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近年來，以減輕地球升溫效應(yīng)（削減CO2排量）為代表的環(huán)境保護(hù)，以及應(yīng)對石油等能源枯竭的各種措施，推動(dòng)著全球規(guī)模的節(jié)能化發(fā)展，電動(dòng)機(jī)變頻器驅(qū)動(dòng)的節(jié)能意向高漲。在國內(nèi)，伴隨著《節(jié)能法》的制定及執(zhí)行力度的強(qiáng)化，取得ISO4001認(rèn)證的工廠企業(yè)日益增加，能源使用合理化計(jì)劃的推廣等，節(jié)能的需求愈益提高。另方面，工廠中的用電量約70％為電動(dòng)機(jī)所消耗，因此，電動(dòng)機(jī)的高效率化需求也不斷提高。尤其是，以風(fēng)機(jī)、水泵用途為中心，將變頻器和電動(dòng)機(jī)組合成可變速控制的變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正廣泛普及。本文對電動(dòng)機(jī)高效率化技術(shù)的動(dòng)向，電動(dòng)機(jī)變頻器驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致的節(jié)能化以及有關(guān)注意點(diǎn)予以闡述。
2 電動(dòng)機(jī)的高效率化
電動(dòng)機(jī)是將輸入的電能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能的設(shè)備。電動(dòng)機(jī)的高效率化，就是為降低在這一能量轉(zhuǎn)換過程中所產(chǎn)生的損耗。效率定義如下：
電動(dòng)機(jī)損耗有1次銅損、2次銅損、鐵損、機(jī)械損耗、雜散負(fù)荷損耗5種，如表1所列。
表1 損耗的定義
損 耗
定 義
1次銅損
因流入一次導(dǎo)體的電流產(chǎn)生的損耗
2次銅損
因流入二次導(dǎo)體的電流產(chǎn)生的焦耳（熱）損耗
鐵 損
因磁場旋轉(zhuǎn)于鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗
機(jī)械損耗
因軸承的摩擦和空氣阻抗形成的機(jī)械摩擦損耗
雜散負(fù)荷損耗
上述損耗以外的損耗
變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)可分為永磁電動(dòng)機(jī)（IPM）和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。IPM意為內(nèi)置式永磁電動(dòng)機(jī)，也被稱為高效率同步電動(dòng)機(jī)。有關(guān)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和IPM轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的比較，如圖1所示。
IPM是將永磁體裝入轉(zhuǎn)子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，內(nèi)置的永磁體產(chǎn)生磁通，故勿需勵(lì)磁電流，降低了1次銅損；其結(jié)果，IPM比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)最大能提高約10％的效率。IPM為低損耗電動(dòng)機(jī)，能減小熱容量，故對比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，具有小型輕量化的特點(diǎn)。
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)因無永磁體，易于維護(hù)且結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，故在工廠企業(yè)中廣泛使用著。作為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高效率化的方法，必須減小表1所列的各種損耗。
1次銅損在損耗中占的比重較大，藉繞線方式的改變縮短導(dǎo)線的長度，以及藉高密度充填繞線技術(shù)（提高占績率）均可降低銅損。而且，對轉(zhuǎn)子槽形的重新審核設(shè)計(jì)，可降低額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的2次銅損。此外，由于低損耗、高磁密鐵芯材料的普及，使用能減少鐵損。對定子和轉(zhuǎn)子槽的優(yōu)化組合，對氣隙長度和轉(zhuǎn)子斜度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可降低雜散負(fù)載損耗。
高效率電動(dòng)機(jī)比較通用電動(dòng)機(jī)，損耗能減小（20~30）％。冷卻風(fēng)量減小，采用小直徑風(fēng)扇還能減小通風(fēng)損耗。
3 變頻器原理
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