提高三相异步电动机运行效能的分析与研究摘要在能源日趋紧张的情况下，如何提高效率，节约能源逐渐成为了社会普遍关注的问题。

电动机用电量在我国工业用电量中占有相当大的比重，它的效率高低对能源消耗具有重要的影响。

本次设计根据通用电机实际情况，就提高电动机效率进行分析，主要包括：电磁优化设计、电机损耗、低谐波定子绕组、转子结构、高性能材料、铁心材料，通过高效风扇、气隙系数、电机温升及噪声、磁性槽楔对电机性能影响的研究与分析，达到电动机提高效能的目的。

关键词：电机损耗，铁心材料，磁性槽楔，效能Analysis and Study on increasing the operation efficiency of three-phase asynchronous motor Abstract:I n the situation of energy crisis, how to improve the efficiency, saving energy has become a social issue of common concern. Motor power consumption in a considerable proportion of electricity consumption occupies the industry of our country, its efficiency has important influence on the energy consumption. This design according to the actual situation of general motor, analysis, to improve the efficiency of the motor including: optimized design, loss of motor, low harmonic windings of the stator, rotor structure, high performance materials, core materials, through effective, fan, air gap coefficient, Wen Sheng noise, motor and magnetic slot wedge impact on motor performance research and analysis of the motor, to achieve the purpose of raising the efficiency of.Keywords:Loss of motor, magnetic materials, magnetic slot wedge, effectiveness前言近十几年来，随着世界经济的不断发展，能源的消耗日益增加，世界能源危机问题越来越突出，巨大的能源消耗引起的环境污染问题也日趋严重。

能源问题是一个关系到各国经济发展的命脉性重大问题，中国是能源生产和消费的大国之一，而且是一个“高投入、高消耗、高污染、低产出、低效益”的粗放型经济发展模式，严重束缚了国家经济持续快速的发展。

纵观国外发达国家，早在上世纪80年代已全面展开电机节能计划，对电机节能技术进行了大量的研究，相继推出了高效、超高效电机标准，并取得巨大的成功。

近年来，不少国家的政府及电机产品的制造和使用单位对电机的能效水平相当重视，纷纷采取措施，淘汰低效电动机和高能耗设备，通过颁布各种能源政策和法令，并制定电动机能效标准和节能标准，来推广高效节能电机的应用及研究，其中美国和欧盟的标准最具代表性。

我国在“十一五”期间开展了各方面的节能研究工作，重点在工业节能方面，工业高能耗比重很高，我国电动机用电量在工业用电量中占有相当大的比重。

若将电动机的平均效率提高，减少电能的损耗，使得发电量大大减少，达到减少能源消耗的目的。

电动机是把电能转换成机械能的一种设备。

它是利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。

三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。

短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。

通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，实现能量变换。

我国于2002年出台第一部有关电动机的能效标准：GB18613—2002《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》，2004年国家发展和改革委员会制定了《节能中长期专项规划》，把高效节能电动机列入第十一个五年计划中的重点节能推广项目，同时于2005年6月对GB18613标准进行修定。

2006年8月发布了GB18613—2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》标准。

我国目前大量使用的Y系列、Y2系列电动机，基本上符合国家标准GB18613-2002中的能效限定值的要求，该电动机的效率等级按照欧盟的标准可达到EFF2级。

但比欧盟的高效指标EFF1低2～3个百分点，比美国的NEMAE低5～6个百分点，差距较大。

据相关数据统计，该类电动机在我国的工业生产中占99%的比重，而在西方工业发达国家所占比重已不足30%。

一、三相异步电动机的简介（一）三相异步电动机结构三相异步电动机按转子结构的不同分为笼型和绕线转子异步电动机两大类。

笼型异步电动机由于结构简单、价格低廉、工作可靠、维护方便，已成为生产上应用得最广泛的一种电动机。

绕线转子异步电动机由于结构较复杂、价格较高，一般只用在要求调速和起动性能好的场合，如桥式起重机上。

异步电动机由两个基本部分组成：定子（固定部分）和转子（旋转部分）。

笼型和绕线转子异步电动机的定子结构基本相同，所不同的只是转子部份。

1．定子三相异步电动机的定子由机座中的定子铁心及定子绕组组成。

机座一般由铸铁制成。

定子铁心是有冲有槽的硅钢片叠成，片与片之间涂有绝缘漆。

三相绕组是用绝缘铜线或铝线绕制成三相对称的绕组按一定的规则连接嵌放在定子槽中。

过去用A、B、C表示三相绕组始端，X、Y、Z表示其相应的末端，这六个接线端引出至接线盒。

按现国家标准，始端标以U1、V1、W1，末端标以U2、V2、W2。

三相定子绕组可以接成星形或三角形，但必须视电源电压和绕组额定电压的情况而定。

一般电源电压为380V（指线电压），如果电动机定子各相绕组的额定电压是220V，则定子绕组必须接成星形，；如果电动机各相绕组的额定电压为380V，则应将定子绕组接成三角形。

2.转子转子部分是由转子铁心和转子绕组组成的。

转子铁心也是由相互绝缘的硅钢片叠成的。

铁心外圆冲有槽，槽内安装转子绕组。

根据转子绕组结构不同可分为两种形式：笼型转子和绕线型转子。

（二）三相异步电动机工作原理三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转，称为旋转磁场，转速的大小由电动机极数和电源频率而定。

转子在磁场中相对定子有相对运动，切割磁杨，形成感应电动势。

转子铜条是短路的，有感应电流产生。

转子铜条有电流，在磁场中受到力的作用。

转子就会旋转起来。

第一：要有旋转磁场，第二：转子转动方向与旋转磁场方向相同，第三：转子转速必须小于同步转速，否则导体不会切割磁场，无感应电流产生，无转矩，电机就要停下来，停下后，速度减慢，由于有转速差，转子又开始转动，所以只要旋转磁场存在，转子总是落后同步转速在转动。

（三）三相异步电动机特性分析三相异步电动机的运转方式：靠旋转磁场来带动电动机转子额定电流为约等于其功率的二倍额定电流为约等于其功率的二倍V/F控制变频器力矩力电机力力转。

电机的接线方式：有星形（Y形）和三角形（△形）两种，Y形接线时，电动机的电流小，但力矩也小，三角形（△形）接线时电动机的电流大，但力矩大。

变速公式： n=60f (1-K)/p，n—电动机转速，60—常数，p—极对数，f —电源频率，k—滑差系数，公式说明：只要改变电源频率“f”或极对数“p”，就可以改变电动机转速。

三相异步电动机有2极、4极、6极、8极……,工业用的三相异步电动机一般极数不会超过8极，极数越多，转速越慢，但力矩就越大，极数越少，转速就越快，但力矩就越小；每种极数所对应的转速如下：a) 2极──2950转/分（理想3000转/分，即同步转速）b) 4极──1450转/分（理想1500转/分，即同步转速）c) 6极──950转/分（理想1000转/分，即同步转速）d) 8极──700转/分（理想750转/分，即同步转速）（四）三相异步电动机的效能情况三相异步交流电动机，从发明使用到今天，由于在工作原理和结构上没有新的突破，致使其自身的效率低下问题没有得到有效克服。

由于原理上存在额定功率与负载不能较好的匹配，负荷客观上是变动的，而电机效率只能在很窄的功率区间保持高效，从实际使用测算，大多数都工作在额定功率的80-60%，功率因数大约在0.8-0.5之间(空载0.25，满载0.9左右)。

为加快高效电动机的推广，国家标准委组织了对GB18613-2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》(以下简称原标准)的修订，由中国标准化研究院等单位完成的新版GB18613-2012《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》(以下简称“新标准”)国家标准已于2012年5月发布，将于2012年9月1日实施。

新标准全面提高了我国电动机的能效指标，使我国电动机能效值达到欧洲水平。

新标准实施后，原标准能效3级的电动机将被禁止生产、进口销售。

二、三相异步电动机效能分析与研究（一）电磁优化设计分析与研究电机设计要讲究各尺寸之间的合理匹配，即根据设计目标要求选择合理的电机尺寸以使电机达最优化设计。

众所周知，要想提高电动机效率，是要付出代价的，其中往往包括需要采用更多更好的原材料。

对于电动机制造行业，在电动机本身的设计工作中，原材料用量和电机产品本身的性能指标始终是需要很好平衡的一对矛盾。

如何在有限的原材料用量，可行又经济的加工条件下，使电动机的各种损耗减小，从而提高其效率指标，或者从另一个角度来说，如何在满足效率等规定的性能指标的前提下，使所设计的电机使用更少的材料，更多的降低其生产成本，一直是电机电磁优化设计的追求目标。

电机的优化设计关键建立更加精确的数学模型和谋求更准确的求解途径。

数学模型包括建立目标函数，确定设计变量和约束条件，求解途径主要是指优化算法的选取。

由于电机的优化设计是一个有约束、多目标、多变量的复杂非线性问题，而且设计变量不可能是理想的连续变量，其目标函数和变量之间的关系相当复杂，目标函数和约束函数无法用设计变量表达出来，这样的函数往往是多峰值的函数，因而基于传统的方法只能得到局部最优解，不能得到全局最优解。