磁性槽楔在电机节能技术中的应用

李军丽 � 1977年 3月 生, 2000年毕业于哈尔 滨理工大学电机电器及 其控制专业,工学学士。 从事中小型电机 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和 开发工作。 工艺与材料 磁性槽楔在电机节能技术中的应用 李军丽, � 胡春雷 (上海电器科学研究所 (集团 )有限公司, 上海 � 200063) � � 摘要 � 本文主要介绍了磁性槽楔在电机节能中的作用。电机使用磁性槽 楔后,空载附加铁耗大量下降,使得在其它条件不变的情况下, 电机效率得以提 高。 � � 关键词 � 磁性槽楔 � 电机节能技术 Application ofMagnetic SlotW edge in Energy�saving Technique for E lectricalMachines L i Junl,i � Hu Chunle i ( SEAR IG roup C o. , L td. ) � � Abstract: This paperm ainly describes the function ofmagnetic slotw edge in en� ergy�sav ing for e lectrica l mach ines. By means of magnetic slot w edge, the no�load supplementary loss w ill be grea tly reduced and the e lectrical efficiency w ill be in� creased. � � Key words:Magnetic slot wedge� Energy�saving techn ique 1� 序言 目前面对国际能源紧张的局面, 各国都把节 约能源作为第五能源进行开发。近年来,我国各 地出现电力供应不足现象, 据统计, 去年全国有 24个省级电网出现拉闸限电, 夏季高峰时期, 电 力缺口达到 3000万 kW,相当于总发电量的 8%, 电力紧缺已经导致严重的后果。如此严峻的形 势,迫使我们必须把节约电能作为头等大事来抓。 从电机方面来说, 我国电动机保有量约 4亿 kW 以上, 年耗电能占总电量的 60% , 而目前电动机 的运行效率不甚理想, 造成巨大的能源浪费。如 果电机采用磁性槽楔,而其它结构材料不变,平均 效率可以得到一定的提高, 那么全国一年的节电 量是很可观的。 2� 磁性槽楔以及使用的情况 磁性槽楔是能够导磁的槽楔,在制造普通槽 楔的材料中加入导磁材料,经过热压、固化后形成 的。从 60年代开始,我国许多电机研究所和电机 制造厂已开始进行磁性槽楔的研制,并取得了较 大的成效。试验证明,开口槽采用磁性槽楔比半 开口槽节电效果好,而半开口槽又比半闭口槽节 电效果好。近年来,随着磁性槽楔价格的降低和 可靠性的提高, 越来越多的用户主动向制造厂提 出要使用磁性槽楔,以提高电机的运行效率。 3� 磁性槽楔在电机节能中的作用 � � 3. 1� 降低电机的空载附加铁耗 空载附加铁耗 (即空载杂散损耗 )主要是指 铁心表面损耗和齿中脉振损耗, 它是由气隙中的 谐波磁场引起的。这些谐波磁场可由两种原因造 57�中小型电机 2005, 32( 2) 磁性槽楔在电机节能技术中的应用 � � � � � � � � � � 成:一种是铁心开槽导致气隙磁导不均匀;另一种 是空载励磁磁势空间分布曲线中有谐波存在。当 谐波磁场相对磁极表面运动时, 就会在极面感生 涡流, 产生涡流损耗, 由于涡流损耗集中在表面一 薄层内,故称为表面损耗。当谐波磁场相对于齿 运动时,就会导致在整个齿中产生涡流及磁滞损 耗,称为脉振损耗。 降低电机的空载附加铁耗,提高电机的效率, 可达到节省能源的目的。 � � 3. 2� 影响电机表面损耗和脉振损耗的参数 异步电动机定子铁心内圆表面单位面积内表 面损耗 P s1和转子铁心外表面单位面积内表面损 耗 P s2的表达式分别为 P s1 = 1 2 k1 z2n 10 4 1. 5 ( �1 k�B�t2 ! 103 ) 2 ( 1) P s2 = 1 2 k2 z2n 10 4 1. 5 ( �2 k�B�t1 ! 103 ) 2 ( 2) 式中 � z1, z2∀ ∀ ∀ 定、转子齿数 n∀ ∀ ∀ 电动机的转速 t1, t2∀ ∀ ∀ 定、转子齿距 �1, �2 ∀ ∀ ∀ 与 bs /�比值有关的系数 �1∀ ∀ ∀ 转子槽口宽度系数 �2∀ ∀ ∀ 定子槽口宽度系数 bs ∀ ∀ ∀ 槽口宽度 �∀ ∀ ∀ 气隙平均长度 k�∀ ∀ ∀ 卡氏系数 B �∀ ∀ ∀ 平均气隙磁密 k1, k2为常数, 一般 k1取 1. 4 ~ 1. 8, k2为 1. 7 ~ 2. 0。 异步电动机定子齿内的脉振损耗 Pp1和转子 齿内的脉振损耗 Pp2的表达式分别为 Pp 1 # 0. 11 z2n 1000 B t1 2 G t1 ( 3) Pp 2 # 0. 11 z1n 1000 B t2 2 G t2 ( 4) 其中 � B t1 = k�2� 2t1 B cp t1, � B t2 = k�1� 2t2 Bcpt2 k�1 = ( bs1 /�) 2 5 + bs1 /�, � k�2 = ( bs2 /�) 2 5+ bs2 /� 式中 � G t1, G t2 ∀ ∀ ∀ 定、转子齿的总重量 B t1, B t2 ∀ ∀ ∀ 定、转子齿内磁密脉动幅值 B cp t1, Bcp t2 ∀ ∀ ∀ 定、转子齿内平均磁密 bs1, bs2 ∀ ∀ ∀ 定、转子槽口宽度 从以上四个 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 中可以看出,电机槽口 bs1越 大,气隙 �越小,电机的表面损耗和脉振损耗就越 大。对于具体的电机而言,使用磁性槽楔后,除了 卡氏系数 k�、平均气隙磁密 B �和定、转子齿内平 均磁密 Bcpt1, B cpt2受影响外, 其余全是固定不变 的。所以说,使用磁性槽楔来降低电机空载附加 铁耗的实质是降低电机的卡氏系数、平均气隙磁 密和定、转子齿内的平均磁密。 � � 3. 2. 1� 电机卡氏系数的分析 使用磁性槽楔后, 气隙磁密因齿槽效应而造 成的不均匀性得到了改善, 同时电机的有效气隙 缩短, 具体表示用卡氏系数来计算。也就是说,采 用磁性槽楔后,电机的卡氏系数变小了。我们用 k�和 k�1来表示采用磁性槽楔前、后定子的卡氏系 数 k� = t1 ( t1 - bt ) + 4 �ln 1 + bt4� k�1 = !t1 ( t1 - bt ) + 4 ∀k�ln 1 + bt4∀k � != C�1 k� � C �1 = t1 + 10� ( t1 - bt ) + 10� 式中 � bt ∀ ∀ ∀ 定子齿宽 ∀k ∀ ∀ ∀ 磁性槽楔相对磁导率 !∀ ∀ ∀ 修正系数 C�1为电机设计程序中采用非磁性槽楔时,经验公 式中求出的卡氏系数。 有资料显示:一台 4极 90kW、3kV三相异步 电动机,已知 �= 0. 9mm, 定子齿距 t1为 22. 9mm, 齿宽 bt为 13mm, ∀k = 5,那么未采用磁性槽楔时 的卡氏系数 k�= 2. 29 ( 2. 29- 1. 3) + 4 ! 0. 09 ln 1 + + 1. 34 ! 0. 09 = 1. 79 C�1= 2. 29 + 10 ! 0. 09 ( 2. 29+ 1. 3) + 10 ! 0. 09 = 1. 69 != C�1 k� = 1. 69 1. 79 = 0. 944 � � 采用磁性槽楔后的卡氏系数 k�1 = � = 2. 29 ! 0. 944 ( 2. 29- 1. 3) + 4 ! 5 ! 0. 09 ln 1+ ! 1. 34 ! 5 ! 0. 09 � = 1. 48 58 � � � � 磁性槽楔在电机节能技术中的应用 �中小型电机 2005, 32( 2) � � � � 卡氏系数减小率 1. 79- 1. 48 1. 79 ! 100% = 17. 2% � � 3. 2. 2� 气隙磁密脉振幅值的分析 电机使用磁性槽楔后, 相当于缩小了槽口宽 度,消弱了齿槽效应, 所以减小了电机的空载附加 铁耗。图 1为定子开口槽采用磁性槽楔和非磁性 槽楔时气隙磁密脉振幅值的差别情况。 图 1� 气隙磁密幅值比较 实线 ∀ ∀ ∀ 采用磁性槽楔时;虚线 ∀ ∀ ∀ 采用非磁性槽楔时 bs ∀ ∀ ∀ 槽口宽度; tn∀ ∀ ∀ 槽距 � � 从图可见, 采用磁性槽楔的气隙磁密的脉振 幅值显著减少,所以电机表面损耗减小。另外由 于有一部分磁通通过磁性槽楔, 所以齿中磁密降 低,脉振损耗也降低。电机损耗的降低使得效率 得以提高,能源得以节约。 � � 最后必须指出,采用磁性槽楔后,由于电机有 效气隙长度减少,这亦有助于提高电机的效率。 4� 结论 ( 1) 采用磁性槽楔后, 电机的卡氏系数减小 了,相当于电机的有效气隙缩短,致使电机中的表 面损耗和脉振损耗减小。 ( 2) 电机槽口尺寸越大, 使用磁性槽楔的节 电幅度就越明显。 ( 3) 磁性槽楔磁导率大,节电效果明显。因 此希望磁性槽楔磁导率大些为好。但磁导率不能 过大, 否则会引起磁性槽楔的涡流损耗,使得磁性 槽楔加速老化,所以使用时应选择一个合适的值。 国外磁性槽楔的磁导率不大于 10,国内磁性槽楔 的磁导率多为 3. 5~ 5. 0。 通过以上分析,对于大功率、开口槽的异步电 机而言,采用磁性槽楔不失为提高效率的一项有 效且简单的措施,节约电能的一个好办法。 参考文献 1 � 陈世坤. 电机设计.机械工业出版社. 2 � 赵家礼. 电机节能技术问答. 水利出版社. 3 � 胡新晚. 磁性槽泥在改善电动机性能中的应用. 中小 电机, 2004, 31( 1) . 收稿日期: 2005�01�24 (上接第 49页 ) 图 5� 交流伺服运动系统的控制器板 图 6� 永磁交流伺服电机驱动器的控制板 4� 结论 将交流伺服运动系统的控制结构分为集中式 和分布式,有助于系统设计者确定总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。我 国的永磁电机交流伺服系统开发还处于起步阶 段,采用分布式控制结构, 可以加快该类系统的开 发及早日应用,形成自主知识产权的产品,同时奠 定通用伺服电机及驱动开发基础。基于 DSP的 系统设计实例, 也可在其它机电一体化产品如雕 刻机、喷绘机中使用。 参考文献 1� 姜淑忠.交流伺服运动系统的开发.中小型电机, 2005, 32( 1) . 2� 姜淑忠.工业缝纫机电气系统. 微电机,已录用. 3� 中国缝制机械协会网. http: / /www. csm a. o rg. cn. 收稿日期: 2004�04�10 59�中小型电机 2005, 32( 2) 磁性槽楔在电机节能技术中的应用 � � � � � � � � � �