R系列2極電動機，雜散損耗實測

三相交流電動機的損耗可分為銅耗、鋁耗、鐵耗和雜散耗、風(fēng)摩耗，前4種為發(fā)熱損耗，其總和稱為發(fā)熱總損耗。闡述當(dāng)功率從小到大變化時，銅耗、鋁耗、鐵耗、雜散耗對發(fā)熱總損耗的比例變化。通過實例，銅耗和鋁耗占發(fā)熱總損耗的比例雖有波動，總體上由大變小，呈下降趨勢。而鐵耗雜散耗相反，雖有波動，總體上由小變大，呈上升趨勢。功率足夠大時，鐵耗雜散耗超過了銅耗。有時雜散耗還超過了銅耗、鐵耗，成為發(fā)熱損耗的第一因素。再分析Y2電動機，以及觀察各種損耗對總損耗的比例變化，揭示的規(guī)律類似。認識上述規(guī)律，得出不同功率電機降低溫升和發(fā)熱損耗的側(cè)重點不同。對小電機，首先應(yīng)降低銅耗；對中大功率電動機，應(yīng)側(cè)重降低鐵耗雜散耗。認為“雜散耗比銅耗、鐵耗要小得多”的觀點是片面的。特別強調(diào)，電動機功率越大越要注意降低雜散損耗。中大容量電動機采用正弦繞組來降低諧波磁勢及雜散耗，效果往往很好。而降低雜散損耗的各種措施，一般不需要增加有效材料。

引 言

三相交流電動機的損耗可分為銅耗PCu、鋁耗PAl、鐵耗PFe、雜散耗Ps、風(fēng)摩耗Pfw，前4種為發(fā)熱損耗，其總和稱為發(fā)熱總損耗PQ，其中雜散損耗是除了銅耗PCu、鋁耗PAl、鐵耗PFe、風(fēng)摩耗Pfw4種以外的一切損耗，包括諧波磁勢、漏磁場、斜槽橫向電流等原因。

由于雜散損耗計算困難，測試也比較復(fù)雜，很多國家規(guī)定，雜散損耗按電動機輸入功率的0.5%計算，將矛盾簡化。但是這個數(shù)值非常粗糙，而且不同設(shè)計不同工藝，往往差異很大，由此也掩蓋了矛盾，不能真實地反映電動機的實際工作狀況。近來實測雜散耗呼聲愈高。在全球經(jīng)濟一體化時代，如何與國際接軌，又要有一定的前瞻性，則為大勢所趨。

本文研究三相交流電動機，當(dāng)功率從小到大變化時，銅耗PCu、鋁耗PAl、鐵耗PFe、雜散耗Ps對發(fā)熱總損耗PQ的比例變化規(guī)律，由此得出對策，以便將電動機設(shè)計制造得更合理更好。

1.電動機的損耗分析

1.1首先觀察一個實例。某廠出口電動機的E系列產(chǎn)品，技術(shù)條件規(guī)定實測雜散損耗。為方便比較，先看2極電動機，功率范圍從0.75kW到315kW。根據(jù)測試結(jié)果，求出銅耗PCu、鋁耗PAl、鐵耗PFe、雜散耗Ps對發(fā)熱總損耗PQ的比例，見圖1。圖中縱坐標為各種發(fā)熱損耗對發(fā)熱總損耗的比例（%），橫坐標為電動機功率（kW數(shù)），帶菱形的折線為銅耗的比例，帶正方形的折線為鋁耗的比例，帶三角的折線為鐵耗比例，帶叉的折線為雜散損耗的比例。

圖1 E系列2極電動機銅耗鋁耗鐵耗雜散耗對發(fā)熱總損耗的比例折線圖

（1）當(dāng)電機的功率從小到大變化時，銅耗的比例，雖有波動，總體上由大變小，呈下降趨勢，0.75kW，1.1kW約占50%，而250kW，315kW已不到20%鋁耗的比例變化，總體上也由大變小，呈下降趨勢，但變化幅度不大。

（2）電機功率從小到大，鐵耗的比例變化，雖有波動，總體上由小變大，呈上升趨勢。0.75kW~2.2kW約為15%，而大于90kW時已超過30%，大于銅耗。

（3）雜散耗的比例變化，雖有波動，總體上也由小變大，呈上升趨勢。0.75kW～1.5kW約10%，而110kW時已接近銅耗，大于132kW的各規(guī)格，雜散耗大多超過了銅耗。而250kW，315kW的雜散耗超過了銅耗鐵耗，成了發(fā)熱損耗中第一因素。

4極電機（折線圖略）。110kW以上鐵耗大于銅耗，250kW及315kW的雜散耗超過銅耗、鐵耗，成了發(fā)熱損耗中第一因素。該系列2～6極電動機的銅耗和鋁耗之和，小電機約占發(fā)熱總損耗的65%～84%，而大電機下降到35%～50%，而鐵耗相反，小電機約占發(fā)熱總損耗的10%～25%，而大電機增加到約26%～38%。雜散耗，小電機約占6%～15%，而大電機增加到21%～35%。功率足夠大時，鐵耗雜散耗超過了銅耗。有時雜散耗還超過了銅耗鐵耗，成為發(fā)熱損耗中第一因素。

1.2 R系列2極電動機，雜散損耗實測

根據(jù)測試結(jié)果，求出銅耗鐵耗雜散耗等對發(fā)熱總損耗PQ的比例。圖2顯示電機功率與雜散耗銅耗的比例變化。圖中縱坐標為雜散耗銅耗對發(fā)熱總損耗的比例（%），橫坐標為電動機功率（kW數(shù)），帶菱形的折線為銅耗的比例，帶正方形的折線為雜散損耗的比例。圖2清楚地顯示，總體上電機功率愈大，雜散耗對發(fā)熱總損耗的比例也愈大，呈上升趨勢。圖2還顯示大于150kW的各規(guī)格，雜散耗超過了銅耗。有幾個規(guī)格電機，雜散耗甚至是銅耗的1.5～1.7倍。

本系列2極電動機，功率從22kW到450kW，實測雜散損耗對PQ的比例由不足20%上升到接近40%，變化幅度很大。如用實測雜散損耗對額定輸出功率的比例表示，則約為（1.1～1.3）%，如用實測雜散損耗對輸入功率的比例表示，則約為（1.0～1.2）%，后兩種表達方式其比例變化不大，也難以看出雜散損耗對PQ的比例變化。因此觀察各發(fā)熱損耗，特別是雜散損耗對PQ的比例，可以更好地認識各發(fā)熱損耗的變化規(guī)律。

以上兩例實測雜散損耗均采用美國的IEEE 112B方法

圖2 R系列2極電動機銅耗雜散耗對發(fā)熱總損耗的比例折線圖

1.3 Y2系列電動機

技術(shù)條件規(guī)定雜散損耗取輸入功率的0.5%，而GB/T1032-2005規(guī)定了雜散損耗推薦值，今取其中方法1，公式為Ps=（0.025－0.005×lg（PN））×P1式中PN—為額定功率；P1—為輸入功率。

我們假設(shè)雜散損耗實測值等于該推薦值，重新進行電磁計算，并由此求出銅耗鋁耗鐵耗雜散耗四個發(fā)熱損耗對發(fā)熱總損耗PQ的比例。其比例變化，同樣符合上述規(guī)律。

即：當(dāng)功率從小到大變化時，銅耗、鋁耗的比例總體上由大變小，呈下降趨勢。而鐵耗雜散耗的比例總體上由小變大，呈上升趨勢。無論2極、4極、6極，大于某個功率，鐵耗將超過銅耗；雜散耗的比例也由小變大，漸漸接近銅耗，甚至超過銅耗。2極110kW以上雜散耗成了發(fā)熱損耗中第一因素。

圖3為Y2系列4極電動機4種發(fā)熱損耗對PQ的比例折線圖（假設(shè)雜散損耗實測值等于上述推薦值，其它損耗按計算值）?？v坐標為各種發(fā)熱損耗對PQ的比例（%），橫坐標為電動機功率（kW數(shù)）。顯然，90kW以上鐵耗雜散耗已大于銅耗。

圖3 Y2系列4極電動機銅耗鋁耗鐵耗雜散耗對發(fā)熱總損耗的比例折線圖

1.4 文獻研究了各種損耗對總損耗（包括風(fēng)摩耗在內(nèi)）的比例

發(fā)現(xiàn)銅耗鋁耗在小電機中占總損耗的60%～70%，而容量增大時下降到30%～40%，而鐵耗相反，小電機比例小，而容量增大時要占30%以上。雜散損耗，小電機約占總損耗的5%～10%，而大電機約占15%以上。揭示的規(guī)律類似：即功率從小到大變化時，銅耗、鋁耗的比例總體上由大變小，呈下降趨勢，而鐵耗及雜散耗的比例總體上由小變大，呈上升趨勢。

1.5 根據(jù)GB/T1032-2005方法1規(guī)定的雜散損耗推薦值計算式

分子是實測雜散損耗值。電機功率從小到大，雜散損耗對輸入功率的比例變化，遞減下降，變化幅度不小，約2.5%～1.1%。如改分母為總損耗∑P，即Ps/∑P=Ps/P1/(1－η），若電機效率取0.667～0.967，則（1－η）的倒數(shù)為3～30，亦即實測雜散損耗對總損耗的比例相比對輸入功率的比例，放大3～30倍，功率越大，折線越快速上升。顯然，若取雜散損耗對發(fā)熱總損耗的比例，則“放大倍數(shù)“更大。上例R系列2極450kW電機，雜散損耗對輸入功率的比例Ps/P1稍小于上面推薦的計算值，而雜散損耗對總損耗∑P及對發(fā)熱總損耗PQ的比例分別為32.8%，39.5%，相比對輸入功率P1的比例，分別“放大”約28倍，34倍。

本文觀察與分析的方法主要是取4種發(fā)熱損耗對發(fā)熱總損耗PQ的比例，比例數(shù)值大，能清楚地看到各種損耗的比例及變化規(guī)律，即功率從小到大，銅耗鋁耗的比例總體上由大變小，呈下降趨勢，而鐵耗、雜散耗的比例總體上由小變大，呈上升趨勢。特別是觀察到，電機功率越大，雜散損耗占PQ的比例反而越高，漸漸接近銅耗，超過銅耗，甚至成為發(fā)熱損耗中第一因素，因而能夠正確認識其規(guī)律并重視降低大電機的雜散損耗。實測雜散耗對發(fā)熱總損耗的比例，相比于雜散耗對輸入功率的比例，只是換個方式來表達，并不改變其物理本質(zhì)。

2.措施

認識上述這一規(guī)律，有助于電動機的合理設(shè)計合理制造。電動機功率大小不同，降低溫升降低發(fā)熱損耗采用何種措施，側(cè)重點不同。

2.1 對小功率電動機，銅耗占發(fā)熱總損耗比例高

40%以上，甚至65%，因此降低溫升首先應(yīng)降低銅耗，如增大導(dǎo)線截面，減少每槽導(dǎo)體數(shù)，增大定子槽形，加長鐵心等。工廠中往往以控制熱負荷AJ來控制溫升，這對小電機來說，完全是正確的?？刂艫J本質(zhì)上就是控制銅耗，根據(jù)AJ以及定子內(nèi)徑、線圈半匝長、銅線電阻率等不難求出整臺電動機的定子銅耗。

2.2 當(dāng)功率從小到大變化時，鐵耗漸漸接近銅耗

大于100kW時鐵耗一般超過了銅耗。因此大電機應(yīng)重視降低鐵耗。具體措施，可采用低損耗硅鋼片，定子磁密不要過高，還要注意各部分磁密要分布合理。

有些工廠對某些大功率電動機，重新設(shè)計，適當(dāng)減小定子槽形。磁密分布較合理，適當(dāng)調(diào)整了銅耗與鐵耗的比例。雖然定子電流密度增加，熱負荷增加，銅耗增加，但定子磁密降低，鐵耗減少大于銅耗增加。性能與原設(shè)計相當(dāng)，不但溫升下降，還節(jié)約定子用銅量。

2.3 對降低雜散損耗

本文強調(diào)的是電機功率越大越要注重降低雜散損耗。認為“雜散損耗比銅耗要小得多”的觀點，僅適用于小電機。顯然，按上文的觀察與分析，功率越大越不適合。認為“雜散損耗比鐵耗要小得多”的觀點，同樣也是不適合的。

雜散損耗實測值對輸入功率的比例，小電機高，而功率越大比例越低，但不能由此得出結(jié)論，小電機要重視降低雜散損耗，而大電動機則不大需要降低雜散損耗。正相反，根據(jù)上面實例及分析，電動機功率越大，雜散耗占發(fā)熱總損耗的比例反而越高，雜散耗同鐵耗都接近甚至超過了銅耗，所以電動機功率越大，越要注重降低雜散損耗。

2.4降低雜散損耗的措施

降低雜散損耗的辦法，例如增大氣隙，因為雜散耗近似與氣隙兩次方成反比；降低諧波磁勢，例如采用正弦（低諧波）繞組；槽配合適當(dāng)；減少齒槽效應(yīng)，轉(zhuǎn)子采用閉口槽，高壓電機定子開口槽采用磁性槽楔；鑄鋁轉(zhuǎn)子脫殼處理減低橫向電流，等等。值得注意的是，以上措施一般都不需要增加有效材料。雜耗還與電機發(fā)熱狀態(tài)有關(guān)，如繞組散熱好，電機內(nèi)部溫度低，雜耗也低。

舉例：某廠修理一臺電動機，6極250kW。修理后試驗，75%額定負荷下溫升已達125K。后將氣隙加工到原尺寸的1.3倍。額定負荷下試驗，溫升竟降到了81K，充分說明了氣隙增大，雜散耗已經(jīng)大大降低。諧波磁勢是雜散損耗重要因素，中大容量電動機采用正弦繞組降低諧波磁勢，效果往往很好。設(shè)計較好的正弦繞組，用于中大功率電動機，當(dāng)諧波幅值和比原設(shè)計降低45%～55%時，雜散損耗可降低32%～55%，不則溫升降低，效率增高，噪聲下降，還能節(jié)銅節(jié)鐵。

3.結(jié)語

3.1 三相交流電動機

功率從小到大變化時，銅耗鋁耗對發(fā)熱總損耗的比例總體上從大到小，而鐵耗雜散耗的比例總體上從小到大。對于小電機，銅耗占發(fā)熱總損耗比例最高，隨著電機容量增大，雜散耗及鐵耗都接近及超過銅耗。

3.2 為降低發(fā)熱損耗

電機功率不同，采取的措施側(cè)重點也不同。對小電機，首先應(yīng)降低銅耗。對中大功率電動機更要注重降低鐵耗雜散耗。認為“雜散耗比銅耗鐵耗要小得多”的觀點是片面的。

3.3 雜散損耗占大電機發(fā)熱總損耗的比例反而高

本文強調(diào)，電機功率越大越要重視降低雜散損耗。

審核編輯 ：李倩