经过Dan Jones, Incremotion Associates总裁
这种新技术有望为感应电动机提供更高的效率和更好的功率因数。
感应电机是行业的主力。他们将所有从工业制造过程中的一切驱动到消费者设备，如垫圈和干衣机等。自从Nikola Tesla自1880年代后期发布汽车专利以来，他们已经存在。
一家公司革命汽车行业（RMI）开发了一种新的方式来提高整体感应电机效率，而无需添加更多铜和磁铁或切换到永磁转子。他们开发了一种新的绕组技术，同时提高电机效率并增加功率因数。
今天的优质效率电机
交流感应电动机主导着恒速和变速市场。根据美国能源部(DOE)的规定，高效三相感应电动机的效率评级一直在提高。(推动提高电机效率的关键因素之一是政府的指令，特别是DOE要求提高电机效率的指令。最近的法规涵盖了许多不同的通用2、4、6和8极感应电动机。在图1中，设计A、B和C的性能曲线代表了1至500马力通用交流感应电机的大部分扭矩-速度性能曲线。
例如，5-HP，4极感应电动机效率在20世纪80年代开始于83％，在20世纪90年代上涨至87.5％，目前为5-HP高效效率的目前的89.5％交流感应电动机。共有1,262.8千瓦时已挽救了一年的时间。如果电力效用率为0.15 /千瓦时，则为5-HP Incuction Motar实现189美元的节省。较大的HP电机的美元储蓄显着增加。
此外，50马力感应电机也显著提高了功率效率。20世纪80年代，用于50马力电机的三相四极感应电机的效率为91.3%，到90年代仍保持在91%，而作为一种高效率电机，能源部目前将其设定为93%。这只增加了2%的效率水平。再一次，在一年内使用6000小时的操作时间，每年节省的电量增加到2500千瓦时，每年节省约400美元。虽然电机效率的提高似乎很小，但能源成本的节省会随着时间的推移而累积。在欧洲，等效电机效率水平被指定为IE3。美国、欧洲、巴西和亚洲的许多电机制造商已经开发出了更高水平的电机产品，即超级高级或IE4电机效率水平。
解决功率因数而不降低效率
功率因数是一个更复杂的参数。它分为两个组件：真正的功率和明显或无功功率（图2）。完美的功率因数是一个或单位。不幸的是，几乎所有电动机都有绕组电感，包括感应电动机。每种电力用户都支付埋在其电力公用事业账单中的功率因数。感应电动机具有较低的电源因子，通常在100％额定负载条件下高于0.94。功率因数在标准感应电机中潜入到较低功率因数值，因为电动机负载降低至25％和50％的负载条件。
改进的RMI感应电动机在所有负载条件下保持更高的功率因数。电流感应电机需要昂贵的变速驱动器（VSD）以提高较轻的负载性能。RMI升级电机可以直接从电网电源操作。
RMI改装电动机
RMI专注于异步电机的三相定子绕组。它涵盖了从1到500马力的积分马力感应电动机。它采用双绕组的概念，电容器串联放置在辅助绕组中，提供高功率因数值。历史上，其他双绕组方法总是最大化的感应电机的功率因数，但以电机的效率水平为代价。
RMI专利在功率因数和电机效率方面提供了一些重大改进。RMI的工程师使用瞬态有限元分析工具来确定电机的许多属性。独特的绕组分布和电容器值的谨慎大小是成功的RMI设计和实现的关键因素。
测试RMI电机
虽然现代FEA工具非常准确，但必须测试RMI设计以证明并验证所需的性能。RMI Engineering通过从授权电机分销商购买标准感应电机来证明其仿真性能。Over about 24 months, the 50- and 300-hp motors were obtained from a major motor supplier and were tested by an independent company, Advanced Energy (AE) Test Labs, located in Raleigh, N.C. They were on the AE Labs list (certified test labs) used by the DOE to establish the current motor efficiency standards. Motor performance characteristics were measured and recorded. The various motors were returned to RMI who replaced the original windings with a motor stator without a winding. Then they reinserted the new RMI dual winding stator with a capacitor per phase in the RMI auxiliary winding.
DOE强制性测试程序需要在额定扭矩和速度的25,50,75,100,115,125和150％的完整性能数据点。这些测试点由IEEE 112-2004标准用于感应电动机。将改性的RMI电机测试结果与原始电机测试结果进行比较。与原始标准电机功率因数相比，功率因数测量显示出重大改进。只改变了定子绕组。RMI使用了所有其他电机部件，只需改变定子绕组。
通过AE测试实验室在各种负载条件下测试300-HP感应电动机。在100％负载下，RMI优于原来的300-HP比95.8％的电机效率为95.8％（图3）。100％负载条件下的功率因数（0.98与0.86）有更大的差异，具有RMI更新的定子绕组具有较高的值。在25％负载时，RMI绕组更新与标准300-HP值的0.72功率因数相比，RMI绕组更新具有0.99功率因数。
2-HP感应电机在布法罗的Magtrol测试，再次在主要的电机供应商处进行测试。图4总结了通过使用RMI双绕组技术验证的改进性能，同时提高整体电机效率。
评估升级电机性能的成本
Schultz Associates根据购买的代表50和300 HP交流感应电机的各种组成成本。它将这种标准电机成本与采用RMI双绕组技术的相同尺寸的AC感应电动机的更新成本与安装在三个辅助绕组中的每一个中的电容器相同。所有其他电机部件都是等效的。The fully burdened added costs for using the RMI technology in the standard general purpose 50 and 300 hp induction motors were determined to add about 8% to the 50-hp induction motor’s sale price and approximately 10% to the 300-hp induction motor’s sale price. The report included industry cost mark ups and margins to evaluate current industry prices and establish RMI’s adjusted prices.
目前，DOE强制效率水平（IE3）涵盖1至500 HP的通用三相感应电机。RMI技术可以提供经济效益的方法来达到超级优质效率（IE4）电平而不使用昂贵的铜转子。
Schultz研究报告还计算了回收期时间周期。使用电源速率为0.14 / kWh，回收期时间段为RMI改装50-HP感应电机的六个月，RMI改装300-HP感应电机仅为三个月。进行2氧化氢电机的测试，以覆盖1至500 HP的整个膜（能源政策法）或优质效率感应电机。
在建立优质效率水平时，DOE广泛测试和模拟电动机性能为5,30和75 HP通用感应电机，以覆盖1至500 HP的性能范围。RMI在2,50和300 HP中选择了一套更广泛的测试电机，以评估其性能改善的可行性，在各种电动机负载范围内的电动机效率和功率因数。现在可以使用更具成本效益的方法来提高电机效率和功率因数，并且成本较低。
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