高效节能电动机的分析与研究
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高效节能电动机的分析与研究
■ 林佑祥/山东钢铁集团日照公司发电项目部
高效节能电动机能够节约能源，降低长期运行成本，非常适合纺织、风机、水泵和压缩机等设备使用，应逐步淘汰高能耗电动机，大力推广高效节能电动机的使用。
林佑祥工程师
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关键词：高效/节能/电动机
通
过优化电磁、结构、风路和轴承等，高效电动机的机械损耗、铁耗和铜耗显著降
降低电动机自身的铁耗、铜耗、机械耗和杂散损耗等，从而获得最大的机械能输出。为解决这一关键技术，高效电动机采取了新理论、新结构、新材料和新工艺等一系列先进措施。
1）定转子铁心采用低损耗冷轧电工硅钢板来降
低，效率显著增加，高效节能电动机能耗可比普通电动机降低20%~30%，超过国家二级能效标准。
1 电动机实现高效率的原理
当电能输入电动机后，电动机将电能先转换为磁能，再转换为机械能输出。电动机自身会产生电路损耗、磁路损耗、机械损耗以及杂散损耗，这些损耗会以热能的形式从电动机散发出去。
电动机效率η=机械能输出×100%/电能输入（其中：电能输入=机械能输出+电能铜耗+磁能铁耗+机械损耗+杂散损耗）
电动机实现高效输出的原理就是在机械能输出一定的条件下，电动机自身损耗最小，消耗电能最少。
低铁耗。国外早已停止了热轧电工硅钢板的生产，而国内生产企业一直是热轧片和冷轧片并存使用，但是高效电动机的生产只有采用质量稳定、损耗较低的冷轧片，才能保证较大幅度而且稳定地降低电动机的铁耗。
2）定子绕组采用低谐波绕组降低铜耗和杂散损耗。虽然低谐波绕组理论早已成熟，但是由于电动机的杂散损耗不易实际测量，而且看不出其应用的实际效果，一直使用较少。对于高效电动机的生产，有必要采用低谐波绕组来改善电动机的磁势波形，从而降低电动机杂散损耗和定转子绕组的铜耗。
3）采用先进合理的通风结构降低机械损耗。高
效电动机采用了锥形风罩和带锥形挡风板的风扇结
2 实现高效率的措施
获得电动机高效运行的关键技术是最大限度地
2014年第11期·
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构，具有优良的通风效果，可以在风耗和摩擦损耗很小的情况下产生足够的风量，达到很好的散热冷却效果，并且可以有效降低机械噪声。避免了普通系列电动机的风扇及风罩结构不合理，机械损耗大又容易产生涡流和噪声等缺点。
4）采用有效的工艺措施降低电动机杂散损耗。在采用适当的定、转子槽配合和转子槽斜度的同时，适当调整定、转子气隙值并对加工后的转子进行多项处理，从而降低和控制杂散损耗。
的电动机每年产量约6 000万kW ，所占的产量比重又是最高的，如果对原有耗能不合格电动机进行更新，加上新增电动机全部采用高效电动机，其长期运行的经济效益是极为可观的。
（1）75 kW －4 2级能效电动机与3级能效电动机节能效益理论对比
三相异步电动机运行效率的计算公式为
P ） η=P N /（P N +Σ
P N 为电动机的额定输出式中，η为电动机的效率；
P 为电动机的内部损耗功率。功率；Σ
那么电动机自身损耗的计算为
3 高效节能电动机的技术特点
1）高效的冷却系统。电动机分别设计有独立的外冷却风路和内冷却风路，实现以最小的损耗取得最大的冷却效果。内冷却风路通过内风扇使空气流过转子通风孔，使内部热量源源不断的向机座和端盖传导，外冷却风路的冷却气流吹过机座散热筋，沿着散热筋从非驱动端流到驱动端带走热量。双回路冷却不仅实现了电动机更高的功率密度，而且还可以保证电动机中温度均匀分布，见下图。
P =P N （1/η－1） Σ
如果不考虑无功功率的节电量，只考虑有功功率节电量的情况下， 对于75 kW －4电动机3级效率为94%，2级效率为95%。那么， 2级能效电动机自身耗电量为
ΣP =P N （1/η－1）=3.947 kW能效3级电动机自身耗电量为
P =P N （1/η－1）=4.787 kW Σ
如果按每年运行4 000 h计算，那么每年的节电量为=4 000×（4.787－3.947）kW =4 000×0.930 6 kW=
外通风道
如果75 kW－4高效电动机按每年运行3 722.4 kW·h ；
4 000 h进行计算，每年的节电量为3 722.4 kW·h ；如
内通风道
果按0.5元/kW·h计算，每年可节约电费1 861.2元。（2）75 kW－4高效电动机投资回收周期1台普通75 kW 电动机的行业定价约为16 000元，1台高效节能型75 kW电动机的行业定价约为普
图
高效电动机冷却系统示意图
通75 kW电动机的1.2倍，那么两者的差价为3 200元。75 kW 高效电动机运行8 000 h 所节约的费用为=8 000 h ×（5.128 2－4.197 5）kW ×0.5元/ kW ·h=3 722.8元。高效率电动机运行8 000 h(不足1年) 所节约的电费即可收回增加的投入。
2）独特的转子结构。电动机通常采用铸铝转子。采用离心铸铝工艺或压铸铝工艺将液态纯铝浇注到转子铁心槽中，一次性浇铸成型，将转子导条与端环铸成一个整体。铸铝转子结构和工艺保证了电动机转子不可比拟的可靠性，同时使电动机具有满意的转矩特性。大容量电动机采用铜条转子，可靠的导条紧固和端环焊接工艺以及高速电动机的护环结构，确保了铜条转子的可靠运行。
5 结束语
高效节能电动机能够节约能源，降低长期运行成本，非常适合纺织、风机、水泵和压缩机等设备使用，应逐步淘汰高能耗电动机，大力推广高效节
4 高效电动机节能效益分析
据国内电动机行业统计分析，量大面广的中小电动机所消耗的电能约占全国发电量的60％~70％，功率范围为0.55~315 kW，机座中心高为80~355 mm
能电动机的使用。
(收稿日期：2014-07-14) EM
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