張永勝

樂金電子（天津）電器有限公司 天津 300400

隨著人民生活水平日益提高，空調(diào)作為提高生活舒適度的“調(diào)節(jié)利器”，已經(jīng)成為家庭必備的電器之一。但同時空調(diào)已經(jīng)成為耗電大戶。隨著環(huán)境、氣候問題的日益突出，節(jié)能降耗已成為共識，空調(diào)能效提升也是趨勢使然，2020年，新的空調(diào)能效標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，被稱為“史上最嚴(yán)”能效標(biāo)準(zhǔn)，能效提高14%，定頻和變頻標(biāo)準(zhǔn)合二為一[1]。為了適應(yīng)提效的要求，空調(diào)必然朝高效化和變頻化的方向發(fā)展。電機(jī)作為空調(diào)最主要的耗能部件，效率提升，則最最為關(guān)鍵。可以預(yù)見，隨著新標(biāo)準(zhǔn)的實施，永磁同步電機(jī)的應(yīng)用比重將會快速上升。提高永磁同步電機(jī)的效率，成為行業(yè)內(nèi)的重大課題。本文從空調(diào)壓縮機(jī)永磁同步電機(jī)的應(yīng)用特點出發(fā)，分析了電機(jī)的損耗及影響因素，進(jìn)而提出改善電機(jī)效率的方法。

1 空調(diào)壓縮機(jī)永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點

空調(diào)壓縮機(jī)永磁同步電機(jī)本體主要由定子，轉(zhuǎn)子組成，定子主要為三相Y型繞組，分為分布式繞組和集中式繞組，集中式繞組因銅損低，近年來成為主流，轉(zhuǎn)子依磁鐵種類可分為鐵氧體和釹鐵硼，釹鐵硼性性價比更高，應(yīng)用更廣泛。

永磁同步電機(jī)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境及技術(shù)要求，呈如下特點及發(fā)展趨勢：

高可靠性、長壽命；

高效率；

低振動噪音；

高功率密度。

2 永磁電機(jī)損耗分析

電機(jī)的效率計算的公式

式中PN 為輸出功率，∑P為總損耗，PCu為銅損，PFe為鐵損，Pad雜散損耗，Pm為機(jī)械損耗；

損耗當(dāng)中，銅損、鐵損是主要部分，占總損耗80%以上，雜散損耗和機(jī)械損耗占比較小，下面對各損耗影響因素進(jìn)行分析。

2.1 銅損

銅損的計算公式 PCu=3I2R

式中I為繞組電流，R為相電阻。

減小銅損的方法就是要減小電流和電阻，常用的方法有1）增加氣隙磁通密度；2）增加導(dǎo)體面積，減小端部導(dǎo)體長度；3）提高槽滿率[2]。

2.2 鐵損

鐵損的計算公式為 PFe=Ph+Pe+Pex=KhfBα+Kef2B2+Kex（fB）3/2

式中，Ph為磁滯損耗，Khα為磁滯損耗系數(shù)，與硅鋼材料質(zhì)量相關(guān)；

Pe為渦流損耗，Ke為渦流損耗系數(shù)，與硅鋼厚度、電阻率等相關(guān)；

Pex為雜散損耗，Kex為雜散損耗系數(shù)；

B，f，為磁密和交變頻率；

鐵損主要與鐵芯的磁密和硅鋼的質(zhì)量相關(guān)，常用的減小方法有：①合理設(shè)計鐵芯的磁密；②選用性能較好厚度小的硅鋼材料。

2.3 機(jī)械損耗和雜散損耗

機(jī)械損耗主要是轉(zhuǎn)軸與軸承之間的摩擦損耗產(chǎn)生，與安裝結(jié)構(gòu)相關(guān)。

雜散損耗與電機(jī)定子電流、轉(zhuǎn)子漏磁及諧波磁場相關(guān)，目前無準(zhǔn)確就算方法，一般認(rèn)為，通過合理的設(shè)計減小氣隙磁密的諧波，就可以有效減小雜散損耗[3]。

3 電機(jī)效率的改善

如上所述，電機(jī)效率改善就是要降低損耗，特別是降低電機(jī)主要的損耗——銅損和鐵損，本文針對1.5HP壓縮機(jī)電機(jī)進(jìn)行效率改善（電機(jī)的模型見圖1，參數(shù)如表1）。

槽/極數(shù) 9/6定子外徑 90mm轉(zhuǎn)子外徑 48.82mm氣隙長度 0.6mm額定轉(zhuǎn)矩 2.0Nm

圖1 電機(jī)模型表1電機(jī)主要參數(shù)

3.1 使用高牌號硅鋼降低鐵損

目前永磁電機(jī)主流使用的硅鋼為厚度0.35mm、鐵損2.5W/Kg，磁感1.67T，隨著硅鋼技術(shù)及軋鋼技術(shù)的發(fā)展，硅鋼性能有了很大提高。表2是對兩款磁鋼進(jìn)行比較實驗的結(jié)果，使用高牌號硅鋼，鐵損有很大的下降，因為磁感變化不大，所以銅損基本持平，效率有0.8%的改善，同時成本方面，在疊厚下降5mm的時，效率略有改善，但成本有4%下降，見表2。

3.2 采用高牌號釹鐵硼改善銅損

隨著釹鐵硼重稀土滲透等技術(shù)的應(yīng)用，釹鐵硼的性能有了很大的發(fā)展。表3是對一款最新高性能釹鐵硼54SHT進(jìn)行的電機(jī)比較試驗，剩磁提升，電機(jī)銅損大幅下降，效率提升0.6%，且內(nèi)稟矯頑力提高較多，在保證退磁可靠的前提下，將磁鋼厚度減小，降低成本。

3.3 采用新的鐵芯結(jié)構(gòu)降低端部繞組長度

減小端部繞組是最有效的減小銅損和成本的方法。

將鐵芯齒部設(shè)計成臺階式，如圖2所示，就可以在保持絕緣物強(qiáng)度的同時縮短繞線長度，這樣的結(jié)構(gòu)在級進(jìn)沖壓工藝上不難實現(xiàn)。該結(jié)構(gòu)可使定子銅損和電磁線成本可以下降2%-5%。

圖2 臺階式定子

表2 硅鋼牌號比較實驗結(jié)果（60Hz）

表3 釹鐵硼比較實驗結(jié)果（60Hz）

4 結(jié)語

從空調(diào)行業(yè)能效等級提高要求看，效率提高是必然要求。本文從空調(diào)壓縮機(jī)永磁同步電機(jī)的特點出發(fā)，分析了電機(jī)的損耗以及改善方法，進(jìn)而提出通過應(yīng)用高性能硅鋼和磁鋼進(jìn)行效率提升，也提出了成本平衡改進(jìn)的措施，最后提出一種減小繞組端部長度的方法，銅損及成本均有下降。