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器驅 - 變頻器驅動電機的節能案例分析

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文章來源：網絡更新時間：2013-10-9

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器驅 - 變頻器驅動電機的節能案例分析

導讀：

近年來，以減輕地球升溫效應（削減co2排量）為代表的環境保護，以及應對石油等能源枯竭的各種措施，推動著全球規模的節能化發展，電動機變頻器驅動的節能意向漲。在國內，伴隨著《節能法》的制定及執行力度的強化，取得iso4001認證的工廠企業日益增加，能源使用合理化計劃的推廣等，節能的需求愈益提。另方面，工廠中的用電量約70％為電動機所消耗，因此，電動機的效率化需求也不斷提。尤其是，以風機、水泵用途為中心，將變頻器和電動機組合成可變速控制的變頻器驅動系統正廣泛普及。本文對電動機效率化技術的動向，電動機變頻器驅動導致的節能化以及有關注意點予以闡述。

2 電動機的效率化

電動機是將輸入的電能轉換為旋轉的機械能的設備。電動機的效率化，就是為降低在這一能量轉換過程中所產生的損耗。效率定義如下：

電動機損耗有1次銅損、2次銅損、鐵損、機械損耗、雜散負荷損耗5種，如表1所列。

表1 損耗的定義

損耗

定義

1次銅損

因流入一次導體的電流產生的損耗

2次銅損

因流入二次導體的電流產生的焦耳（熱）損耗

鐵損

因磁場旋轉于鐵芯內產生的磁滯損耗和渦流損耗

機械損耗

因軸承的摩擦和空氣阻抗形成的機械摩擦損耗

雜散負荷損耗

上述損耗以外的損耗

變頻器驅動的電動機可分為永磁電動機（ipm）和感應電動機。ipm意為內置式永磁電動機，也被稱為效率同步電動機。有關電動機的結構，感應電動機和ipm轉子結構的比較，如圖1所示。

ipm是將永磁體裝入轉子內部的結構，內置的永磁體產生磁通，故勿需勵磁電流，降低了1次銅損；其結果，ipm比感應電動機大能提約10％的效率。ipm為低損耗電動機，能減小熱容量，故對比感應電動機，具有小型輕量化的特點。

感應電動機因無永磁體，易于維護且結構堅固，故在工廠企業中廣泛使用著。作為感應電動機效率化的方法，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線的長度，以及藉密度充填繞線技術（提占績率）均可降低銅損。而且，對轉子槽形的重新審核設計，可降低額定運轉時的2次銅損。此外，由于低損耗、磁密鐵芯材料的普及，使用能減少鐵損。對定子和轉子槽的優化組合，對氣隙長度和轉子斜度的優化設計，可降低雜散負載損耗。

效率電動機比較通用電動機，損耗能減小（20~30）％。冷卻風量減小，采用小直徑風扇還能減小通風損耗。

3 變頻器原理

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