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高效的电动机和发电机的效率

时间:2018/5/21 14:07:47 来源:上海方力

高效电动机 高效、 超高效电动机的设计要点是降低各项损耗(铜、 铁、机械和杂散耗), 提高电动机效率。所采取的措施包括:
 1.应用特殊下线工具, 提高定子槽满率<,增加了铜线的截面积; 
2.提高制造精度,缩短线圈端部长度,加强冲片和定子铁心",
现在高效的电动机和发电机的效率如何?我来说说高效电动机高效、 超高效电动机的设计要点是降低各项损耗铜、 铁、机械和杂散耗, 提高电动机效率。所采取的措施包括:
1.应用特殊下线工具, 提高定子槽满率,增加了铜线的截面积;
2.提高制造精度, 缩短线圈端部长度,加强冲片和定子铁心的制造质量, 从而减少铁耗和激磁电流及其引起的铜耗; 
3.改善转子槽绝缘工艺, 降低负载杂耗; 合理的选择硅钢片的牌号,降低铁损和定子铜耗(专业的术语)各个损耗占得百分比是怎样的呢?
1.首要解决的是定子铜耗问题。
因为定子绕组铜损耗cu1约占总损耗的40%, 主要为满载时定子绕组在运行温度下的电阻损耗。
2.其次是降低铁损铁心损耗Fe占总损耗的20%左右, 由交变主磁通在定子或转子铁心中产生的磁滞损耗和涡流损耗组成。 正常运转时, 异步电机转子的磁通变化频率很低, 转子铁心损耗可以忽略不计。
3.再一个是降低转子铜耗转子铜耗Al2约占总损耗的25%;
4.降低机械耗机械损 Pf ω约占总损耗的5%, 包括风扇及通风系统的损耗, 电机转子表面的摩擦损耗、轴承摩擦损耗和密封圈摩擦损耗等。风摩耗的产生与电机转速、通风方式、风扇形式、风扇外径、 转子外径、 轴承类型、 润滑特性、机械加工精度及装配质量等有关。
5.降低负载杂散损耗电动机的负载杂耗随电机设计、 制造工艺以及功率、转速和材料不同而变化, 一般在输入功率的0.5%~3%之间, 随着功率的增加, 负载杂耗所占输入功率的比例而减小。
怎么提高电动的效率呢?
要提高电机效率, 从理论上讲希望尽可能提高电机线负荷、 气隙磁通密度和线电流密度。
现在设计中, 一般气隙磁通密度在0.40~0.80T之间,定、 转子齿轭部磁密设计取值一般最高也不超过1.65T, 限制了电机效率提高。
若采用高磁导率尤其是在中高磁场下具有磁导率高、 比损耗低优质硅钢片, 即可为提高气隙磁通密度, 调整线负荷和线电流密度提供条件。 也就在提高电机效率方法中又增加了一条新的途径, 即使用磁化性能更好的磁导率高、 比损耗低、薄规格、同板差小的电工钢片。
通过电磁负荷的重新设计一般是提高磁密、 降低电负荷或电密, 充分利用硅钢片的重要性能指标— 磁导率, 对提高电机效率有明显效果。
此外,在条件允许的情况下, 还可以使用常温超导材料, 使电机损耗得到更大的降低, 进一步提高电机效率。对于小功率电机可以考虑采用铸铜转子方案。
说了这么多铺垫的话,那么题主想问的高效电动机的效率到底如何呢?
高效笼型感应电机IE2(2级标准效率)与普效电机IE1(1级标准效率)相比有如下特点1)效率高,IE2比IE2平均高3%,IE3比IE1平均高近5%左右;

2)需要使用更多高质量的材料。IE2比IE1电机成本高25%~30%,IE3比IE1电机成本高40%~60%左右;3)优于运行温度较低,电机寿命更长,可降低维护成本;

4)典型设计情况下起动电流较大些;

5)转子惯量较大;

6)额定负载下转速较高,转差率较小。高效电机寿命周期成本比普通的低效率电机低,维护费用一般也低于低效电机,从整个工作生命周期内实际节约的能耗成本要比采购成本高许多,因此包括我国在内,世界上许多国家都越来越重视高效率电机的研发及使用推广。

这个效率只计算了系统中的单一环节,即电机轴输入/输出功率 与 产生/消耗电力的比值。但是其中包含了铁损耗(因为超导磁场强度,很容易饱和,没有铁芯或者有很少的铁芯,所以几乎没有铁损)、铜损耗(转子因为使用超导,转子几乎没有铜耗,定子因为使用了非超导材料,所以有铜耗)、机械损耗(也很少),以及用来制冷的功耗(超导电机的电阻很小,产生的热量很少,所以在热绝缘良好的情况下,制冷功率不大)。

而超导电机从 5%负荷到最大负荷(最大速度)都有超过97%效率。

因此,有如下好处船舶如果用燃气/柴油作为燃料的 有10%以上节燃料,如果用核电的话同样会有10%节能。

统的电机具有相同的输出参数将有 200-300 吨,大概两倍的尺寸。缩减机房大小,你可以额外装载货物、 旅客或弹药 。

 此外,高温超导电动机比同等功率的传统电机更安静。据该公司介绍,高温超导电机的 25 兆瓦 60 吨版本,全速时噪音指标是 48 分贝 -- 比桌面电脑响一点。

电动机是一种能量转换效率很高的机器,电动机通常都在85%以上,而且功率越大,工作效率也越高,而大型电机的效率甚至可以达到98%。一般来说永磁比电磁效率高。效率和运行温度一般无关,但是温度过高会导致绝缘失效。超导电机必须在温度达到临界时,才能正常运行。超导电机可以用在军事用途,比如电磁炮上,或者航母驱动、弹射系统。

小型直流永磁电动机里面空心杯电机效率最高。

在设计工作区间,空心杯电机因为没有铁损,效率可以超过95%,铁芯电动机一般在70%。因为空心杯电机的转动惯量小,所以用在伺服电机上,可以省很多电。

此次设计的SR马达通过在马达的材料及构造上下工夫,在与丰田上一代普锐斯(2003年推出)的IPM马达同等尺寸的条件下,确保了效率、扭矩以及输出功率。具体而言,在1200rpm条件下,实现了50kW(上一代普锐斯为50kW)的输出功率、403N·m(上一代普锐斯为400N·m)的扭矩以及86%(上一代普锐斯为83%)的效率。

上一代普锐斯的IPM马达的积厚(磁芯的轴向厚度)为83.6mm,如果将71.4mm的线圈尾端长度(线圈突出于磁芯轴向长度之外的长度)包含在内,则约为156mm。由于线圈为分布卷绕方式,因而线圈尾端较长,磁芯的积厚不能做得太大。而SR马达由于采用了集中卷绕方式,因此,可减短线圈尾端,相应地增大了马达磁芯的积厚。开发SR马达时,就把与上一代普锐斯的IPM马达相同的大小的扭矩作为了开发目标。

磁芯材料方面,为板厚为0.35mm的硅钢板,与普锐斯等车型上通用的“35A300”(JIS标准)与JFE钢铁的“10JNEX900”(厚度为0.10mm)进行了对比。10JNEX900含有6.5%的硅。

随着频率增高,通用件35A300的铁损增幅变得比10JNEX900更大)。此处的频率与转子的极数成比例。另外,已知如果增加转子的极数,则扭矩增大。也就是说,较大的扭矩可通过增加极数来得到)。通过分析软件的估算得知,如果定子/转子的极数从6:4变成8:6,则最大扭矩从160N·m增至221N·m。

不过,如果只倾斜定子的根部,由于插槽的面积会减少,因而线圈的截面积也将减少。所以相应地将转子的直径从200mm减小到了180mm,由此增加了定子的厚度,确保了线圈的面积。

最后,对于18/12的马达(1200rpm),按照钢板种类对比的结果制作成了“SRM1”与“SRM2”,将增加了定子倾角的制作成了“SRM3”。在SRM2中,平均扭矩为370N·m,效率为77.8%。而SRM3则扭矩增加到了400N·m,效率增加到了84.3%。

今后,将着手进行逆变器的标准化、减小振动以及降低成本。SR马达的逆变器电路与采用磁铁的IPM马达不同。因此,试制SR马达用逆变器时必需特别进行设计,成本也会增加。假如能够利用已有的IPM马达的逆变器电路,那么SR马达的逆变器就能实现小型化及低成本化。

通过调节电动机中磁铁和铁的距离,最大限度利用磁力。此外,通过增加内部线圈的数量,可以使这种电动机的输出功率和使用稀土的电动机处于几乎相同水平。

方面有天生的优势。特斯拉使用的富田电机是其与台湾富田联合研制,使用纯铜转子技术,功率密度、精密性、经济性极高;变频控制方面使用IGBT数字技术控制电机,实现逆变电路小型化,极大提高了交流电机的可用性。相比之下,日产聆风采用模拟技术(电容)控制电机

国内企业广泛使用直流永磁电机作为纯电动汽车的动力。直流永磁电机的优点是可控性能好,调速容易,但是其缺点也是显而易见的,因为磁铁具有高温失磁的问题,所以工作温度要控制,而且小型化也受到了限制,还有就是大功率效率的问题,所以在50kw以上的电机都不使用直流永磁电机。节能、高功率是稀土永磁同步电机相比异步电机的最大优势。异步感应电机的转子上没有永磁体,也无需换向器、电刷,具有结构简单、制造方便、可靠性好等优点。



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