电机采用磁性槽楔节能原理及其经济效益

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节能技改

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电机采用磁性糟楔节能原理及其经济效益

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广西大学电气工程东龚树华

在石油、化工、电站、矿山、冶金等工业中，火中型高压电动机广泛地用于驱动水泵、风机、空气压缩机、球磨机等关键设

示。当谐波磁场相对铁：面运动时，就在岜表铁芯表面感应涡流，涡流回路如图 2所示。 铁芯表面涡流使在铁芯中产生涡流损耗，由

备。高压电动机容量大，用量也大，如果能降低电动机运行中的损耗提高电动机运行效率，无疑可以节约出可观的电能来供给更多

于涡流集中在铁芯表面一薄层内，故称表面损耗。 如果铁芯表面凹凸面问 (齿距 t)如

的用户用电。用磁性槽楔改造在用的大中型高压电动机，便是提高电动机运行的效率达到节电效果的有效措施之一。大中型高压电

机定子用开 V槽，采用磁性槽楔时可以降低 1 I损耗约 7~2%的空载附加铁耗。总 3本文着重阐述空载附加铁耗的产生、影

响空载附加铁耗大小的主要因素、采用磁性槽楔后的节电效果等问题一

Il一 _—

I一— -——. J

、

空载附加铁耗的产生

空载附加铁耗在电机空载时就存在，它主要指铁 j面损耗和齿中脉振损耗。它是出表由电机气隙中的谐波磁场产生的。造成气隙中谐波磁场的原因有两个，其中原因之一是铁心开槽导致气隙磁导不均匀而引起的气隙磁导齿谐波磁场。 谐被磁场的磁通路径与铁芯表面凹凸面的间距有关。 如果铁：面凹凸面间距表 (凸极同步如

圈 1谐波磁通路径在铁芯衷而

电机的楹距 T,比谐波波长入天祷多，谐波斑趟，襞巾在铣面一薄层内，如图 1 !誊表所

囝 2磁极表面涡流回路

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比谐波波长入小得多，谐波磁通将深入整个齿部并经轭形成闭台回路，如图 3所示。当谐渡磁场相对铁心齿运动时，进A齿中磁通量发生变化，在整个齿部感应涡流产生涡流

二、铁芯表面损耗和齿中脉

搌损耗的计算及影响其大小的主要因素( )同步电动机磁极的表面损耗一定子开口槽引起磁导齿谐波磁通密度幅值为：

损耗，与此同时因为齿中铁磁物质被谐波磁场反复磁化产生磁滞损耗。因为涡流损耗和

B。=B。‰ B6 ( ) 1 I特…

磁滞损耗在整个齿部产生，故称脉振损耗。 异步电动机定、转子铁心都开有槽，定子铁心开槽引起的气隙磁导齿谐波磁通路

(I)

式中——气隙系数； B——气隙磁通密度 (位特 ); 6单 目【。——是定子槽口宽 b 1气隙长。与度d比值的函数，由图 5查取。

径如图 4所示。~部分谐波磁通深入整个齿部，另一部分磁通在齿表面薄层由。当磁导齿谐波磁场相对转子运动时，在齿表面一薄层内产生表面损耗，在整个齿部产生，脉振损耗。

在气隙长度 d定下，若减小定子稽口一

宽 b I b fd。, o/比值减小，由图 5查得口 I o减小，从式 (1)见，磁导齿谐波幅值 B】可。减小因此减小定子槽目宽可减小磁导齿谐波磁通密度的幅值。 转子磁极表面损耗按下式计算：Po l=^o Bo t ) l )’× S × 1一 p ( I】 (" q 2 0

B )‘ l

(瓦 )…… ( )千 2

e=蚪∞。

式中

。——修正系数，^≈ l 3。 9}

t——定子齿距 (位米 )’ l单z——定子齿数{ l——

定子相对转子磁板转速(分 )}转/

圉 3谐波磋通路径深入齿部

定予1t) 3i c’

/

/’

l‘r

J.

1

转手图 4谐波磁通路径在表面和齿中 囤 5B与 ( o￣的关系曲线 o b/)

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s。 p——磁极表面积 ( )米 从式 ( 2)可见，转子磁极表面损耗主

式中Bt——转子齿中平均磁通密度 (位。单特);

要与磁导齿谐波磁通密度幅值 B l关，当。有定子槽口宽减小时，磁导齿谐波磁通密度幅值 Bo减小，则转子表面损耗与 B】平方的 l。成减小。( )异步电动机转子铁心表面损耗和二脉振损耗 1.转子铁心表面损耗由

定子开槽引起的气隙磁导齿谐波磁通转子齿中脉振损耗按下式计算：

转子齿中脉振磁通的交变频率 fz z

Pz o t=(瓦)千

( ) 州 ( )( ) 6

密度幅值 B l。艇 o=B l

( )…… ( 特 3)

式口为一的数由 5取中o ( )函，图查 j lI定子开槽，转子虚拟为光滑时的为气隙系数。 转子铁心表面损耗按下式计算：P 2 0 5。 zl ) ( lD￣ D￡ o= p k (”’ B。 t: 2 2 r 1.

式中^—考虑由于加工影响和脉振磁通非—正弦引入的损耗增加系数，

o——取决于材料规格及性能的常数， Mf——转子卤质量 (位公斤 ) 单 从式 ( 6)可见，异步电动机转子齿中

o t 2- b z、

t 2

,

×1一 (瓦 ) 0。千……

脉振损耗主要与齿中磁通密度脉振振幅B z,有关。在气隙长度 b定下，撼小定子槽口一宽 Dl。,与 b ld。/比值有关的 Y减小，由式 (5)可见齿中磁通密度脉振振幅 B z p减小，则齿中脉振损耗可以与B成平方的减 、。

(4 )

式中^——经验系数，主要与硅钢片规格、。

性能及铁芯加工质量有关D。——转子铁心外径及长度 (位，t2单米)—

三、降低空载附加铁耗的途径—

t, b o——转子齿距及槽 I E I宽 (位单米)

采用磁性槽楔由以上所述的空载附加铁耗的产生及其

从式 ( 4)可见，异步电动机转子铁芯

计算公式可看出，大中型高压电动机，由于定子开口槽的槽口宽度 -,定子开槽引起的人

表面损耗主要与磁导齿谐波磁通密度幅值 B I关。与上述同步电机同理，当减小定 o有

磁导齿谐波磁通密度振幅大，进入转子齿中谐波磁通密度脉振振幅亦大，所以，转予表面损耗和齿中脉振损耗大。 为降低空载附加铁耗，定子开口槽的槽楔采用磁性槽楔，磁路上来讲，比电机采从好

子槽口宽 b d时磁导齿谐波磁通密度幅值B 。减小，则异步电动机转于铁芯表面损耗与B 1平方的减小。。成

1.转子齿中脉振损耗

定子开槽引起的磁导齿谐波相对

转子运动时，进入转子齿中的磁通量将发生变化，由此引起在转子齿里的磁通密度脉振振幅为

用半闭口槽一样，为定予槽口宽减小，以因所磁导齿谐波磁通密度振幅减小，必然的结果

使转子表面损耗和齿中脉搌损耗得以降低。

B 2 8 B ( )…。 5) q=_, t特 7 z ( t:

四、采用磁性槽楔节电经济效果

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一

台型号】 1 4,额定功率 2 0 5 3— 7 6千

改善电机的功率因数。另外，因气隙磁导较均匀，气隙磁密因此也分布比较均匀，这可以减少电机噪音和改善机械特性。尽管磁性槽楔有这么多优点，但在我国直到最近几年

瓦，额定电压 6干伏的铸铝转子异步电动机，采用非磁性槽楔时空载铁耗是 l .千 07瓦，效率 9%,改用磁性槽楔后 (用 M C 1采

型模压磁性槽楔 ),空载铁耗降低到5.5 4千瓦，效率提高到 9 .。 27 采用磁性槽楔节电经济效益按下式计算：电机每年节电数

才开始推广应用，主要原因之一是过去的磁性槽楔用模压成型的槽楔板加工而成，其成本高，同时磁性槽楔的松动、脱楔问题还没有完全解决所致。】 8年鞍钢矿山动力厂研制成功磁性槽 94

Q瓦/) P(一 ) (时年=N 千电机每年节约电费S (/ )=C Q元年

楔新材料——磁性槽泥，简称 a材料 ( CC汉字磁槽的拼音宇头 ),它主要由高纯度还原铁粉和高粘度树脂组成，是一种塑性好，使用方便的泥状物。将“ CC”材料抹在电机槽日上，固化后即成为电机的磁性槽楔，它和模压成型的磁楔相比，不但节电效果好， 而且投资少，操作简便，收效快，它弥补了磁性槽楔难以应用在半闭日或半开口槽上的不足和解决了“楔”问题。脱 鞍钢矿山动力用 CC材料改造了高能耗淘汰电机 69 2台从，量测试数据统计 .大中小型异步电动机效率平均提高 1 2,温升平均 .5下降 1℃。电机年运行小时数达 5 0小时， 3若 00则每千瓦容量电机平均节电 7 6千瓦时，另外， CC材

料对电机噪音和振动也有所改善一

式中 P——所需的负荷动力 (瓦 )千 c——电费 (千瓦时 )元/N——运动时间 (时/ )小年

q——采用磁性槽楔时电机效率 ( ) F t i c——采用非磁性槽楔时电机效率 ( )设该电动机每天运行 1小时，每月运行 6 2天，每年运行时间 N:l×2 5 5×1 6 2=4 0 80小时，南宁市电价 C:O.9 (/瓦时 ), 2元千每年节约电量数

Q 2叫8×一 )=6 0 ( 0 0:2 2 0 (瓦时/ J 51千年

每年节约电费 S=2 l .9=7 l ( 1= 5 0xO 2 2 30元 4 4如果改造五台这样的电机，一年可节电 l万千瓦时以上，节约电费近 4万元，运行 0年数越长，经济效益越优。 磁性槽楔同样可用在半开口或半闭口的巾小型电机中，是当前改造被淘汰的高能耗

台型号 J I一 8一“,1 r瓦 . O。 2 O

3 0的鼠笼异步电动机，用磁性槽泥改造 伏 8前后，空载损耗由 2 6千瓦降低到 2 1 . .2千瓦，效率由8提高8。 8 9 电机年节约电量

Q 4 40(一 )=×8× 0 等 0=2 5 . (瓦时/ ), 76干 1:年

电动机节能的有效措施。

电机年节约电费

五、磁性槽楔新材料一

磁性槽泥

S=21 7., 5 G× 0. 9 2

采用磁性槽楔，不但可以降低电机空载附加铁耗，提高电机效率，降低温升，而且因为用磁性槽楔相当于缩小了槽口宽，使气隙有效长度减小，所以励磁电流减小，可以36

=7 2 (/ ) 1元年

每公斤磁性槽泥 3元，每公斤材料可改 5造 5千瓦电机一台，则4千瓦电机需用梢滗 0 0 (转筘 4万)下 1

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三、安装搅拌机。搅拌轴分三段，每段长相等，即2 2 .米长。直径 7无缝钢管，用 6

开动搅拌机，即可运送燃料入炉，投入生产

法兰连接，安装时注意同釉度。轴忡长至漏斗口上方 1 O 处 .用 1园钢焊成内孔为 mr O a 6一

经过一段时间的运行后，我们掌握了定的规律，要注意的地方有：①焊割要注意火

花落入旋风器内及管道内，以免着火； @搅拌机要注意加油；③要严格密封好容器 j④遵守操作规程。 经半年多现场记录，证明该设备简单易

8的园环作定心，套住轴端，以防摆动。 0 . 园环用 4根 1钢筋焊固定在旋风器底部中 G心。再在轴上焊搅拌杖，总共 4枝。搅拌轴通过洼兰与减速机连接。减速机固定在盲板上，电机固定在减速机上。

行，使用方便，容器内的蔗髓分布均匀，易搅拌下落，完全可以使用。总之，此项改造，不但解决了我厂历来的污染大问题，同

四、搅拌机速度选择。电机与减速机之间用链条传动。传动比为 4齿：1齿，轮径 6 5

分另为 4 OⅡ 5和】 O 5。减速机自身传动比为l 6:6。电机为 J 5— 8,功率为 4千 02 1~

时，节约大量燃料，经济效益显著 f下见表)。 人工管理费平均每日节约燃I成本殳备

瓦，转速为 7 0 1减速机型号为 A1 0 2 r p 1。 1 2—

5O 9,传动功率为 3千瓦，传动比 1 6 6:,

主轴转数 10 r P 1搅拌机转速为 9转/ 0 1。 5 1 O分。

(月)每2万元

料折合本厂原煤8吨

2 0 (中每 0元其班补助5. ) 0 元

五、注意密封，封好搅拌轴与盲板的间隙，封好人孔。透视镜孔的透视镜，用汽车有机玻璃制作，用泥胶作垫片。在通气管下部安装喷雾水，喷嘴用软化器喷嘴一只，以

I

从上表看出，每月可节约20原煤， 4吨

价格为 6元/,台计每月节约 1 4 0,扣 0吨 4 0元

防蔗髓重新飞起。通气管通至河边。最好， 在支架上焊上梯级，直至顶部，以利于维修工作。

_管理费 20,每月纯收入为1 20,两除 o元 0元 4个月就可以收回设备成本，一年便可节约 10 0元。此项技术改造，给我厂收益不 740少，值得有关厂家借鉴。

六、接通抽髓机管道，就可以抽上蔗髓，从透视镜看到蔗髓充满时，打开阀门，

(楼第3上 6儿 )

需 0 6 = 7个月便可收回改造电机的全 .×1 2

:o 8 g:费、人工费

、试验费共用 .k, c具0 U

部费用。参考文献

40, 0元改造此台电机全部费用回收年限=

[1]陈世坤主编啦电机设计》上册，机拽工业出版祉。 l 9 8 2午。 [2]鞍钒市三电办“能耗电动机改遣的新途高本，《节能》, l 9 9 0年第 '期。

挝童±白费： 0 8曼t4o .兰3 o全年节约电费 72 1=0 6年 )即此台电机用CC材料改造后仅 .(

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wc34.html