一种提高电动机效率的方法与流程

本发明属于电动机节能领域特别是为了减少降低交流电动机i²r损耗,在交流电动机的线圈并联电容器，提高电动机功率因数。

背景技术：

电动机在将电能转换为机械能的同时，本身也损耗一部分能量，电动机损耗一般可分为可变损耗、固定损耗和杂散损耗三部分。

1.可变损耗是随负荷变化的，包括定子电阻损耗（铜损）、转子电阻损耗和电刷电阻损耗。

2.固定损耗与负荷无关，包括铁芯损耗和机械损耗。铁损又由磁滞损耗和涡流损耗所组成，与电压的平方成正比，其中磁滞损耗还与频率成反比。

3.其他杂散损耗是机械损耗和其他损耗，包括轴承的摩擦损耗和风扇、转子等由于旋转引起的风阻损耗等。

几种减少电机损耗的措施

定子损耗

降低电动机定子i²r损耗的主要方法有：

1、增加定子槽截面积，在同样定子外径的情况下，增加定子槽截面积会减少磁路面积，增加齿部磁密。

2、增加定子槽满槽率，这对低压小电动机效果较好，应用最佳绕线和绝缘尺寸、大导线截面积可增加定子的满槽率。

3、尽量缩短定子绕组端部长度，定子绕组端部损耗占绕组总损耗的1/4～1/2,减少绕组端部长度,可提高电动机效率。实验表明,端部长度减少20%,损耗下降10%。

转子损耗

电动机转子i²r损耗主要与转子电流和转子电阻有关，相应的节能方法主要有：

1、减小转子电流，这可从提高电压和电机功率因素两方面考虑。

2、增加转子槽截面积。

3、减小转子绕组的电阻，如采用粗的导线和电阻低的材料，这对小电动机较有意义，因为小电动机一般为铸铝转子，若采用铸铜转子，电动机总损失可减少10%～15%，但现今的铸铜转子所需制造温度高且技术尚未普及，其成本高于铸铝转子15%～20%。

铁芯损耗

电动机铁耗可以由以下措施减小：

1、减小磁密度，增加铁芯的长度以降低磁通密度，但电动机用铁量随之增加。

2、减少铁芯片的厚度来减少感应电流的损失，如用冷轧硅钢片代替热轧硅钢片可减小硅钢片的厚度，但薄铁芯片会增加铁芯片数目和电机制造成本。

3、采用导磁性能良好的冷轧硅钢片降低磁滞损耗。

4、采用高性能铁芯片绝缘涂层。

5、热处理及制造技术，铁芯片加工后的剩余应力会严重影响电动机的损耗，硅钢片加工时，裁剪方向、冲剪应力对铁芯损耗的影响较大。顺着硅钢片的碾轧方向裁剪、并对硅钢冲片进行热处理，可降低10%～20%的损耗等方法来实现。

杂散损耗

如今对电动机杂散损耗的认识仍然处于研究阶段，现今一些降低杂散损失的主要方法有：

1、采用热处理及精加工降低转子表面短路。

2、转子槽内表面绝缘处理。

3、通过改进定子绕组设计减少谐波。

4、改进转子槽配合设计和配合减少谐波，增加定、转子齿槽、把转子槽形设计成斜槽、采用串接的正弦绕组、散布绕组和短距绕组可大大降低高次谐波;采用磁性槽泥或磁性槽楔替代传统的绝缘槽楔、用磁性槽泥填平电动机定子铁芯槽口，是减少附加杂散损耗的有效方法。

风摩损耗

风摩损耗占电机总损失的25%左右，应该受到人们应有的重视。摩擦损失主要有轴承和密封引起，可由以下措施减小：

1、尽量减小轴的尺寸，但需满足输出扭矩和转子动力学的要求。

2、使用高效轴承。

3、使用高效润滑系统及润滑剂。

4、采用先进的密封技术。

绕组介绍

绕组是指构成与变压器标注的某一电压值相对应的电气线路的一组线匝。各个副绕组的匝数不同，则其端电压也不同，因此多绕组变压器可以向几个不同电压的用电设备供电。在电力系统中最常用的是三绕组变压器。

交流绕组

线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈按一定规律的排列和联结。线圈可以区分为多匝线圈和单匝线圈。［2］与线圈相关的概念包括：有效边；端部；线圈节距等(如附图1所示的线圈简图)。

极距：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围。

转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度为360度。

从电磁角度看，一对n，s极构成一个磁场周期，即1对极为360电角度电机的机对数为p时，气隙圆周的角度数为p*360电角度。

节距：一个线圈两个有效边之间所跨过的槽数称为线圈的节距。用y表示。

y《τ时，线圈称为短距线圈；y=τ时，线圈称为整距线圈；y》τ时，线圈称为长距线圈。

单层绕组和双层绕组：单层绕组一个槽中只放一个元件边，双层绕组一个槽中放两个元件边。

槽距角，相数，每极每相槽数：一个槽所占的电角度数称为槽距角，用α表示；相数用m表示；每个极域内每相所占的槽数称为每极每相槽数，用q表示。

绕组构成原则：

均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相绕组在每个极域内所占的槽数应相等，每极槽数用极距τ表示。每极每相槽数。

对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空间互相错开120电角度。如槽距角为α，则相邻两相错开的槽数为120/α。。

电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。如线圈的一个边在n极下，另一个应在s极下。

三、线圈和绕组的区别

线圈是以绝缘导线（圆线或扁线）按一定形状绕制而成。线圈可由一匝或多匝组成；多个线圈构成一组单元的称为线圈组；由多个线圈或线圈组构成一相或整个电磁电路的组合统称为绕组。绕组是多个线圈的组合。例如电机的定子，绕线槽有许多（3的倍数），分成三等份。每槽绕一个线圈，若干线圈组成一个绕组（一相），共有三个绕组（三相）。

简单的说：线圈是以绝缘导线按一定形状绕制而成。绕组是由多个线圈或线圈组构成一相或整个电磁电路的组合。可理解为线圈是单个的，绕组是线圈的组合。

技术实现要素：

本发明为了减少降低交流电动机定子i²r损耗。在交流电动机的线圈并联电容器，提高电动机功率因数；交流电动机的转子线圈同样适用本方法。

电动机消耗的无功功率会随着负载变化而变化，可以在电容器上接入开关用以控制无功功率，以适应交流电动机无功功率的变化。

具体原理为交流电动机每个线圈都需要消耗无功功率，并且需要通过相邻线圈(同一相线圈)；将线圈消耗的无功功率，马上补偿掉，相邻线圈的无功功率就不会流过本线圈,流过本线圈只有相邻线圈有功电流(理想状态)和本线圈消耗的有功和无功电流。通过这样的手段就可以提高电动机的功率因数，减小线圈的电流从而减少电动机损耗。从电动机消耗的角度看，电动机并没有减少电动机的无功消耗，由于电动机电流的减小，电动机的i²r损耗跟着减小。综上所述，电动机损耗减小，效率提升。

附图说明

图1是线圈简图。

图2是电动机的引线头v1到引线头v2绕组元件连接示意图。

图3是电动机的绕组元件带开关连接示意图。

具体实施

第一种实施方式

三相异步电动机，定子绕法为24槽4极单层链绕组，电动机定子有六个引线头，分别为v1,v2,u1,u2,w1,w2。电动机每相有4个线圈，即v1到v2间有4个线圈，每个线圈并联电容。图2是电动机的v1到v2绕组元件连接示意图。其它相也如此设置。

v1引线头（40）连接线圈(45），线圈(45）串联线圈(46），线圈(46）串联线圈(47），线圈(47）,串联线圈(48），线圈(48）连接v2引线头（49），线圈(45）并联电容（41），线圈(46）并联电容（42），线圈(47）并联电容（43），线圈(48）并联电容（44）。

第二种实施方式

三相异步电动机，定子绕法为24槽4极单层链绕组，电动机定子有六个引线头，分别为v1,v2,u1,u2,w1,w2。电动机每相有4个线圈，w1到w2间有4个线圈，每个线圈并联电容。图3是电动机的w1到w2绕组元件连接示意图。其它相也如此设置。

w1引线头（60）连接线圈(69），线圈(69）串联线圈(70），线圈(70）串联线圈(71），线圈(71）串联线圈(72），线圈(72）连接w2引线头(73）,线圈(69）并联电容器(61）和开关(65），电容器(61）与开关(65）是串联关系；线圈(70）并联电容器(62）和开关(66），电容器(62）与开关(66）是串联关系；线圈(71）并联电容器(63）和开关(67），电容器(63）与开关(67）是串联关系；线圈(72）并联电容器(64）和开关(68）电容器(64）与开关(68）是串联关系。

第三种实施方式

将第二种实施方式中的开关换成熔断器。