專利名稱：提高小型異步電動機(jī)運行效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種提高電機(jī)運行效率的方法，特別適用于提高小型異步電動機(jī)的運行效率。
現(xiàn)有的提高電機(jī)效率的方法，設(shè)計思路著重于提高接近額定點的效率(負(fù)載率為0.75～1區(qū)間的效率)。這個區(qū)間的效率提高，不一定反映電機(jī)實際運行效率的提高。據(jù)抽樣調(diào)查統(tǒng)計，我國有絕大多數(shù)約占80%以上的小型異步電動機(jī)的運行工況偏離設(shè)計的最高效率點負(fù)載率。運行在負(fù)載率為0.5～0.75區(qū)間的小型異步電動機(jī)約占36%。占工業(yè)總產(chǎn)值約三分之一左右的機(jī)械電子行業(yè)使用的小型異步電動機(jī)絕大多數(shù)負(fù)載率小于0.5。設(shè)計的最高效率點負(fù)載率偏離實際運行工況的弊病是雖然在額定負(fù)載點的設(shè)計效率較高，但絕大多數(shù)電動機(jī)的運行效率卻較低。如Y系列18種規(guī)格在同步轉(zhuǎn)速為3000r/min時，負(fù)載率為0.5時的效率較負(fù)載率為1時平均低1.33%。說明現(xiàn)有的電機(jī)設(shè)計不利于最佳運行效率下運行。另外，一般提高效率的主要途徑是靠增加有效材料，或使用較好材料來實現(xiàn)，例如，Yx高效率電動機(jī)與Y系列相應(yīng)規(guī)格相比，效率平均提高3%，COSφ提高0.004，總損耗下降28.8%，但多耗有效材料25～30%，成本相應(yīng)提高25%～30%，由于成本提高，因而長期推廣不了。
本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)上述方法，在不增加成本的前提下，提供一種能提高電機(jī)運行效率的設(shè)計方法。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，改變傳統(tǒng)的設(shè)計思路，設(shè)計效率與負(fù)載率關(guān)系曲線，將效率曲線的高效區(qū)進(jìn)行左移，使接近額定點的高效區(qū)(負(fù)載率為0.75～1)移至負(fù)載率為0.5～0.75的區(qū)間內(nèi)，并使效率曲線在負(fù)載率為0.45～0.75的區(qū)間內(nèi)具有平坦的特性。使效率曲線高效區(qū)左移，實際上是在設(shè)計電機(jī)時，考慮盡可能提高電機(jī)在負(fù)載率為0.5～0.75區(qū)間的效率和功率因數(shù)，并要兼顧重載區(qū)輕載的性能，使重載區(qū)的效率稍有下降，而使輕載區(qū)的效率有較大的提高，且制造成本盡量不增加?；诖?，為了提高負(fù)載率為0.5～0.75區(qū)間的效率，可采取不同措施1、降低空載及負(fù)載率為0.5～0.75間的鐵耗，具體可做(1)采用低損耗的磁性材料，(2)采用非晶態(tài)材料，(3)采用0.35mm以下的硅鋼片，(4)使定轉(zhuǎn)子沖片在720～780℃溫度下退火，(5)定子沖片毛刺高度控制在0.1mm以下，(6)定子鐵芯和迭壓力控制在40kgf/cm2以下，(7)增加迭片與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條間接觸電阻值。
2、在總用銅量不變或有少許增加情況下，采用較細(xì)的線規(guī)，適當(dāng)增加匝數(shù)，使起動轉(zhuǎn)矩、熱負(fù)荷為標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)使定子電流呈下降趨勢。
3、降低負(fù)載率為0.5～0.75區(qū)間的通風(fēng)損耗，具體可做(1)運行在單方向旋轉(zhuǎn)的電機(jī)采用軸流風(fēng)扇，(2)按照△Pcu＝(1-Kn2)(Im-Io2)mR計算銅耗的降低值，并據(jù)此計算風(fēng)扇的風(fēng)量，通過減少風(fēng)扇直徑以減少風(fēng)量，(3)提高風(fēng)扇效率、改進(jìn)風(fēng)扇氣流入口攻角，使氣流無沖擊地進(jìn)入葉輪，(4)合理選擇風(fēng)扇和風(fēng)罩間的徑向間隙，(5)采用鋼板機(jī)殼。
4、采用優(yōu)化設(shè)計。本發(fā)明主要采用了優(yōu)化設(shè)計的方法。優(yōu)化設(shè)計是運用最優(yōu)化方法，借助于電子計算機(jī)數(shù)值計算，選出最優(yōu)方案，也就是滿足給定的的約束條件下，對目標(biāo)函數(shù)的尋優(yōu)。本發(fā)明按照最高效率點的負(fù)載率(Kn)公式Kn=PoPK]]>(Po-空載損耗，Pk-額定功率下的負(fù)載損耗)，通過調(diào)整
值，提高負(fù)載率為0.5的效率。計算機(jī)采用“常用優(yōu)化方法“OPB”庫(開發(fā)研制的“六五”攻關(guān)項目)，以負(fù)載率0.5～0.75區(qū)間的效率為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計;其目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式為minf(x)＝A＊gFe+B＊gCu+C＊gAl式中，gFe-鐵重，即硅鋼片的重量，gCu-銅重，導(dǎo)線的重量，gAl-鋁重
A為硅鋼片單位價格，B為導(dǎo)線單位價格，C為鋁錠單位價格。它是按成本最低原則確定的，由于硅鋼片，導(dǎo)線，鋁錠等價格上升，電機(jī)制造廠力圖使電機(jī)的各項性能指標(biāo)在符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，使材料消耗最小，從而使成本最低。本發(fā)明目標(biāo)函數(shù)就是按此構(gòu)想建立的。本發(fā)明的約束條件為，成本、額定功率點的溫升、效率、功率因數(shù)，起動轉(zhuǎn)矩規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，定子齒磁密、軛磁密、轉(zhuǎn)子軛磁密等，設(shè)計變量選用，鐵芯長度，定子線圈匝數(shù)，槽形尺寸包括定轉(zhuǎn)子槽寬、槽高等。通過采用OPB庫(大型非線性優(yōu)化方法程序庫)及四種優(yōu)化方法(QNM01，CVM01，GRGD，CVMD)圍繞提高負(fù)載率為0.5效率值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可以使最高效率點的負(fù)載率與實際工況吻合的比例有大幅度提高，可以達(dá)到在基本上不增加有效金屬數(shù)量和成本的前提下，較大程度地提高運行點的效率，可使負(fù)載率為0.5左右的負(fù)載提高效率0.5%，使負(fù)載率為0.25左右的負(fù)載提高效率1%以上，且功率因數(shù)(COSφ)也相應(yīng)提高。
下面結(jié)合


實施例圖1為效率曲線高效區(qū)左移示意2為優(yōu)化設(shè)計方法的程序框圖對型號為Y200M2其功率為30.00(KW)的4極電機(jī)，提高負(fù)載率為0.5的優(yōu)化設(shè)計實施例1、目標(biāo)函數(shù)為minf(x)＝A＊gCu+B＊gFe+C＊gAl，A＝銅單價，B＝硅鋼片單價，C＝鋁單價，gCu＝銅重，gFe＝鐵重，gAl＝鋁重2、約束條件為表達(dá)意義g(1)＝atal＞Batal 效率不小于標(biāo)準(zhǔn)值g(2)＝pfl＞Bpfl 功率因數(shù)不小于標(biāo)準(zhǔn)值g(3)＝tstl＞Btstl 起動轉(zhuǎn)矩不小于標(biāo)準(zhǔn)值g(4)＝lstl＜BTstl 起動電流不大于標(biāo)準(zhǔn)值g(5)＝ajl＜Bajl 熱負(fù)荷不大于標(biāo)準(zhǔn)值
g(6)＝btгl＊0.001-16 定子軛磁密不大于16000高斯g(7)＝btгu＊0.001-15.8 轉(zhuǎn)子軛磁密不大于15800高斯g(8)＝bts＊0.001-15.8 定子齒磁密不大于15800高斯3、設(shè)計變量為L-鐵芯長(bг1，bг2，bг3，bг4)為轉(zhuǎn)子槽寬(hг1，hг2，hг3)為轉(zhuǎn)子槽高(bs1，kbs2)為定子槽寬(hs1，hs2)為定子槽高采用OPB庫(大型非線性優(yōu)化方法程序庫)及優(yōu)化方法(QNM01)圍繞提高負(fù)載率為0.5效率值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，其具體設(shè)計方法是按照圖2的程序框圖進(jìn)行的，其左移及優(yōu)化結(jié)果可參見表1表1.優(yōu)化前后電機(jī)效率曲線及負(fù)載率比較
采用本發(fā)明后，在不改變槽形的前提下，曲線左移，可使負(fù)載率小于0.75的電機(jī)效率提高0.2～1%，(Kn＝0.75～0.25)，滿載時效率變化不大，功率因數(shù)也有所改變，Y系列電機(jī)按本發(fā)明改進(jìn)，基本上不增加投資，就可獲得年節(jié)電1～2億度。
權(quán)利要求
1.一種提高電機(jī)運行效率的方法，設(shè)計電機(jī)的效率與負(fù)載率關(guān)系曲線，效率隨負(fù)載率的遞增而上升，負(fù)載率在0.85～1的范圍內(nèi)為高效區(qū)(1)，其特征是，將效率曲線的高效區(qū)進(jìn)行左移至負(fù)載率為0.5～0.75的范圍內(nèi)，并使負(fù)載率在0.45～0.75的范圍內(nèi)效率曲線具有平坦的特性。
2.按照權(quán)利要求1所述方法，其特征是，使效率曲線高效區(qū)左移的措施可采取1)降低空載及負(fù)載率為0.5～0.75間的鐵耗，2)在總用銅量不變或有少許增加情況下，采用較細(xì)的線規(guī)，適當(dāng)增加匝數(shù)使起動轉(zhuǎn)矩、熱負(fù)荷在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)使定子電流呈下降趨勢，3)降低負(fù)載率為0.5～0.75區(qū)間的通風(fēng)損耗，4)采用優(yōu)化設(shè)計。
3.按照權(quán)利要求1或2所述方法，其特征是，利用電子計算機(jī)對電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，其目標(biāo)函數(shù)為負(fù)載率為0.5～0.75區(qū)間的效率，約束條件為，成本、額定功率點的溫升或熱負(fù)荷，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值(效率、功率因數(shù)、起動轉(zhuǎn)矩)定子齒磁密，軛磁密，轉(zhuǎn)子軛磁密，變量為，鐵芯長度，定子線圈匝數(shù)與槽形尺寸及定子、轉(zhuǎn)子的槽高、槽寬。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種提高中小型電機(jī)運行效率的方法，將電機(jī)的效率與負(fù)載率關(guān)系曲線的高效區(qū)進(jìn)行左移至0.5～0.75的范圍內(nèi)不增加有效金屬數(shù)量和成本，可使負(fù)載率為0.5左右的負(fù)載提高效率0.5％左右，使負(fù)載率為0.25左右的負(fù)載提高效率1％以上。
文檔編號H02K3/00GK1057930SQ90103269
公開日1992年1月15日 申請日期1990年7月4日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月4日
發(fā)明者潘兆慶 申請人:潘兆慶