Tổn thất của động cơ xoay chiều ba pha có thể được chia thành tổn thất đồng, tổn thất nhôm, tổn thất sắt, tổn thất đi lạc và tổn thất gió.Bốn tổn thất đầu tiên là tổn thất nhiệt và tổng này được gọi là tổng tổn thất nhiệt.Tỷ lệ tổn thất đồng, tổn thất nhôm, tổn thất sắt và tổn thất tản nhiệt trên tổng tổn thất nhiệt được thể hiện khi công suất thay đổi từ nhỏ đến lớn.Qua ví dụ, mặc dù tỷ trọng tiêu thụ đồng và nhôm trong tổng lượng nhiệt thất thoát có biến động nhưng nhìn chung nó giảm dần từ lớn xuống nhỏ, cho thấy xu hướng giảm.Ngược lại, hao hụt sắt và hao hụt tản lạc tuy có biến động nhưng nhìn chung tăng từ nhỏ đến lớn, có xu hướng tăng lên.Khi công suất đủ lớn, tổn thất tản nhiệt trong sắt vượt quá tổn thất đồng.Đôi khi tổn thất tản nhiệt vượt quá tổn thất đồng và tổn thất sắt và trở thành yếu tố thất thoát nhiệt đầu tiên.Phân tích lại động cơ Y2 và quan sát sự thay đổi tỷ lệ của các tổn hao khác nhau so với tổn hao tổng cho thấy các quy luật tương tự.Nhận thức được các quy luật trên, người ta kết luận rằng các động cơ điện khác nhau có tầm quan trọng khác nhau trong việc giảm độ tăng nhiệt độ và tổn thất nhiệt.Đối với động cơ nhỏ, trước tiên cần giảm tổn thất đồng;đối với động cơ công suất trung bình và cao, tổn thất sắt cần tập trung vào việc giảm tổn thất tản nhiệt.Quan điểm cho rằng “tổn thất lạc nhỏ hơn nhiều so với tổn thất đồng và tổn thất sắt” là phiến diện.Điều đặc biệt nhấn mạnh là công suất động cơ càng lớn thì càng cần chú ý đến việc giảm tổn thất đi lạc.Động cơ công suất trung bình và lớn sử dụng cuộn dây hình sin để giảm điện thế hài hòa và tổn thất tản lạc, hiệu quả thường rất tốt.Các biện pháp khác nhau để giảm tổn thất thất lạc nói chung không cần phải tăng vật liệu hiệu quả.
Giới thiệu
Tổn thất của động cơ điện xoay chiều ba pha có thể được chia thành tổn thất đồng PCu, tổn thất nhôm PAl, tổn thất sắt PFe, tổn thất đi lạc Ps, hao mòn gió Pfw, bốn tổn thất đầu tiên là tổn thất nhiệt, tổng của chúng được gọi là tổng tổn thất nhiệt PQ, trong đó tổn thất đi lạc Đây là nguyên nhân của tất cả các tổn thất ngoại trừ tổn thất đồng PCu, tổn thất nhôm PAl, tổn thất sắt PFe và hao mòn do gió Pfw, bao gồm điện thế hài, từ trường rò rỉ và dòng điện ngang của máng trượt.
Do khó tính toán tổn hao tản và độ phức tạp của thử nghiệm, nhiều quốc gia quy định tổn hao tản được tính bằng 0,5% công suất đầu vào của động cơ, điều này giúp đơn giản hóa mâu thuẫn.Tuy nhiên, giá trị này rất thô, các thiết kế và quy trình khác nhau thường rất khác nhau, điều này cũng ẩn giấu sự mâu thuẫn và không thể phản ánh chân thực điều kiện làm việc thực tế của động cơ.Gần đây, sự tiêu tán đi lạc đo được ngày càng trở nên phổ biến.Trong thời đại hội nhập kinh tế toàn cầu, xu hướng chung là có hướng đi nhất định để hội nhập với các chuẩn mực quốc tế.
Trong bài báo này, động cơ xoay chiều ba pha được nghiên cứu.Khi công suất thay đổi từ nhỏ đến lớn, tỷ lệ tổn thất đồng PCu, tổn thất nhôm PAl, tổn thất sắt PFe và tổn thất tản Ps trên tổng tổn thất nhiệt PQ thay đổi và thu được các biện pháp đối phó.Thiết kế và sản xuất ngày càng hợp lý và tốt hơn.
1. Phân tích tổn thất của động cơ
1.1 Đầu tiên hãy quan sát một instance.Một nhà máy xuất khẩu sản phẩm động cơ điện dòng E và điều kiện kỹ thuật quy định tổn hao tản được đo lường.Để dễ so sánh, trước tiên chúng ta hãy xem xét động cơ 2 cực, có công suất từ 0,75kW đến 315kW.Theo kết quả thử nghiệm, tỷ lệ tổn thất đồng PCu, tổn thất nhôm PAl, tổn thất sắt PFe và tổn thất tản Ps trên tổng tổn thất nhiệt PQ được tính toán như trong Hình 1.Tọa độ trong hình là tỷ lệ giữa các tổn thất nhiệt khác nhau trên tổng tổn thất nhiệt (%), trục hoành là công suất động cơ (kW), đường đứt nét hình thoi là tỷ lệ tiêu thụ đồng, đường đứt nét hình vuông là tỷ lệ tỷ lệ tiêu thụ nhôm, và Đường gãy của tam giác là tỷ lệ hao hụt sắt, và đường gãy có chữ thập là tỷ lệ hao hụt đi lạc.
Hình 1. Biểu đồ đường đứt nét về tỷ lệ tiêu thụ đồng, tiêu thụ nhôm, tiêu thụ sắt, tản nhiệt và tổng tổn thất nhiệt của động cơ 2 cực dòng E
(1) Khi công suất của động cơ thay đổi từ nhỏ đến lớn, mặc dù tỷ trọng tiêu thụ đồng dao động nhưng nhìn chung nó thay đổi từ lớn sang nhỏ, có xu hướng giảm.0,75kW và 1,1kW chiếm khoảng 50%, trong khi 250kW và 315kW ít hơn. Tỷ trọng tiêu thụ nhôm 20% nói chung cũng chuyển từ lớn sang nhỏ, có xu hướng giảm nhưng mức thay đổi không lớn.
(2) Từ công suất động cơ nhỏ đến lớn, tỷ lệ hao hụt sắt thay đổi, mặc dù có biến động nhưng nhìn chung tăng từ nhỏ đến lớn, có xu hướng tăng lên.0,75kW ~ 2,2kW là khoảng 15% và khi lớn hơn 90kW thì vượt quá 30%, lớn hơn mức tiêu thụ đồng.
(3) Sự thay đổi tỷ lệ của độ tiêu tán đi lạc, mặc dù dao động, nhưng nhìn chung tăng từ nhỏ đến lớn, có xu hướng tăng lên.0,75kW ~ 1,5kW là khoảng 10%, trong khi 110kW gần bằng mức tiêu thụ đồng.Đối với thông số kỹ thuật lớn hơn 132kW, hầu hết tổn thất tản đều vượt quá mức tiêu thụ đồng.Tổn thất tản nhiệt 250kW và 315kW vượt quá tổn thất đồng và sắt và trở thành yếu tố đầu tiên gây ra tổn thất nhiệt.
Động cơ 4 cực (bỏ qua sơ đồ đường dây).Tổn thất sắt trên 110kW lớn hơn tổn thất đồng, tổn thất tản 250kW và 315kW vượt quá tổn thất đồng và tổn thất sắt, trở thành yếu tố đầu tiên gây ra tổn thất nhiệt.Tổng lượng tiêu thụ đồng và nhôm của dòng động cơ 2-6 cực này, động cơ nhỏ chiếm khoảng 65% đến 84% tổng lượng nhiệt thất thoát, trong khi động cơ lớn giảm tới 35% đến 50%, trong khi động cơ sắt tiêu thụ thì ngược lại, động cơ nhỏ chiếm khoảng 65% đến 84% tổng lượng nhiệt thất thoát.Tổng tổn thất nhiệt là 10% đến 25%, trong khi động cơ lớn tăng lên khoảng 26% đến 38%.Tổn thất lạc, động cơ nhỏ chiếm khoảng 6% đến 15%, trong khi động cơ lớn tăng lên 21% đến 35%.Khi công suất đủ lớn, tổn thất tản nhiệt trong sắt vượt quá tổn thất đồng.Đôi khi tổn thất tản nhiệt vượt quá tổn thất đồng và tổn thất sắt, trở thành yếu tố đầu tiên gây ra tổn thất nhiệt.
Động cơ 2 cực dòng 1.2 R, đo tổn thất lạc
Theo kết quả thử nghiệm, thu được tỷ lệ tổn thất đồng, tổn thất sắt, tổn thất tản nhiệt, v.v. trên tổng tổn thất nhiệt PQ.Hình 2 cho thấy sự thay đổi tỷ lệ giữa công suất động cơ và tổn thất đồng đi lạc.Tọa độ trong hình là tỷ lệ tổn thất đồng tản trên tổng tổn thất nhiệt (%), trục hoành là công suất động cơ (kW), đường đứt nét hình thoi là tỷ lệ tổn thất đồng, đường đứt nét hình vuông là tỷ lệ tổn thất đi lạc.Hình 2 cho thấy rõ ràng rằng nhìn chung, công suất động cơ càng lớn thì tỷ lệ tổn thất tản nhiệt trên tổng tổn thất nhiệt càng lớn và tỷ lệ này đang gia tăng.Hình 2 cũng cho thấy rằng đối với các công suất lớn hơn 150kW, tổn thất tạp tán vượt quá tổn thất đồng.Có một số kích cỡ của động cơ và tổn thất tản nhiệt thậm chí còn gấp 1,5 đến 1,7 lần tổn thất đồng.
Công suất của dòng động cơ 2 cực này dao động từ 22kW đến 450kW.Tỷ lệ tổn thất lạc đo được so với PQ đã tăng từ dưới 20% lên gần 40% và phạm vi thay đổi là rất lớn.Nếu được biểu thị bằng tỷ lệ tổn thất tản đo được với công suất đầu ra định mức thì khoảng (1,1~1,3)%;nếu được biểu thị bằng tỷ lệ giữa tổn thất đi lạc đo được với công suất đầu vào thì khoảng (1,0 ~ 1,2)%, hai giá trị sau. Tỷ lệ của biểu thức không thay đổi nhiều và rất khó để thấy sự thay đổi tỷ lệ của đi lạc thua PQ.Do đó, việc quan sát tổn thất nhiệt, đặc biệt là tỷ lệ tổn thất tản nhiệt trên PQ, có thể hiểu rõ hơn về quy luật thay đổi của tổn thất nhiệt.
Suy hao rải rác đo được trong hai trường hợp trên áp dụng phương pháp IEEE 112B của Hoa Kỳ
Hình 2. Biểu đồ tỷ lệ tổn thất tản nhiệt đồng trên tổng tổn thất nhiệt của động cơ 2 cực dòng R
Động cơ dòng 1.3 Y2
Các điều kiện kỹ thuật quy định rằng tổn thất đi lạc là 0,5% công suất đầu vào, trong khi GB/T1032-2005 quy định giá trị khuyến nghị của tổn thất đi lạc.Bây giờ hãy sử dụng phương pháp 1 và công thức là Ps=(0,025-0,005×lg(PN))×P1 công thức PN- là công suất định mức;P1- là công suất đầu vào.
Chúng tôi giả định rằng giá trị đo được của tổn thất tản nhiệt bằng giá trị khuyến nghị và tính toán lại phép tính điện từ, từ đó thu được tỷ lệ giữa bốn tổn thất do tiêu thụ đồng, tiêu thụ nhôm và tiêu thụ sắt trên tổng tổn thất nhiệt PQ .Sự thay đổi tỷ lệ của nó cũng phù hợp với quy luật trên.
Nghĩa là: khi công suất thay đổi từ nhỏ đến lớn, tỷ lệ tiêu thụ đồng và tiêu thụ nhôm thường giảm từ lớn xuống nhỏ, có xu hướng giảm.Mặt khác, tỷ lệ hao hụt sắt và thất thoát thường tăng từ nhỏ đến lớn và có xu hướng tăng lên.Bất kể 2 cực, 4 cực hay 6 cực, nếu công suất lớn hơn một công suất nhất định thì tổn hao sắt sẽ lớn hơn tổn thất đồng;tỷ lệ tổn thất đi lạc cũng sẽ tăng từ nhỏ đến lớn, dần dần tiến gần đến tổn thất đồng, thậm chí vượt quá tổn thất đồng.Sự tiêu tán đi lạc hơn 110kW ở 2 cực trở thành yếu tố đầu tiên dẫn đến tổn thất nhiệt.
Hình 3 là biểu đồ đường đứt nét về tỷ lệ giữa bốn tổn thất nhiệt trên PQ đối với động cơ 4 cực dòng Y2 (giả sử rằng giá trị tổn thất tản nhiệt đo được bằng giá trị khuyến nghị ở trên và các tổn thất khác được tính theo giá trị) .Tọa độ là tỷ số giữa các tổn thất nhiệt khác nhau trên PQ (%), và hoành độ là công suất động cơ (kW).Rõ ràng, tổn thất tản sắt trên 90kW lớn hơn tổn thất đồng.
Hình 3. Biểu đồ đường đứt nét về tỷ lệ tiêu thụ đồng, tiêu thụ nhôm, tiêu thụ sắt và tản nhiệt trên tổng tổn thất nhiệt của động cơ 4 cực dòng Y2
1.4 Tài liệu nghiên cứu tỷ lệ tổn thất khác nhau trên tổng tổn thất (bao gồm cả ma sát gió)
Người ta thấy rằng tiêu thụ đồng và tiêu thụ nhôm chiếm 60% đến 70% tổng tổn thất ở động cơ nhỏ, khi công suất tăng thì giảm xuống 30% đến 40%, trong khi tiêu thụ sắt thì ngược lại.%bên trên.Đối với tổn thất tản nhiệt, động cơ nhỏ chiếm khoảng 5% đến 10% tổng tổn thất, trong khi động cơ lớn chiếm hơn 15%.Các quy luật được đưa ra cũng tương tự nhau: tức là khi công suất thay đổi từ nhỏ đến lớn, tỷ lệ tổn thất đồng và tổn thất nhôm thường giảm từ lớn xuống nhỏ, có xu hướng giảm, trong khi tỷ lệ tổn thất sắt và tổn thất tản thường tăng từ từ nhỏ đến lớn, có xu hướng tăng lên..
1.5 Công thức tính giá trị tổn thất tán xạ khuyến nghị theo GB/T1032-2005 Phương pháp 1
Tử số là giá trị tổn thất lạc đo được.Từ công suất động cơ nhỏ đến lớn, tỷ lệ tổn hao tản nhiệt trên công suất đầu vào thay đổi và giảm dần và phạm vi thay đổi không nhỏ, khoảng 2,5% đến 1,1%.Nếu mẫu số được thay đổi thành tổn hao tổng ∑P, nghĩa là Ps/∑P=Ps/P1/(1-η), nếu hiệu suất động cơ là 0,667~0,967 thì nghịch đảo của (1-η) là 3~ 30, tức là tạp chất đo được So với tỷ lệ công suất đầu vào, tỷ lệ tổn thất tiêu tán trên tổng tổn thất được khuếch đại từ 3 đến 30 lần.Công suất càng cao thì đường đứt càng tăng nhanh.Rõ ràng, nếu lấy tỷ lệ giữa tổn thất tản nhiệt và tổng tổn thất nhiệt thì “hệ số phóng đại” sẽ lớn hơn.Đối với động cơ 2 cực 450kW dòng R trong ví dụ trên, tỷ lệ tổn thất tản trên công suất đầu vào Ps/P1 nhỏ hơn một chút so với giá trị tính toán được khuyến nghị ở trên và tỷ lệ tổn thất tản trên tổng tổn thất ∑P và tổng tổn thất nhiệt PQ tương ứng là 32,8%.39,5%, so với tỷ lệ của công suất đầu vào P1, được “khuếch đại” lần lượt khoảng 28 lần và 34 lần.
Phương pháp quan sát và phân tích trong bài báo này là lấy tỷ lệ giữa 4 loại nhiệt tổn thất trên tổng tổn thất nhiệt PQ.Giá trị tỷ lệ lớn, có thể thấy rõ tỷ lệ và quy luật thay đổi của các tổn thất khác nhau, tức là công suất từ nhỏ đến lớn, tiêu thụ đồng và tiêu thụ nhôm. Nói chung, tỷ lệ đã thay đổi từ lớn đến nhỏ, cho thấy mức độ giảm dần. xu hướng, trong khi tỷ lệ hao hụt sắt và thất thoát nhìn chung thay đổi từ nhỏ đến lớn, có xu hướng tăng lên.Đặc biệt, người ta quan sát thấy rằng công suất động cơ càng lớn thì tỷ lệ tổn thất tản nhiệt trong PQ càng cao, dần dần tiệm cận tổn thất đồng, vượt quá tổn thất đồng và thậm chí trở thành yếu tố đầu tiên gây ra tổn thất nhiệt.những tổn thất lạc lối.So với tỷ lệ tổn thất tản nhiệt trên công suất đầu vào, tỷ lệ tổn thất tản nhiệt đo được trên tổng tổn thất nhiệt chỉ được biểu thị theo cách khác và không làm thay đổi bản chất vật lý của nó.
2. Biện pháp
Biết được quy tắc trên sẽ rất hữu ích cho việc thiết kế và chế tạo động cơ hợp lý.Công suất của động cơ là khác nhau, các biện pháp giảm nhiệt độ tăng và thất thoát nhiệt cũng khác nhau và trọng tâm cũng khác nhau.
2.1 Đối với động cơ công suất thấp, tiêu thụ đồng chiếm tỷ trọng cao trong tổng tổn thất nhiệt
Do đó, việc giảm mức tăng nhiệt độ trước tiên phải giảm mức tiêu thụ đồng, chẳng hạn như tăng tiết diện dây, giảm số lượng dây dẫn trên mỗi khe, tăng hình dạng rãnh stato và kéo dài lõi sắt.Trong nhà máy, việc tăng nhiệt độ thường được kiểm soát bằng cách điều khiển tải nhiệt AJ, điều này hoàn toàn đúng đối với động cơ nhỏ.Kiểm soát AJ về cơ bản là kiểm soát sự thất thoát đồng.Không khó để tìm ra tổn thất đồng stato của toàn bộ động cơ theo AJ, đường kính trong của stato, chiều dài nửa vòng dây của cuộn dây và điện trở suất của dây đồng.
2.2 Khi công suất thay đổi từ nhỏ đến lớn tổn thất sắt tiến dần đến tổn hao đồng
Tiêu thụ sắt thường vượt quá mức tiêu thụ đồng khi lớn hơn 100kW.Vì vậy, động cơ lớn nên chú ý giảm tiêu hao sắt.Đối với các biện pháp cụ thể, có thể sử dụng các tấm thép silicon tổn thất thấp, mật độ từ của stato không được quá cao và cần chú ý phân bổ hợp lý mật độ từ của từng bộ phận.
Một số nhà máy thiết kế lại một số động cơ công suất cao và giảm hình dạng rãnh stato một cách thích hợp.Sự phân bố mật độ từ tính hợp lý và tỷ lệ tổn thất đồng và tổn thất sắt được điều chỉnh hợp lý.Mặc dù mật độ dòng điện stato tăng, tải nhiệt tăng và tổn thất đồng tăng, mật độ từ tính của stato giảm và tổn thất sắt giảm nhiều hơn tổn thất đồng tăng.Hiệu suất tương đương với thiết kế ban đầu, không chỉ giảm nhiệt độ tăng mà còn tiết kiệm được lượng đồng sử dụng trong stato.
2.3 Để giảm tổn thất đi lạc
Bài viết này nhấn mạnh rằngcông suất động cơ càng lớn thì càng cần chú ý đến việc giảm tổn thất đi lạc.Ý kiến cho rằng “tổn hao lệch nhỏ hơn nhiều so với tổn hao đồng” chỉ áp dụng cho động cơ nhỏ.Rõ ràng, theo quan sát và phân tích ở trên, công suất càng cao thì càng kém phù hợp.Quan điểm cho rằng “tổn thất rải rác nhỏ hơn nhiều so với tổn thất sắt” cũng không phù hợp.
Tỷ lệ giữa giá trị đo được của tổn thất tạp tán trên công suất đầu vào cao hơn đối với động cơ nhỏ và tỷ lệ này thấp hơn khi công suất lớn hơn, nhưng không thể kết luận rằng động cơ nhỏ nên chú ý đến việc giảm tổn thất tản nhiệt, trong khi động cơ lớn thì cần chú ý. không cần phải giảm tổn thất đi lạc.sự mất mát.Ngược lại, theo ví dụ và phân tích trên, công suất động cơ càng lớn thì tỷ lệ tổn thất tản nhiệt trong tổng tổn thất nhiệt càng cao, tổn thất tản mát và tổn thất sắt gần bằng hoặc thậm chí vượt quá tổn thất đồng, do đó tổn thất đồng càng lớn. công suất động cơ thì càng cần chú ý đến nó.Giảm tổn thất đi lạc.
2.4 Các biện pháp giảm thất thoát
Các cách để giảm tổn thất rò rỉ, chẳng hạn như tăng khe hở không khí, vì tổn thất rò rỉ gần như tỷ lệ nghịch với bình phương của khe hở không khí;giảm điện thế từ hài, chẳng hạn như sử dụng cuộn dây hình sin (sóng hài thấp);phù hợp với khe cắm;giảm tắc nghẽn, Rôto sử dụng khe kín và khe mở của động cơ điện áp cao sử dụng nêm khe từ;xử lý vỏ rôto bằng nhôm đúc làm giảm dòng điện bên, v.v.Điều đáng chú ý là các biện pháp trên thường không yêu cầu bổ sung các vật liệu hiệu quả.Mức tiêu thụ linh tinh cũng liên quan đến trạng thái sưởi ấm của động cơ, chẳng hạn như cuộn dây tản nhiệt tốt, nhiệt độ bên trong động cơ thấp và mức tiêu thụ linh tinh thấp.
Ví dụ: Một nhà máy sửa chữa một động cơ 6 cực, công suất 250kW.Sau khi thử nghiệm sửa chữa, mức tăng nhiệt độ đã đạt 125K dưới 75% tải định mức.Khe hở không khí sau đó được gia công lên 1,3 lần kích thước ban đầu.Trong thử nghiệm dưới tải định mức, mức tăng nhiệt độ thực sự giảm xuống 81K, điều này cho thấy đầy đủ rằng khe hở không khí đã tăng lên và sự tiêu tán tản nhiệt đã giảm đi rất nhiều.Thế từ điều hòa là một yếu tố quan trọng gây ra mất mát lạc.Động cơ công suất trung bình và lớn sử dụng cuộn dây hình sin để giảm điện thế hài từ trường và hiệu quả thường rất tốt.Cuộn dây hình sin được thiết kế tốt được sử dụng cho động cơ công suất trung bình và cao.Khi biên độ và biên độ hài giảm từ 45% đến 55% so với thiết kế ban đầu, tổn thất đi lạc có thể giảm từ 32% đến 55%, nếu không thì mức tăng nhiệt độ sẽ giảm và hiệu suất sẽ tăng lên., tiếng ồn giảm và có thể tiết kiệm đồng và sắt.
3. Kết luận
3.1 Động cơ điện xoay chiều ba pha
Khi công suất thay đổi từ nhỏ đến lớn, tỷ lệ tiêu thụ đồng và nhôm trong tổng lượng nhiệt tổn thất thường tăng từ lớn đến nhỏ, trong khi tỷ lệ tổn thất tiêu thụ sắt thường tăng từ nhỏ đến lớn.Đối với động cơ nhỏ, tổn thất đồng chiếm tỷ trọng cao nhất trong tổng tổn thất nhiệt.Khi công suất động cơ tăng lên, tổn thất tản và tổn thất sắt sẽ tiến gần đến tổn thất đồng.
3.2 Giảm tổn thất nhiệt
Công suất của động cơ là khác nhau và trọng tâm của các biện pháp được thực hiện cũng khác nhau.Đối với động cơ nhỏ, trước tiên nên giảm mức tiêu thụ đồng.Đối với động cơ công suất trung bình và cao, cần chú ý hơn đến việc giảm tổn hao sắt và tổn hao tản nhiệt.Quan điểm cho rằng “tổn thất rải rác nhỏ hơn nhiều so với tổn thất đồng và tổn thất sắt” là phiến diện.
3.3 Tỷ lệ tổn thất tản nhiệt trong tổng tổn thất nhiệt của động cơ lớn cao hơn
Bài viết này nhấn mạnh rằng công suất động cơ càng lớn thì càng cần chú ý đến việc giảm tổn thất tản nhiệt.
Thời gian đăng: Jul-01-2022