如何提高各類電機(jī)的效率？方法有哪些？

工業(yè)和信息化部、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布《電機(jī)能效提升計(jì)劃(2013-2015年)》，明確了在用低效電機(jī)淘汰路線圖，其中2015年底前淘汰2003年(含)前生產(chǎn)的Y、Y2、Y3系列低壓三相異步電動(dòng)機(jī)和電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)自行命名的低壓低效三相異步電動(dòng)機(jī)。

具有百年歷史的國際知名電機(jī)品牌馬拉松電機(jī)一直致力于超高效電機(jī)的研發(fā)和制造，針對國家政策已經(jīng)明確要求淘汰低效電機(jī)的情況，馬拉松電機(jī)為客戶提供豐富的高效電機(jī)訂制化設(shè)計(jì)方案。其中有很多客戶在要求提高電機(jī)效率的同時(shí)，并不希望改變電機(jī)的外形和安裝尺寸，不希望改變配套設(shè)備的尺寸。

這意味著電機(jī)的外殼部件、鐵心長度、定子沖片外圓等尺寸都不能改變，給電機(jī)設(shè)計(jì)帶來了空前的難度。經(jīng)過反復(fù)計(jì)算，多次實(shí)驗(yàn)，多次調(diào)整，我們成功地在不改變電動(dòng)機(jī)外形尺寸條件下，以最低成本，將315中心高電機(jī)的效率等級從高效IE2提高至超高效IE3。

降低電動(dòng)機(jī)損耗的措施

根據(jù)IEC60034-30標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，IE3電動(dòng)機(jī)比IE2電動(dòng)機(jī)平均效率提高約一個(gè)百分點(diǎn)。以315中心高2極電機(jī)中最大功率200kW電動(dòng)機(jī)為例，效率須從95.0%提高至95.8%，315中心高4極電機(jī)中最大功率200kW電動(dòng)機(jī)，效率須從95.1%提高至96.1%。

眾所周知，電動(dòng)機(jī)的損耗主要由定子銅耗、轉(zhuǎn)子鋁耗、鐵耗、機(jī)械損耗和雜散損耗組成，超高效電動(dòng)機(jī)的開發(fā)，必須從降低這五大損耗著手，采取多種舉措，挖掘潛力，降低損耗，提高電動(dòng)機(jī)的效率。

(1)增加有效材料，降低銅、鐵、鋁耗

根據(jù)電動(dòng)機(jī)相似原理，當(dāng)電磁負(fù)荷不變，且不考慮機(jī)械損耗時(shí)，電動(dòng)機(jī)效率的變化可近似表示為：

式中: η——現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的效率;

a——電動(dòng)機(jī)的長度比例系數(shù);

η0——原始電動(dòng)機(jī)的效率。

從式(1)可見，效率與有效材料長度的線性增長成反比。所以，有效材料的增加能使效率值提高。

為了在一定的安裝尺寸條件下獲得較大的空間，以便能放置較多的有效材料來提高電動(dòng)機(jī)的效率，定子沖片外徑尺寸成為一個(gè)重要因素。對于IE3超高效電動(dòng)機(jī)，由于其效率提高幅度較大，僅靠軸向尺寸的增加來提高效率是很困難的，為此很多公司選擇了放大定子沖片外徑的方案。

這意味著機(jī)座、端蓋、風(fēng)罩等外殼部件均須全部新制，不僅大量增加成本，而且結(jié)構(gòu)件的力學(xué)和固有頻率都需重新核算、分析和試驗(yàn)。不僅如此，電動(dòng)機(jī)的外形尺寸會比現(xiàn)有的IE2高效電機(jī)大，這將改變客戶配套設(shè)配，增加客戶使用成本，這是很多客戶所不能接受的。

既然定子沖片外徑和鐵心長度都不能改變，意味著鐵的用量無法增加，那我們只能考慮如何增加銅和鋁的用量。我們發(fā)現(xiàn)315中心高電機(jī)的沖片對銅和鋁的利用率并不很高，于是參考我公司某一系列電動(dòng)機(jī)的三圓尺寸，將定子鐵心內(nèi)圓縮小，增加定子槽深，增加銅的用量;同時(shí)增加轉(zhuǎn)子槽深，增加鋁的用量。

電機(jī)損耗高效率低下是很多工程困擾的一件事，下面電機(jī)磁鐵廠家卡瑞奇小傅為您分享6個(gè)提高效率的好方法，希望對您有所幫助。

一、降低定子銅耗

降低定子繞組中電流通過所產(chǎn)生的銅耗，在電機(jī)繞組匝數(shù)不變的情況下,可加大導(dǎo)線線徑而減小繞組電阻降低銅耗。

二、降低轉(zhuǎn)子導(dǎo)體損耗

降低轉(zhuǎn)子繞組中電流通過所產(chǎn)生的導(dǎo)體(鋁或銅)損耗，通過控制轉(zhuǎn)子鑄造時(shí)的壓力、溫度以及氣體排放路徑等措施，減少轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的氣體，從而提高導(dǎo)電率,降低轉(zhuǎn)子損耗。

三、增加有效材料，降低繞組損耗和鐵耗

根據(jù)電機(jī)相似原理，當(dāng)電磁負(fù)荷不變，并且不考慮機(jī)械損耗時(shí)，電機(jī)的損耗與有效材料尺寸的線性增長成反比。在小功率電機(jī)中，增加材料，效率提高較大，而對效率已較高的大功率電機(jī)效率提高較小。

四、高性能磁性材料和工藝措施降低鐵耗

鐵心材料的磁性能(導(dǎo)磁率和單位鐵損)對電機(jī)的效率和其他性能影響較大，同時(shí)鐵心材料費(fèi)用又是構(gòu)成電機(jī)成本的主要部份，因此選用合適的磁性材料是設(shè)計(jì)和制造高效率電機(jī)的關(guān)鍵。

五、縮小風(fēng)扇降低通風(fēng)損耗

對于較大功率的2、4極電機(jī)，風(fēng)摩耗占有相當(dāng)大的比例，如2P 110kW電機(jī)風(fēng)摩耗可達(dá)總損耗的30 %左右。風(fēng)摩耗主要由風(fēng)扇消耗的功率所構(gòu)成。由于高效率電機(jī)的熱耗一般較低，因此冷卻用風(fēng)量可減少，從而通風(fēng)功率也可減少。在溫升許可的情況下，縮小風(fēng)扇尺寸可有效地降低風(fēng)摩耗。

六、通過設(shè)計(jì)和工藝措施降低雜散損耗

異步電機(jī)的雜散損耗主要是由磁場高次諧波在定轉(zhuǎn)子鐵心和繞組中所產(chǎn)生的高頻損耗。為降低負(fù)載雜耗可通過采用Y- O串接的正弦繞組或其他低諧波繞組來降低各次相帶諧波的幅值，從而降低雜耗。

電機(jī)是許多工業(yè)和家用設(shè)備中必不可少的一部分。幾乎所有的機(jī)器和設(shè)備都需要電機(jī)來運(yùn)轉(zhuǎn)，而且電機(jī)不僅在工業(yè)和家用設(shè)備中起著重要的作用，在交通運(yùn)輸、醫(yī)療設(shè)備、航空航天等領(lǐng)域中也有廣泛的應(yīng)用。因此，電機(jī)的效率和節(jié)能問題一直備受關(guān)注。

在實(shí)現(xiàn)電機(jī)節(jié)能的過程中，一個(gè)常見的方法是替換電機(jī)，采用高效節(jié)能的新型電機(jī)。但是，并不是所有的使用電機(jī)的場合都可以隨意更換電機(jī)。比如一些老舊的設(shè)備，它們的電機(jī)已經(jīng)安裝在原有的設(shè)備結(jié)構(gòu)中，如果要替換電機(jī)，就需要對設(shè)備進(jìn)行改造。而且如果是在大型工業(yè)設(shè)備中更換電機(jī)，會有較高的人力物力成本和停機(jī)時(shí)間成本。在這種情況下，如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)節(jié)能呢?

實(shí)現(xiàn)電機(jī)節(jié)能的第一步是對電機(jī)進(jìn)行評估。評估電機(jī)的效率和能耗，有助于確定在不更換電機(jī)的情況下，如何進(jìn)行優(yōu)化。一般來說，電機(jī)的效率越高，耗能就越低。因此，在沒有更換電機(jī)的情況下，提高電機(jī)的效率是最重要的一步。

提高電機(jī)效率的方法有很多種。下面介紹幾種常見的方法：

1.減小負(fù)載：負(fù)載越重，電機(jī)的運(yùn)行效率就越低。因此，在不影響設(shè)備性能的前提下，盡量減小負(fù)載，可以有效地提高電機(jī)的效率。

2.優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)：傳動(dòng)系統(tǒng)包括傳動(dòng)軸、皮帶、齒輪等部分。通過優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)，減小能量的轉(zhuǎn)換損失，可以提高電機(jī)的效率。

3.調(diào)整電機(jī)運(yùn)行參數(shù)：電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)包括電壓、電流、頻率等。適當(dāng)調(diào)整這些參數(shù)，可以提高電機(jī)的效率。

除了上述方法，還有一些其他的方法，比如改進(jìn)散熱系統(tǒng)、使用可變速驅(qū)動(dòng)器等。這些方法都可以在一定程度上提高電機(jī)的效率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

總的來說，實(shí)現(xiàn)電機(jī)節(jié)能的方法是多種多樣的。在不更換電機(jī)的情況下，通過優(yōu)化電機(jī)的使用環(huán)境和運(yùn)行參數(shù)，可以有效地提高電機(jī)的效率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。當(dāng)然，在更換電機(jī)的情況下，也可以采用高效節(jié)能的新型電機(jī)，進(jìn)一步提高節(jié)能效果。電機(jī)速度控制的方法有很多種，下面列舉幾種常見的方法：

1. 電壓調(diào)節(jié)法：

通過改變電機(jī)繞組的電壓來改變轉(zhuǎn)速，可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速但效率不高，控制精度低，一般不采用。

2. 頻率調(diào)節(jié)法：

通過改變交流電源的頻率來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過改變PWM輸出信號的占空比，使得電機(jī)的相電壓頻率隨之改變。

3. PID 控制法：

對轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制，通過對轉(zhuǎn)速偏差進(jìn)行反饋控制，控制電機(jī)的速度，精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)，但是實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。

4. 矢量控制法：

通過對磁場進(jìn)行矢量控制來達(dá)到控制電機(jī)的速度，精度和效果都很好，但實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。

5. 直流電機(jī)PWM調(diào)速法：

通過PWM的方式控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過改變占空比來調(diào)節(jié)電源輸出到電機(jī)的平均電壓，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

總之，電機(jī)速度控制的方法有很多種，具體采取哪種方式需要根據(jù)控制要求、電機(jī)類型、成本因素等綜合考慮。