（电气工程专业论文）研制三相异步高效电动机的关键技术.pdf

摘要 本课题论述了电动机效率水平的重要性，介绍了国内外电动机效率水平的发展 概况，从电机理论入手，详细地分析和研究了电动机中的各项损耗，并从设计和 工艺两个方面探讨了降低电动机损耗的切实可行的措施，从而实现了电动机效率 的提高。设计方面包括：定子绕组采用双层同心式低谐波绕组；硅钢片采用高导 磁率低比损耗的冷轧硅钢片；放大定转子槽型且转子片采用闭口槽；缩小风扇外 径，优化通风风路；适当放大电机气隙等；工艺方面包括：应用定子冲片退火； 铸铝转子脱壳处理等。 通过以上的分析和研究并以其为指导思想，进行了高效电动机的设计制造，通 过样机的试制证明了本课题分析和研究的可行性。 本课题的研制成功，不仅为华达电机有限公司带来了无限的商机，并且将为我 国的高效电动机的发展起到良好的推动作用，具有一定的实用价值。 关键词：电动机；高效；设计；工艺 a b s t r a c t h 1t h i sp a p e rt h ee f f i c i e n c yo fm o t o ri sd i s c u s s e d t h es t a t u sa n dd e v e l o p m e n to f e f f i c i e n c yl e v e li nd o m e s t i ca n do v e r s e a sm a r k e ta r ei n t r o d u c e d o nt h eb a s i so f f u n d a m e n t a lt h e o r i e s ，w ea n a l y z e da n ds t u d i e dt h ec a u s eo fv a r i o u sl o s s e si n t h r e e p h a s e i n d u c t i o nm o t o r s a n ds o m ef e a s i b l em e a s u r e st or e d u c et h el o s s e s o f t h r e e p h a s e i n d u c t i o nm o t o r sa r ep u tf o r w a r di no r d e rt oi m p r o v et h ee f f i c i e n c y ，s u c h a sl o w h a r m o m c s i n u s o i d a l w i n d i n g s ，c o l d r o l l e ds i l i c o ns t e e ls h e e t sw i t h h i g h m a g n e t i cp e r m e a b i l i t ya n dl o wl o s s ，e n l a r g e ds t a t o ra n dr o t o rs l o t s ，c l o s e d e n t r yr o t o r s l o t s ，r e d u c e do u t e rd i a m e t e ro ff a n ，o p t i m i z a t i o no fv e n t i l a t i o nc i r c u i t sa n de n l a r g e d g a p ，e t c m e a n w h i l ep u n c h i n gs h e e ta n n e a l i n gp r o c e s sa n di m p r o v i n go nt h ec r a f to f c a s t a l u m i n u mr o t o ra r ea l s oa d o p t e d f i n a l l y ，w ed e s i g n e da n dm a n u f a c t u r e dat h r e e p h a s ei n d u c t i o nm o t o rw i t hh j i g h e f f i c i e n c y t h er e s u l t sp r o v et h ea n a l y s i sa n ds t u d yi nt h i sp a p e ra r ef e a s i b l e t h es u c c e s so fo u rr e s e a r c hi sn o to n l yb r i n g sc o u n t l e s sc o m m e r c i a lo p p o r t u n i t yf o r h u a d ae l e c t r i cm a c h i n ec o ，l t d ，b u ta l s op l a y sa c t i v er o l ef o rd e v e l o p m e n to fh i g h - e f f i c i e n c y - t h r e e - p h a s e - i n d u c t i o nm o t o r s k e yw o r d s ：m o t o r ；h i g h e f f i c i e n c y ；d e s i g n ；c r a f t n l 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他入已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿叁堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文储虢彩程影苇签字吼叫年尹一月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解：逝姿盘堂有权保留并向国家有关部门或机构 送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝垄盘堂可以 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者弥亏影髟秀 签字日期：多优夕年夕月e t 导师签名： 签字嗍7 年夕月日 致谢 本论文是在导师方攸同教授悉心指导下完成的。方教授严谨的学风、渊博的 知识和坚持不懈的钻研精神将使我终生受益。在此对方教授致以衷心的感谢和深 深的祝福。 做论文的过程，使我掌握了科学研究的方法和规律，体会到了知识更新的重 要性。在今后的工作和生活当中，我将不断地求学进取来丰富和完善自己。生命 不息，读书不止。 感谢衡水学院、浙江大学、华达电机有限公司给我提供了学 - - j 和研究的机会。 其中的每一点进步的取得都离不开导师的教诲、学友和同仁的帮助。师恩难忘， 同学情深，衷心感谢帮助过我的每一个人。 浙江大学硕士学位论文绪论 1 绪论 本课题来源于华达电机有限公司的新产品开发项目，本课题的研究目的是确 定高效率三相异步电动机的关键设计制造方法，为华达电机有限公司创造更大的 效益，为我国的高效率电动机的发展起到良好的推动作用，赶超国际先进水平。 1 1 提高电动机效率的意义 电动机作为最重要的动力设备之一，将电能转换成机械能，驱动着无数的机 械设备。无论在生产领域、公用设施，还是在服务行业、家用设备中，均有众多 的电动机在运转着。由于电动机系统消耗了许多国家工业用电量的2 3 ，在整个国 家的总用电量中也占有相当大的比重，因此出于能源节约和环境保护的考虑，目 前世界上包括我国在内的不少国家对电动机系统的节能均给予了高度重视。 据美国1 9 9 4 年统计，美国在工业系统生产过程中运行的1 马力以上的电动机 共有1 3 5 0 万台，每年需消耗6 7 9 0 亿k w h 的电能，占整个工业系统用电量的7 0 。 表1 - 1 列出了美国1 9 9 4 年工业领域中各部门电动机系统用电量的情况。 表1 - 1 美国主要工业部门电动机用电量分布 电动机系统用电量占制造部分电动机系统 工业部门 ( xl o 啊h 年)总用量的比例( ) 化工及相关产品行业1 3 5 ，5 1 8 2 0 造纸及相关产品行业9 9 ，3 5 0 1 5 食品及相关产品行业4 7 ，3 7 4 7 冶金行业 4 6 ，0 9 3 7 石油及煤炭制品行业4 2 ，6 5 8 6 采矿业3 9 ，9 3 2 6 给水行业2 6 ，8 8 5 4 石油及天然气开采 2 6 ，8 3 6 4 橡胶塑料行业2 5 ，9 1 4 4 纺织行业2 0 ，8 9 0 3 合计5 1 1 ，4 5 0 7 5 全部工业总计6 7 9 ，1 0 5 浙江大学硕士学位论文 绪论 由该表数据可见，前1 0 个产业部门电动机系统的用电量占到工业领域电动机 总用量的7 5 ，因此这些产业部门的电动机系统节能工作具有很大的潜力。美国能 源部对这些工业部门电动机系统的节能潜力进行了评估，得出结论认为，通过以 节约能源为主要目的的电动机挑战计划，每年可节约电能8 5 0 亿k w h ，占工业领域 电动机系统总用电量的1 4 8 ，另由于该措施相对较为单纯，主要依靠电机使用者 购置和应用高效率电机或超高效率电机来替代原有一般效率电动机即可实施，因 此美国能源部对于电动机本身的效率升级给予了高度的重视。表卜2 列出了各部 门节能潜力的评估值，从表中数据可见，节能潜力数值较大的是化工、造纸、石 油制品和冶金等4 个行业。 表1 - 2美国主要工业部门电动机系统的节能潜力 占该部门电动机 工业部门节能潜力( x1 0 9 w h 年) 总用电量的比例 化工及相关产品行业 2 3 ，1 8 8 1 6 1 造纸及相关产品行业1 3 ，7 4 2 1 4 o 石油和煤炭制品行业1 0 ，5 9 9 2 0 4 冶金行业1 0 ，4 4 1 1 1 9 橡胶塑料行业5 ，4 2 4 1 4 8 食品及相关产品行业4 ，6 7 4 1 2 4 运输设备行业4 ，4 1 5 1 4 9 电子和电气设备行业3 ，0 5 3 2 3 1 纺织行业2 ，5 0 6 1 5 0 工业制造业总计8 5 ，1 5 7 1 4 8 欧盟统计表明，欧盟范围0 7 5k w 以上笼型异步电动机每年销售约7 0 0 万台， o 7 5 k w 以上电动机的装机容量约为5 1 0 0 万台。1 9 9 2 年时欧盟总用电量为1 7 0 0 0 亿k w h ，该年异步电动机在工业和第三产业中的用电量为6 4 7 0 亿k w h ( 占总用电 量的3 8 ) ，其中异步电动机在工业部门的用电量为7 6 ，在第三产业中的用电量 为2 4 。统计表明，异步电动机用电量占电动机总用电量的9 0 ，工业中电动机的 用电量占工业总用电量的6 9 ，第三产业中电动机的用电量占第三产业总用电量的 3 6 。因此欧盟重点对这两部门电动机的节能潜力进行了评估。表卜3 列出了欧盟 浙江大学硕士学位论文绪论 到2 0 1 0 年时节能潜力的预测，其中用电量是按欧盟国家工业领域1 5 的年增长 率，第三产业2 2 的年增长率来计算，由此可得2 0 1 0 年时电动机的电能消耗为 8 7 2 0 亿k w h 。从表3 数据可见，对于不同功率范围，用现在市场可以获得的高效 率电机替换目前的普通电动机，到2 0 1 0 年每年节约电能2 8 0 亿k w h ，相当于异步 电动机总用电量的3 。 表1 - 3 欧盟异步电动机的节能潜力 标准电 目前市场可2 0 1 0 年第三 2 0 1 0 年工业 2 0 1 0 工业电 功率范围获得最好的产业电动机 和第三产业节能潜力 动机效动机用电量 ( k w )高效率电机用电量总用电量( 亿k w h ) 率( )( 亿k w h ) 效率( )( 亿k w h )( 亿k w h ) o 7 5 7 58 08 61 4 8 01 0 9 0 2 5 7 0 1 7 0 ( 7 ) 7 5 3 79 09 31 3 6 07 5 02 1 1 05 6 ( 3 ) 3 7 7 59 39 51 0 3 02 5 01 2 8 02 0 ( 2 ) 7 59 59 62 5 8 01 8 02 7 6 0 3 0 ( 1 ) 合计 6 4 5 02 2 7 08 7 2 0 f 7 6 ( 3 ) 目前的电力生产，大多数国家仍以火力发电为主，因此其生产过程中排出的 二氧化碳等气体构成地球温室气体的主要部分，对气候环境带来很大影响。英国 测算其1 9 9 5 年电动机总用量为1 3 0 0 亿k w h ，为产生这些电能排放到空气中的 二氧化碳为2 4 0 0 万吨，相当于英国该年所有能源排放二氧化碳总量的1 7 。根据 1 9 9 7 年京都议定书，各国均要减少温室气体的排放，欧盟在2 0 0 8 2 0 1 2 年要比 1 9 9 0 年的排放水平降低8 ，其中英国要减少1 2 5 。中国作为最大的发展中国家， 也正积极采取措施控制和减少二氧化碳的排放。据澳大利亚测算，2 0 0 6 年高效电 机标准实施后，电动机的损耗比2 0 0 1 年强制性标准下降1 0 2 0 。图卜1 给出了 由于推广应用高效电机后，电能和c 0 2 排放量分别减少的计算曲线，总计共可节电 8 9 亿k w h ，减少c 0 2 约7 7 0 万吨，到2 0 1 2 年达到峰值时，节约电能和减少逸出 气体可达到电动机总用电量的0 7 ，到2 0 1 2 年后继续执行此标准，节电可达1 5 的总用电量。由于电动机能效水平的提高所带来的电能节约可大大减少温室气体 的排放，因此电机节能工作对气候环境的保护以及自然资源的保护将发挥重要的 作用。 浙江大学硕士学位论文绪论 盂 雾 o p m f d 尊o f 堋露r g ys w v i 封g , 毳瓤叠器脚藤魏驴弘粤霉f 蟹毋辑# l 侈嚣粒 图卜l 能源节约和温室气体减少的趋势图 电动机的能效水平除与能源节约和环境保护有关外，尚与使用者的经济有关。 因为当电动机的效率有一定幅度提高后，电动机运行所需支付的电费即可明显下 降。对于高效电动机节电费用可由下式计算： 年节电费：p c f 上一一11 l7 7 17 7 2 t = ( v 2 - v , ) 年节电费 式中p 一电动机的输出功率 一年运行小时 c 一电价，元小时 玩，r ：一分别为普通电动机和高效电动机的效率 丁一高效电动机高出部分投资的回收期 k ，一分别为普通电动机和高效电动机的价格 现以1 l k w ，4 极电机为例，系列电机效率为8 8 ，价格为2 0 0 0 元，今设年运 行时间为4 0 0 0 小时，负荷为7 5 ，电费为o 5 元k w h ，贴现率为6 时，运行1 0 年所需支付电费为1 3 8 0 0 元。如以高效率y x 电机替代，其效率为9 1 ，价格为2 4 0 0 元，则运行1 0 年所需要支付电费为1 3 3 5 0 0 元，较采用原效率电机时电费下降了 4 5 0 0 元，大大超过初始购置时增加的4 0 0 元，此费用在运行不到一年即收回。从 以上数据可知，电机购置费用不到总运行费用的2 ( 见表1 - 4 ) ，因此通过采用 较高效率的电机对于电机用户将具有明显的经济效益。 4 浙江大学硕士学位论文 绪论 表1 - 4y 和y x 系列l l k w ，4 极电机费用对比 电机系列电机价格1 0 年运行电费 生命周期总费用 y 2 0 0 01 3 8 0 0 01 4 0 0 0 0 7 7 = 0 8 8 y x 2 4 0 01 3 3 5 0 01 3 5 9 0 0 刁= 0 9 1 差价 + 4 0 04 5 0 04 1 0 0 众所周知，电动机的种类众多，功能不一，其主要形式异步电机，同步电机 和直流电机n - 4 ，各自在不同的设备或传动系统中起着特定的作用。鉴于不同的特 性，各种电动机在转变电能为机械能的过程中，所分担的电能份额相差甚大。美 国1 9 9 8 年统计全国共有电动机近1 0 亿台，表1 - 5 列出了不同功率范围电动机的 数量和用电情况。 表1 - 5美国1 9 8 8 年电动机的数量和用电量 功率范围电动机台数用电量 ( h p ) 1 0 6 1 0 9 k w h 盔 1 6 l 9 0 09 0 1 72 2 41 4 2 8 l 5 7 57 5 1 6 0 1 0 2 0 5 1 2 01 51 59 3 5 9 2 2 1 5 050 51 6 0l o 2 0 5 l 1 2 530 33 4 52 1 9 9 1 2 5o 20 0 25 8 73 7 4 1 合计 9 9 8 21 0 01 5 6 91 0 0 从该表数据可见，分马力小功率电机数量最多，达总数的9 0 ，而l 马力 ( 0 7 5 k w ) 以上数量仅占1 0 ，但从该表中的用电量可见，小功率电机数量虽大， 用电量仅占总用电量的1 4 。这主要是这些电机的功率小，并有相当一部分不是长 期运行，因此该部分数量虽多，但用电比例不大。同时从该表可见，整马力( o 7 5 k w 以上) 电机数量虽少，但用电量却占电动机总用电量的8 6 ，因此目前不少国家均 把电动机节能的重点放在0 7 5 k w 以上的电动机上。 浙江大学硕士学位论文绪论 对于不同种类电动机的用电情况，美国有关统计分析认为直流电动机用电量 约占电动机总用电量的3 ，同步电动机用电量约占总用电量的l ，而异步电动机 ( 即感应电动机) 的用电量则占电动机总用电量的9 6 。由于工业系统中三相异步 电动机的用电量在异步电动机中占有极大的比重，因此各国目前关于电动机自身 的效率升级工作重点置于三相异步电动机瞪9 】。 1 2 电动机的节能政策 根据前文所述，电机节能对于能源节约和环境保护具有重要作用，同时在经 济上对于使用者也颇为有利，对于高效率电动机，或称节能电动机的推广似可通 过市场的方式自行进行。美国能源部在上世纪7 0 年代第一次能源危机后，已认识 到电机节能的重要性，在以何种方式推行高效率电机上，当时经研究后决定采用 市场方式推行。但经过十余年，到1 9 8 8 年时，发现高效率电机的推广甚缓市场占 有率不到2 0 ，大大低于原有目标。究其原因主要由于电动机的购置者绝大部份并 不是最终用户，而是各种设备制造商。他们购置电动机作为其设备的动力，所关 心的除出力及寿命外，主要是价格。电动机的9 5 是由水泵、风机等设备制造商以 及电机分销商所购置，因此在满足电机基本性能的前提下，价格成了最重要的因 素。为了改变这种情况，美国于9 0 年代初决定采取行政干预。美国国会于1 9 9 2 年通过了“能源政策法令”，即所谓e p a c t 。其中对电动机的最低效率作出了规定， 并规定在6 0 个月后正式生效，也即在1 9 9 7 年以后在美国不能再生产和进口低于 该法令( e p a c t ) 所规定效率指标的电机。e p a c t 效率指标为当时美国主要电机制 造商所生产高效率电机效率指标的平均值。目前美国电机制造商已按此法令生产 电机，即已完成了一般效率电机的生产转换到高效率电机生产的过渡。为了进一 步推动电机节能，美国能源部，环保局以及美能源效率联盟( c e e ) 等正在积极鼓 励超高效率电机( p r e 】i u m e f f i c i e n c ym o t o r s ) 生产和应用。超高效率电机比一 般高效率电机效率再要提高2 左右。加拿大也在1 9 9 2 年制订了能源效率法令 ( e e a c t ) ，并规定在1 9 9 5 年开始正式生效，其电动机效率指标和美国e p a c t 指 标相同。由于法律规定为强制性执行的指标，因此节能电动机得到了迅速推广， 加拿大渥太华电动机市场1 9 8 8 年时，高效率电动机份额不到4 ，到1 9 9 3 年时其 份额已超过了6 0 。 欧盟在上世纪9 0 年代中期开始对电动机节能进行调研和政策制订工作，于 1 9 9 9 年在欧盟委员会交通能源局( e u d g t e ) 的指导下，欧洲电机和电力电子制造 6 浙江大学硕士学位论文绪论 商协会( c e m e p ) 决定到2 0 0 3 年再削减5 0 较低效率水平电动机的生产，并在2 0 0 6 年后不再生产。c e m e p 并根据欧盟指示决定对电机效率水平进行分级，以使用户便 于选用该协会包括了s i e m e n s 、a b b 、b r o o k 等欧洲主要电机制造商、其成员单位 的产品占有了欧盟范围8 0 的市场份额。 我国于上世纪8 0 年代中期在政府的指导和支持下，电机行业也研制成功了y x 高效率电动机，其效率水平与当时美国高效率电机水平相当，但由于前述同样原 因未能得到较大的推广应用。鉴于能源和环境问题的日益突出，我国于1 9 9 8 年颁 布了“节能法”，并从上世纪9 0 年代后期开始，对若干重要用能产品规定了最低 能效限值，作为强制性标准执行，并为鼓励节能产品的的生产和应用，实施了节 能产品认证制度，电动机作为重要的用电产品也于本世纪初列入上述节能认证计 划，并于2 0 0 2 年2 月经国家质检总局批准正式颁布了“中小型三相异步电动机能 效限定值和节能评价值”标准。该标准对电动机效率规定了两个指标，一为最低 限值，是强制性指标；另一为节能评价值，为推荐性指标。前者为目前所生产的 电机平均效率水平，后者比前者提高2 3 ，为节能电机的效率水平。其目的是 通过效率最低限值的实施，淘汰掉目前冲击市场正常秩序的劣质耗能产品，同时 通过节能认证等多种措施来鼓励和促进高效率电动机的生产和应用，从而逐步实 现市场从一般效率电机到高效率电机的转变。 1 3 电动机的节能标准 目前，国际上电动机效率制订有标准的国家有美国、加拿大、墨西哥、巴西、 澳大利亚和新西兰。我国如前所述已于2 0 0 2 年初颁布了电动机的能效标准，并于 2 0 0 2 年的8 月1 日起正式实施。关于欧盟范围欧洲电机和电力电子制造商协会 ( c e m e p ) 的协议指标，虽未作为欧洲指令，但因已列入欧盟环保和节能计划，因 此该协议指标可视作为欧盟和各国统一遵守标准。 美国电动机的e p a c t 效率指标是根据美国电机制造商协会( n e m a ) 9 0 年所制 订的标准n e m a l 2 1 0 ( 即n e m a l 2 - 6 c ) 所规定。加拿大电动机标准( c s a 一3 9 0 ) 如 前所述，与美国e p a c t 效率指标相同，而墨西哥、巴西电动机标准的效率指标则 采用美国n e m a 于1 9 8 9 年所制订的原高效电机标准n e m a l 2 9 ( 即n e m a l 2 6 b ) ， 其效率较美国e p a c t 指标低0 6 1 5 个百分点。上述四国关于电动机效率的测试 方法均采用美国e p a c t 所规定的试验方法，即美国电气与电子工程师协会标准 i e e e l l 2 - b 方法。中国、澳大利亚和新西兰的效率指标基本上与欧盟c e m e p 指标相 浙江大学硕士学位论文绪论 同，试验方法也均采用国际电工委员会标准i e c 3 4 2 方法。由此可见，目前国际 上电动机能效标准，美国和欧盟的标准各具一定代表性，现对这两方面标准的进 展作进一步介绍。美国n e m a 在制订了效率标准n e m a l 2 - 1 0 以后，考虑到对更高效 率水平的需求，又制订了n e m ae 设计标准，即n e m a l 2 - 1 1 标准，其效率指标较 n e m a l 2 - 1 0 提高了1 4 个百分点，但其起动性能则有所降低。近年来，由于美国 电力供应又趋紧张，由美国各洲电力公司为主组成的能源效率联盟( c e e ) 与美国 n e m a 联合制订了起动性能与e p a c t 要求一致的超高效率电机( p r e m i u m e f f i c i e n c y ) 指标，其效率水平接近n e m ae 设计，较n p a c t 指标提高了1 3 个 百分点，损耗又较e p a c t 下降了2 0 。表1 - 6 、表1 - 7 和表1 - 8 分别列出了美国e p a c t 效率指标、n e m a - e 设计效率指标和n e m ap r e m i u m ( 超高效率电动机) 的效率指标。 这些指标适用于封闭扇冷型的电动机，表中n o m e f f 为效率额定值，m i n e f f 为效 率最低值。表1 - 9 所示为美国高效率电机与过去普通标准电机效率水平的变化， 图1 - 2 所示为美国近2 0 年来高效率电机效率水平变化。 欧盟c e m e p 标准对每一规格电机规定了高低两档效率指标，产品效率值低于 低指标的称为e f f 3 电机，介于低指标与高指标之间称为e f f 2 电机，高于高指标 的称为e f f l 电机。图1 - 3 为该标准4 极电机的效率曲线。从图1 - 3 可见，低档曲 线相当于目前欧盟地区实际生产电机的平均效率值，而高档曲线是目前实际电机 效率分布的上限。高档较低档效率提高了1 - 5 个百分点，相应的损耗下降2 0 - 3 0 。 表卜1 0 和表1 - 1 1 列出了c e m e p e u 的效率指标。 浙江大学硕士学位论文绪论 表1 - 6 美国n e 帆a 1 2 一l o 高效率电动机效率标准 3 6 0 0r p m1 8 0 0r p m1 2 0 0r p m9 0 0r p m h p n o m e f f n i n e f fn o m e f f m i n e f f n o m e f f m i n e f fn o m e f fm i n e f f 17 5 57 4 08 2 5 8 1 5 8 0 o7 8 57 4 o7 2 0 1 58 2 58 1 58 4 o 8 2 58 5 5 8 4 07 7 o7 5 5 28 4 08 2 58 4 o 8 2 5 8 6 58 5 58 2 58 1 5 38 5 58 4 08 7 58 6 58 7 58 6 58 4 0 8 2 5 58 7 58 6 58 7 58 6 58 7 58 6 58 5 58 4 0 7 58 8 58 7 58 9 58 8 58 9 58 8 58 8 58 4 o 1 08 9 58 8 58 9 58 8 58 9 58 8 58 8 58 7 5 1 59 0 28 9 59 1 o9 0 29 0 28 9 58 8 58 7 5 2 09 0 28 9 59 1 o9 0 29 0 28 9 58 9 58 8 5 2 59 1 o9 0 29 2 49 1 79 1 79 1 08 9 58 8 5 3 09 1 o9 0 29 2 49 1 - 79 1 79 1 0 9 1 o9 0 2 4 09 1 79 1 09 3 o9 2 49 3 o 9 2 49 1 0 9 0 2 5 09 2 49 1 79 3 o9 2 49 3 o9 2 4 9 1 79 1 o 6 09 3 o9 2 49 3 69 3 09 3 69 3 o 9 1 7 9 1 o 7 59 3 o9 2 49 4 19 3 69 3 69 3 o9 3 09 2 4 1 0 09 3 69 3 o9 4 59 4 19 4 19 3 69 3 09 2 4 1 2 59 4 59 4 19 4 59 4 19 4 19 3 69 3 69 3 o 1 5 09 4 59 4 1 9 5 o9 4 5 9 5 0 9 4 59 3 6 9 3 0 2 0 09 5 o9 4 59 5 o9 4 59 5 o9 4 59 4 19 3 6 9 浙江大学硕士学位论文绪论 表1 - 7 美国n e m a - e 设计1 2 11 高效率电动机效率标准 3 6 0 0r p m 1 8 0 0r p m 1 2 0 0r p m 9 0 0r p m h p n o me f f m i ne f f n o me f f m i ne f fn o me f f n i ne f fn o me f f m i ne f f l 0 7 58 2 58 0 o l8 6 58 4 08 4 o8 1 57 8 57 5 5 1 58 6 58 4 o8 7 58 5 58 6 58 4 o8 2 58 0 o 28 7 58 5 5 8 7 58 5 58 8 58 6 58 6 58 4 0 38 8 58 6 58 8 58 6 58 9 58 7 58 8 59 6 5 59 0 28 8 58 9 58 7 5 9 0 2 8 8 58 9 58 7 5 7 59 1 o8 9 59 0 28 8 59 1 79 0 28 9 58 7 5 1 09 1 08 9 59 1 - o8 9 59 2 49 1 o9 1 08 9 5 1 59 1 79 0 29 2 49 1 0 9 2 49 1 09 1 o8 9 5 2 09 2 49 1 o9 3 09 1 79 2 49 1 o9 1 79 0 2 2 59 3 09 1 79 3 69 2 49 3 69 2 49 1 79 0 2 3 09 3 69 2 49 4 19 3 09 3 69 2 49 2 49 1 o 4 09 4 19 3 o9 4 59 3 69 4 19 3 09 2 49 1 o 5 0 9 4 5 9 3 69 5 0 9 4 19 4 19 3 09 3 09 1 7 6 09 4 59 3 69 5 09 4 19 5 09 4 19 3 09 1 7 7 59 4 59 3 69 5 49 4 59 5 09 4 19 3 69 2 4 1 0 09 5 09 4 19 5 49 4 59 5 49 4 59 3 69 2 4 1 2 59 5 49 4 59 5 89 5 09 5 49 4 59 4 59 3 6 1 5 09 5 89 5 o9 5 89 5 0 9 5 9 5 0 9 4 5 9 3 6 2 0 0 9 6 2 9 5 49 6 29 5 49 6 29 5 49 5 o9 4 1 2 5 09 6 29 5 49 6 29 5 49 6 29 5 49 5 49 4 5 3 0 09 6 29 5 49 6 29 5 49 6 29 5 4 3 5 09 6 59 5 89 6 5 9 5 89 6 59 5 8 4 0 09 6 59 5 89 6 59 5 8 4 5 09 6 59 5 89 6 89 6 2 5 0 09 6 89 6 29 6 89 6 2 1 0 浙江大学硕士学位论文绪论 表i - 8 美国n e m a1 2 1 2 ( n e m ap r e m i u m ) 超高效率电动机标准 e n c l o s e dm o t o r s 封闭型电动机 2p o l e4p o l e6p o l e h p n o m i n a lm i n i m u mn o m i n a lm i n i m u mn o m i n a lm i n i m u m 17 7 07 4 o8 5 58 2 。58 2 58 0 o 1 58 4 08 1 58 6 58 4 08 7 58 5 5 28 5 58 2 58 6 58 4 0 8 8 58 6 5 38 6 58 4 08 9 58 7 58 9 58 7 5 58 8 58 6 58 9 58 7 58 9 58 7 5 7 58 9 58 7 59 1 79 0 29 1 08 9 5 1 09 0 28 8 59 1 79 0 29 1 08 9 5 1 59 1 o8 9 59 2 49 1 09 1 79 0 2 2 09 1 o8 9 59 3 09 1 79 1 79 0 2 2 59 1 79 0 29 3 69 2 49 3 09 1 7 3 0 9 1 79 0 2 9 3 6 9 2 49 3 09 1 7 4 09 2 49 1 o9 4 19 3 09 4 19 3 0 5 09 3 o9 1 79 4 59 3 69 4 19 3 o 6 09 3 69 2 49 5 09 4 19 4 59 3 6 7 59 3 69 2 49 5 49 4 59 4 59 3 6 1 0 09 4 19 3 09 5 49 4 59 5 09 4 1 1 2 59 5 o9 4 19 5 49 4 59 5 09 4 1 1 5 09 5 09 4 19 5 89 5 09 5 89 5 o 2 0 09 5 49 4 59 6 29 5 49 5 89 5 0 2 5 09 5 89 5 o9 6 29 5 49 5 89 5 o 3 0 09 5 89 5 o9 6 29 5 49 5 89 5 0 3 5 09 5 89 5 o9 6 29 5 49 5 89 5 o 4 0 09 5 89 5 o9 6 29 5 49 5 8 9 5 0 4 5 09 5 89 5 o9 6 29 5 49 5 8 9 5 o 5 0 09 5 89 5 o9 6 29 5 4 9 5 89 5 o 浙江大学硕士学位论文 绪论 表1 - 9e p a c t 效率值和一般工业电动机效率平均值的比较 平均 功率( h p ) 123 5 7 51 02 55 07 51 0 0 2 0 0 值 e p a c t 效率( )8 2 58 4 08 7 58 7 58 9 58 9 59 2 49 3 0 9 4 09 4 59 5 08 9 9 5 一般工业电动 机效率平均值 7 6 88 1 18 1 48 3 98 4 78 6 48 7 79 1 59 2 19 1 99 4 08 7 2 5 ( ) 损耗下降值( )2 4 61 5 43 2 82 2 43 1 42 2 82 7 21 7 7_ 2 4 13 2 1 1 6 7 2 4 3 棼 “ 1 震? 麓 鬏 图1 - 24 极封闭型电机的效率水平变化 额定功率j k ：w 图1 - 3e u c e m e p 协议4 极电机效率曲线 1 2 浙江大学硕士学位论文绪论 表1 - 1 0 欧盟c e m e p2 极电机效率分级表 e f f 3e f f 2 e f f l k w t 1( ) t 1( ) n( ) 1 1 7 6 27 6 28 2 8 1 - 5 7 8 57 8 58 4 1 2 2 8 1 08 1 o8 5 6 3 8 2 68 2 68 6 7 4 8 4 28 4 28 7 6 5 5 8 5 7 8 5 78 8 6 7 5 8 7 0 8 7 o8 9 5 l l 8 8 48 8 49 0 5 1 5 8 9 48 9 49 1 3 1 8 5 9 0 09 0 09 1 8 2 2 9 0 59 0 59 2 2 3 0 9 1 49 1 49 2 9 3 7 9 2 09 2 o 9 3 3 4 5 9 2 59 2 5 9 3 7 5 5 9 3 09 3 09 4 0 7 5 9 3 69 3 69 4 6 9 0 9 3 99 3 99 5 o 表1 - 1 1 欧盟c e m e p4 极电机效率分级表 e f f 3 e f f 2e f f l k w 1 1 ( )1 1 ( )1 1 ( ) 1 1 7 6 27 6 2 8 3 8 1 5 7 8 57 8 5 8 5 o 2 2 8 1 o8 1 08 6 4 3 8 2 68 2 68 7 4 4 8 4 28 4 28 8 3 1 3 浙江大学硕士学位论文 绪论 表1 - 1 1 欧盟c e m e p4 极电机效率分级表( 续) e f f 3e f f 2e f f l k w 1 1 ( ) n( )n( ) 5 5 8 5 78 5 78 9 2 7 5 8 7 08 7 09 0 1 1 1 8 8 48 8 49 1 o 1 5 8 9 48 9 49 1 8 1 8 5 9 0 09 0 o9 2 2 2 2 9 0 59 0 59 2 6 3 0 9 1 49 1 49 3 2 3 7 9 2 09 2 09 3 6 4 5 9 2 59 2 5 9 3 9 5 5 9 3 09 3 09 4 2 7 5 9 3 69 3 69 4 7 9 0 9 3 99 3 99 5 0 澳大利亚的电动机强制性标准于2 0 0 1 年1 0 月批准生效，标准号为 a s n z s l 3 5 9 5 。新西兰也执行此标准。该标准功率范围为0 7 3 1 8 5 k w ，具有2 、 4 、6 、8 极。需要在澳洲和新西兰生产和进口的电机均需达到或超过此标准所规定 的最低效率指标。该标准可用两种试验方法进行试验，因此规定了两套指标，一 套为方法a 的指标( a s n z s1 3 5 9 1 0 2 3 ) ，对应于美国i e e e l l 2 - b 方法；另一套为 b 方法的指标( a s n z s1 3 5 9 1 0 2 1 ) ，对应于i e c 3 4 - 2 ，其指标数值与欧盟e u c e m e p 的e f f 2 基本相同。该标准除规定了强制性的最低标准外，还规定了高效率电机指 标，为推荐性标准，并鼓励用户采用。其数值与欧盟e u - c e m e p 的e f f l 及美国的 e p a c t 相近。 综上所述，电动机系统具有巨大的节能潜力，电动机能效标准已引起不少国 家的重视，现已制订电动机能效标准的国家和地区有美国、欧盟、加拿大、墨西 哥、巴西、澳大利亚、新西兰和波兰等，但从大的方面来说，基本上就是美国版 本和欧洲版本两种模式【1 3 1 。标准的执行方式除欧盟为自愿协议执行外，其他均 为强制执行，如表1 - 1 2 所示。目前正在制订电动机效标准的还有印度、泰国和马 1 4 浙江大学硕士学位论文绪论 来西亚等。在现行电动机能效标准中较有代表的是美国e p a c t 标准，欧盟e u c e m e p 协议标准和澳大利亚a s n z s1 3 5 9 5 2 0 0 0 标准。美国e p a c t 标准为北美、 加拿大和墨西哥所采用；欧盟e u c e m e p 协议为欧盟2 5 国所执行，并对欧洲其他 国家和非美州地区发生较大影响；澳大利亚标准则在吸取e p a c t 标准和e u c e m e p 协议经验的基础上，结合本国的国情，有其特点。兹将这三个标准的特点列于表 1 - 1 3 中，以作比较。 表1 - 1 2 电动机能效标准的执行方式 国家( 地区)美国欧盟加拿大墨西哥巴西新西兰波兰澳大利亚 强制执行 、 自愿执行 表卜1 3 美国e p a c t 、欧盟e u c e m e p 和澳大利亚a s n z s l 3 5 9 5 2 0 0 0 标准执行 方式和实施范围等特点的比较( 术注：低档为强制执行标准，高档为自愿执行标准。) 澳大利亚 电动机能效标准 美国e p a c t 欧盟e u - - c e m e p a s n z s l 3 5 9 5 2 0 0 0 执行方式通过立法，强制实施行业协议，自愿实施 通过立法，强制实施 频率( h z ) 6 05 05 0 机械尺寸英制公制 公制 功率范围1 2 0 0 h p 1 1 9 0 k w0 7 3 一 3 1 m m 段，杂散损耗低值平稳区。 曲线的第二和第三段可以合并并定义为“杂散损耗不稳定区”，曲线b - - 厂( 艿) 所揭示的三相异步电动机杂散损耗随气隙增大而减小的特征说明：三相异步电动 机气隙长度应选择在“杂散损耗的低值平衡区”，选错区域会导致杂散损耗的异 常偏大。 值得注意的是：目前使用中( 按通用规范制造) 的大部分三相异步电动机气 隙长度均偏小，这些电机应该适当的增加气隙长度( 车削转子外圆减小转子直径) 可以提高运行效率、降低绕组温升、减低噪音、减小振动的一系列效果。 ( 4 ) 大气隙模式三相异步电动机运行性能的综合分析 1 ) 空载电流较原值增大5 0 一7 0 ( 个别规格增加量超过1 0 0 ) 。气隙放大后 各个极