Потери трехфазных двигателей переменного тока можно разделить на потери в меди, потери в алюминии, потери в железе, паразитные потери и потери на ветер. Первые четыре – это тепловые потери, а сумма их называется полными тепловыми потерями.Доля потерь меди, алюминия, железа и паразитных потерь в общих тепловых потерях поясняется при изменении мощности от малой к большой.На примере, хотя доля потребления меди и алюминия в общих теплопотерях колеблется, в целом она уменьшается от большой к малой, демонстрируя тенденцию к снижению.Напротив, потери железа и случайные потери, хотя и имеют колебания, обычно увеличиваются от малых к большим, демонстрируя тенденцию к росту.Когда мощность достаточно велика, паразитное рассеяние железа превышает рассеивание меди.Иногда паразитные потери превышают потери меди и железа и становятся первым фактором потерь тепла.Повторный анализ двигателя Y2 и наблюдение за пропорциональным изменением различных потерь по отношению к общим потерям обнаруживают аналогичные законы.Признавая вышеизложенные правила, можно сделать вывод, что двигатели разной мощности уделяют разное внимание снижению повышения температуры и теплопотерь.Для небольших двигателей в первую очередь следует уменьшить потери в меди; для двигателей средней и большой мощности потери в железе должны быть направлены на снижение паразитных потерь.Мнение о том, что «блажные потери намного меньше, чем потери в меди и железе», является односторонним.Особо подчеркивается, что чем больше мощность двигателя, тем больше внимания следует уделять снижению паразитных потерь.В двигателях средней и большой мощности используются синусоидальные обмотки для уменьшения гармонического магнитного потенциала и паразитных потерь, и эффект часто бывает очень хорошим.Различные меры по уменьшению паразитных потерь обычно не требуют увеличения эффективных материалов.
Введение
Потери трехфазного двигателя переменного тока можно разделить на потери в меди PCu, потери в алюминии PAl, потери в железе PFe, паразитные потери Ps, износ ветром Pfw, первые четыре — потери на отопление, сумма которых называется общими потерями на отопление PQ, из них паразитные потери. Это причина всех потерь, за исключением потерь в меди PCu, потерь в алюминии PAl, потерь в железе PFe и ветрового износа Pfw, включая гармонический магнитный потенциал, магнитное поле утечки и боковой ток желоба.
Из-за сложности расчета паразитных потерь и сложности испытания во многих странах оговаривается, что паразитные потери рассчитываются как 0,5% входной мощности двигателя, что упрощает противоречие.Однако это значение очень приблизительное, а разные конструкции и разные процессы часто сильно различаются, что также скрывает противоречие и не может достоверно отражать фактические условия работы двигателя.В последнее время измерение паразитной диссипации становится все более популярным.В эпоху глобальной экономической интеграции общей тенденцией является наличие определенного дальновидного подхода к интеграции с международными стандартами.
В данной статье изучается трехфазный двигатель переменного тока. Когда мощность изменяется от маленькой к большой, доля потерь в меди PCu, потерь в алюминии PAl, потерь в железе PFe и паразитных потерь Ps в общих тепловых потерях PQ изменяется, и принимаются контрмеры. Проектируйте и производите более разумно и лучше.
1. Анализ потерь двигателя
1.1 Сначала наблюдайте за экземпляром.Завод экспортирует продукцию электродвигателей серии Е, технические условия предусматривают измеренные паразитные потери.Для простоты сравнения давайте сначала посмотрим на 2-полюсные двигатели мощностью от 0,75 кВт до 315 кВт.По результатам испытаний рассчитывается отношение потерь меди PCu, потерь алюминия PAl, потерь железа PFe и паразитных потерь Ps к общим потерям тепла PQ, как показано на рисунке 1.По оси ординат на рисунке – отношение различных тепловых потерь к общим теплопотерям (%), по оси абсцисс – мощность двигателя (кВт), пунктирная линия с ромбами – доля расхода меди, ломаная линия с квадратами – Доля потребления алюминия, а ломаная линия треугольника представляет собой коэффициент потерь в железе, а пунктирная линия с крестом представляет собой коэффициент паразитных потерь.
Рисунок 1. Ломаная диаграмма соотношения потребления меди, потребления алюминия, потребления железа, паразитного рассеяния и общих тепловых потерь 2-полюсных двигателей серии E.
(1) Когда мощность двигателя изменяется от малой к большой, доля потребления меди, хотя и колеблется, обычно уменьшается от большой к малой, демонстрируя тенденцию к снижению. На 0,75 кВт и 1,1 кВт приходится около 50%, а на 250 кВт и 315 кВт меньше. Доля потребления алюминия 20% также изменилась с большой на маленькую в целом, демонстрируя тенденцию к снижению, но изменение невелико.
(2) От малой к большой мощности двигателя доля потерь в железе меняется, хотя и есть колебания, обычно она увеличивается от малой к большой, демонстрируя тенденцию к росту.0,75–2,2 кВт составляет около 15%, а когда оно превышает 90 кВт, оно превышает 30%, что превышает потребление меди.
(3) Пропорциональное изменение паразитного рассеяния, хотя и колеблется, обычно увеличивается от малого к большому, демонстрируя тенденцию к росту.0,75кВт ~ 1,5кВт составляет около 10%, а 110кВт близко к потреблению меди. Для характеристик мощностью более 132 кВт большая часть паразитных потерь превышает потребление меди.Случайные потери 250 кВт и 315 кВт превышают потери в меди и железе и становятся первым фактором потерь тепла.
4-полюсный двигатель (линейная схема опущена).Потери в железе мощностью выше 110 кВт больше, чем потери в меди, а паразитные потери 250 кВт и 315 кВт превышают потери в меди и железе, становясь первым фактором потерь тепла.Сумма потребления меди и алюминия этой серии 2-6-полюсных двигателей: на небольшой двигатель приходится от 65% до 84% общих теплопотерь, в то время как на большой двигатель снижается до 35%-50%, а на железо потребление наоборот: на небольшой двигатель приходится от 65% до 84% общих теплопотерь. Общие тепловые потери составляют от 10% до 25%, тогда как у большого двигателя они увеличиваются примерно до 26–38%.Случайные потери у малых двигателей составляют от 6% до 15%, а у больших двигателей - от 21% до 35%.Когда мощность достаточно велика, паразитные потери в железе превышают потери в меди.Иногда паразитные потери превышают потери в меди и железе, становясь первым фактором потерь тепла.
2-полюсный двигатель серии 1.2 R, измеренные паразитные потери
По результатам испытаний получают отношение потерь меди, железа, паразитных потерь и т. д. к общим потерям тепла PQ.На рисунке 2 показано пропорциональное изменение мощности двигателя паразитным потерям в меди.По оси ординат на рисунке — отношение (%) паразитных потерь меди к общим потерям на отопление, по оси абсцисс — мощность двигателя (кВт), пунктирная линия с ромбами — отношение потерь меди, пунктирная линия с квадратами — коэффициент паразитных потерь.Рисунок 2 ясно показывает, что в целом, чем больше мощность двигателя, тем больше доля паразитных потерь в общих тепловых потерях, которая растет.На рисунке 2 также показано, что для устройств мощностью более 150 кВт паразитные потери превышают потери в меди.Существует несколько типоразмеров двигателей, и паразитные потери даже в 1,5–1,7 раза превышают потери в меди.
Мощность этой серии 2-полюсных двигателей варьируется от 22 кВт до 450 кВт. Отношение измеренных паразитных потерь к PQ увеличилось с менее чем 20% до почти 40%, а диапазон изменений очень велик.Если выразить это отношением измеренных паразитных потерь к номинальной выходной мощности, то они составляют около (1,1~1,3)%; если выразить это отношением измеренных паразитных потерь к входной мощности, то оно составит около (1,0~1,2)%, последние два отношения выражения не сильно изменятся, и трудно увидеть пропорциональное изменение паразитных потерь. поражение от PQ.Следовательно, наблюдение за потерями тепла, особенно отношением паразитных потерь к PQ, позволяет лучше понять закон изменения потерь тепла.
Измеренные паразитные потери в двух вышеупомянутых случаях основаны на методе IEEE 112B в США.
Рисунок 2. Линейная диаграмма отношения паразитных потерь в меди к общим тепловыделениям 2-полюсного двигателя серии R.
1.3 Двигатели серии Y2
Технические условия предусматривают, что паразитные потери составляют 0,5% от входной мощности, а в GB/T1032-2005 указано рекомендуемое значение паразитных потерь. Теперь возьмем метод 1 и формулу Ps=(0,025-0,005×lg(PN))×P1, формула PN- номинальная мощность; P1- входная мощность.
Мы предполагаем, что измеренное значение паразитных потерь равно рекомендуемому значению, и пересчитываем электромагнитный расчет, а затем вычисляем отношение четырех тепловых потерь потребления меди, потребления алюминия и потребления железа к общим потерям тепла PQ. .Изменение ее пропорции также соответствует вышеуказанным правилам.
То есть: при изменении мощности от малой к большой доля потребления меди и алюминия в целом снижается от большой к малой, демонстрируя тенденцию к снижению.С другой стороны, доля потерь в железе и паразитных потерь обычно увеличивается от малого к большому, демонстрируя тенденцию к росту.Независимо от 2-полюсного, 4-полюсного или 6-полюсного варианта, если мощность превышает определенную мощность, потери в железе превысят потери в меди; доля паразитных потерь также будет увеличиваться от малых к большим, постепенно приближаясь к потерям в меди или даже превышая потери в меди.Паразитное рассеяние более 110 кВт на 2 полюсах становится первым фактором теплопотерь.
На рисунке 3 представлен ломаный график отношения четырех тепловых потерь к PQ для 4-полюсных двигателей серии Y2 (при условии, что измеренное значение паразитных потерь равно рекомендованному выше значению, а другие потери рассчитываются в соответствии с этим значением). .По оси ординат — отношение различных потерь тепла к PQ (%), по оси абсцисс — мощность двигателя (кВт).Очевидно, что паразитные потери в железе мощностью выше 90 кВт больше, чем потери в меди.
Рисунок 3. Ломаная диаграмма соотношения потребления меди, потребления алюминия, железа и паразитных рассеяний к общим потерям тепла 4-полюсных двигателей серии Y2.
1.4 В литературе изучается соотношение различных потерь к общим потерям (с учетом ветрового трения).
Было обнаружено, что потребление меди и алюминия составляет от 60% до 70% общих потерь в малых двигателях и снижается до 30-40% при увеличении мощности, тогда как потребление железа было противоположным. %выше.На случайные потери на малые двигатели приходится от 5% до 10% общих потерь, а на большие двигатели — более 15%.Выявленные законы аналогичны: то есть при изменении мощности от малой к большой доля потерь в меди и алюминия обычно уменьшается от больших к малым, демонстрируя тенденцию к снижению, тогда как доля потерь в железе и паразитных потерь обычно увеличивается от от малого к большому, демонстрируя тенденцию к росту. .
1.5 Формула расчета рекомендуемого значения паразитных потерь в соответствии с GB/T1032-2005, метод 1
Числитель представляет собой измеренное значение паразитных потерь.От малой до большой мощности двигателя соотношение паразитных потерь к входной мощности меняется и постепенно уменьшается, а диапазон изменений немалый, примерно от 2,5% до 1,1%.Если знаменатель изменить на общие потери ∑P, то есть Ps/∑P=Ps/P1/(1-η), если КПД двигателя составляет 0,667~0,967, обратная величина (1-η) равна 3~ 30, то есть измеренная примесь. По сравнению с соотношением входной мощности отношение потерь на рассеяние к общим потерям увеличивается от 3 до 30 раз. Чем выше мощность, тем быстрее поднимается ломаная линия.Очевидно, что если взять отношение паразитных потерь к общим потерям тепла, то «коэффициент увеличения» будет больше.Для 2-полюсного двигателя мощностью 450 кВт серии R в приведенном выше примере отношение паразитных потерь к входной мощности Ps/P1 немного меньше расчетного значения, рекомендованного выше, а отношение паразитных потерь к общим потерям ∑P и общим тепловым потерям PQ составляет 32,8% соответственно. 39,5%, по сравнению с соотношением входной мощности P1, «усиленным» примерно в 28 раз и 34 раза соответственно.
Метод наблюдения и анализа в данной работе заключается в том, чтобы принять отношение 4-х видов теплопотерь к общим теплопотерям PQ. Значение соотношения велико, и можно четко увидеть пропорцию и закон изменения различных потерь, то есть мощность от малой к большой, потребление меди и потребление алюминия. В целом пропорция изменилась от большой к малой, показывая снижение тенденция, в то время как доля потерь железа и случайных потерь в целом изменилась от небольшой к большой, демонстрируя тенденцию к росту.В частности, было замечено, что чем больше мощность двигателя, тем выше отношение паразитных потерь к PQ, постепенно приближаясь к потерям в меди, превышая потери в меди и даже становясь первым фактором потерь тепла, поэтому мы можем правильно понять закон и обратите внимание на уменьшение большого двигателя. случайные потери.По сравнению с отношением паразитных потерь к входной мощности, отношение измеренных паразитных потерь к общим тепловым потерям выражается иначе и не меняет своей физической природы.
2. Меры
Знание вышеизложенного правила полезно для рационального проектирования и изготовления двигателя.Мощность двигателя разная, и меры по снижению повышения температуры и теплопотерь разные, и направленность разная.
2.1 Для двигателей малой мощности потребление меди составляет большую долю общих теплопотерь.
Следовательно, уменьшение повышения температуры должно в первую очередь снизить расход меди, например, увеличив поперечное сечение провода, уменьшив количество проводников на паз, увеличив форму паза статора и удлинив железный сердечник.На заводе повышение температуры часто контролируют путем регулирования тепловой нагрузки AJ, что совершенно справедливо для небольших двигателей.Контроль AJ по сути означает контроль потерь меди. Нетрудно найти потери в меди статора всего двигателя по AJ, внутреннему диаметру статора, длине полувитка катушки и удельному сопротивлению медного провода.
2.2 При изменении мощности от малой к большой потери в железе постепенно приближаются к потерям в меди.
Потребление железа обычно превышает потребление меди, если оно превышает 100 кВт.Поэтому при использовании больших двигателей следует обратить внимание на снижение расхода железа.Для конкретных мер можно использовать листы кремнистой стали с низкими потерями, магнитная плотность статора не должна быть слишком высокой, и следует уделять внимание разумному распределению магнитной плотности каждой части.
Некоторые заводы модернизируют конструкцию некоторых мощных двигателей и соответствующим образом уменьшают форму паза статора.Распределение магнитной плотности является разумным, а соотношение потерь в меди и железе правильно отрегулировано.Хотя плотность тока статора увеличивается, тепловая нагрузка увеличивается, а потери в меди увеличиваются, магнитная плотность статора уменьшается, а потери в железе уменьшаются больше, чем увеличиваются потери в меди.Производительность эквивалентна оригинальной конструкции: не только снижается повышение температуры, но и экономится количество меди, используемой в статоре.
2.3 Чтобы уменьшить паразитные потери
В этой статье подчеркивается, чтоЧем больше мощность двигателя, тем больше внимания следует уделять снижению паразитных потерь.Мнение о том, что «паразитные потери гораздо меньше потерь в меди» применимо только к маломощным двигателям.Очевидно, что согласно приведенным выше наблюдениям и анализу, чем выше мощность, тем менее она подходит.Мнение о том, что «блажные потери гораздо меньше потерь в железе», также неуместно.
Отношение измеренного значения паразитных потерь к входной мощности выше для небольших двигателей и ниже, когда мощность выше, но нельзя сделать вывод, что малым двигателям следует уделять внимание снижению паразитных потерь, в то время как большим двигателям следует уделять внимание снижению паразитных потерь. нет необходимости уменьшать паразитные потери. потеря.Напротив, согласно приведенному выше примеру и анализу, чем больше мощность двигателя, тем выше отношение паразитных потерь к общим тепловыделениям, паразитные потери и потери в железе близки к потерям в меди или даже превышают их, поэтому тем больше мощность двигателя, тем больше внимания следует уделять этому. Уменьшите случайные потери.
2.4 Меры по снижению паразитных потерь
Способы уменьшения паразитных потерь, такие как увеличение воздушного зазора, поскольку паразитные потери примерно обратно пропорциональны площади воздушного зазора; снижение гармонического магнитного потенциала, например, за счет использования синусоидальных (низкогармонических) обмоток; правильная посадка в слоте; уменьшение зубцов. Ротор имеет закрытый паз, а открытый паз высоковольтного двигателя оснащен клином с магнитным пазом; Обработка ротора из литого алюминия уменьшает боковой ток и так далее.Стоит отметить, что вышеуказанные меры, как правило, не требуют добавления эффективных материалов.Прочее потребление также связано с состоянием нагрева двигателя, например, хорошим рассеиванием тепла обмоткой, низкой внутренней температурой двигателя и низким потреблением различных материалов.
Пример: завод ремонтирует 6-полюсный двигатель мощностью 250 кВт.После ремонтных испытаний повышение температуры достигло 125 К при нагрузке 75 % от номинальной.Затем воздушный зазор обрабатывается до размера, в 1,3 раза превышающего исходный.В тесте с номинальной нагрузкой повышение температуры фактически упало до 81К, что полностью показывает, что воздушный зазор увеличился, а паразитное рассеяние значительно уменьшилось.Гармонический магнитный потенциал является важным фактором паразитных потерь. В двигателях средней и большой мощности используются синусоидальные обмотки для снижения гармонического магнитного потенциала, и эффект часто бывает очень хорошим.Хорошо спроектированные синусоидальные обмотки используются в двигателях средней и большой мощности. Когда амплитуда и амплитуда гармоник уменьшаются на 45–55 % по сравнению с исходной конструкцией, паразитные потери можно уменьшить на 32–55 %, в противном случае повышение температуры будет уменьшено, а эффективность увеличится. , шум снижается, и это позволяет сэкономить медь и железо.
3. Заключение
3.1 Трехфазный двигатель переменного тока
Когда мощность меняется от маленькой к большой, доля потребления меди и алюминия в общих теплопотерях обычно увеличивается от большой к малой, в то время как доля побочных потерь потребления железа обычно увеличивается от маленькой к большой.Для небольших двигателей потери меди составляют наибольшую долю общих тепловых потерь. По мере увеличения мощности двигателя паразитные потери и потери в железе приближаются и превышают потери в меди.
3.2 Для уменьшения теплопотерь
Мощность мотора разная, и направленность принимаемых мер тоже разная.Для небольших двигателей в первую очередь следует снизить потребление меди.Для двигателей средней и высокой мощности следует уделять больше внимания снижению потерь в железе и паразитных потерь.Мнение о том, что «блажные потери намного меньше, чем потери в меди и железе», является односторонним.
3.3 Доля паразитных потерь в общих теплопотерях двигателей большой мощности выше
В данной статье подчеркивается, что чем больше мощность двигателя, тем больше внимания следует уделять снижению паразитных потерь.
Время публикации: 16 июня 2022 г.