動機,能減小熱容量,故對比感應電動機,具有小型輕量化的特點。
感應電動機因無永磁體,易于維護且結構堅固,故在工廠企業中廣泛使用著。作為感應電動機效率化的方法,必須減小表1所列的各種損耗。
1次銅損在損耗中占的比重較大,藉繞線方式的改變縮短導線的長度,以及藉密度充填繞線技術(提占績率)均可降低銅損。而且,對轉子槽形的重新審核設計,可降低額定運轉時的2次銅損。此外,由于低損耗、磁密鐵芯材料的普及,使用能減少鐵損。對定子和轉子槽的優化組合,對氣隙長度和轉子斜度的優化設計,可降低雜散負載損耗。
效率電動機比較通用電動機,損耗能減小(20~30)%。冷卻風量減小,采用小直徑風扇還能減小通風損耗。
3 變頻器原理
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