Въведение в двигателната ефективност

Как да подобрим двигателната ефективност?

Тази ефективност на двигателя се влияе от малко количество загуби, включително загуби на съпротивление, механични загуби, причинени от триене, загуби, причинени от разсейване на магнитна енергия в сърцевината и различни загуби в зависимост от вида на използвания материал. За да направим двигателя по-ефективен, трябва да намалим загубите в двигателя. Ето някои методи или съвети, които могат да бъдат приети за подобряване на коефициента на полезно действие на двигателя.

1. Функцията на рамката на двигателя е да осигури механична защита на намотките. Той също така отговаря за интерфейса, монтиран от краката. Рамката на двигателя играе жизненоважна роля за топлинните му характеристики, тъй като е отговорна за преноса на топлината, генерирана вътре в двигателя, към повърхността на рамката, където въздухът, издухван от вентилатора, ще насърчи разсейването на топлината. Това ще намали загубите на топлина.
2. Друг основен съвет е да поддържате минимално разстояние между всички стени близо до задната част на капака на вентилатора, за да позволите всмукване на въздух. Поддържайте зоната около мотора чиста и редовно проверявайте за въздушни запушвания, които могат да намалят работата на охладителната система. Следователно, колкото по-хладно работи моторът, толкова по-дълго ще издържи.
3. Статорът е основният компонент на двигателя и причинява 60% от загубите, така че за да се намалят тези загуби, масата на намотката на статора трябва да се поддържа голяма, тъй като увеличаването на масата намалява съпротивлението. Високоефективните двигатели съдържат 25% повече мед в сравнение с двигателите, предназначени за модели със стандартна ефективност.
4. Загубите на ротора също се считат за незначителен източник на загуби, причинени главно от степента на приплъзване, която двигателят показва. Приплъзването всъщност е разликата между скоростта на магнитното поле (RPM) и действителните обороти на ротора и вала при дадено натоварване. Сред тях приплъзването се получава чрез изваждане на скоростта на натоварения двигател от скоростта на ненатоварения двигател и разделянето й на скоростта на натоварения двигател. Следователно, за да се намалят тези загуби, трябва да се намали приплъзването, което се прави чрез увеличаване на проводимостта на ротора. Медта трябва да се използва в големи количества поради високата си проводимост. Но медта трябва да бъде отлята под налягане, тъй като наскоро беше разработен процес за леене на мед.
5. Магнитните загуби в сърцевината са получени от хистерезис и 20% от общите загуби са причинени от вихрови токове в сърцевината и насищане. Чрез използване на висококачествени материали и контрол на качеството, загубите могат да бъдат сведени до минимум, като по този начин се подобри ефективността.
6. За да се намалят ефектите от хистерезис и насищане, стомана, съдържаща малко количество силиций, ще се използва за ламиниране вместо евтина въглеродна стомана. По този начин загубите в ядрото могат да бъдат елиминирани. Чрез намаляване на дебелината на ламинирането и увеличаване на дължината на ламиниране, плътността на потока и загубата в сърцевината могат да бъдат сведени до минимум.
7. Загубите от вихрови токове могат да бъдат сведени до голяма степен чрез осигуряване на подходяща изолация между използваните листове или ламинати.
8. Интервалът на смазване е функция от номиналната скорост на инсталацията на двигателя, размера на лагера, вида на греста и повишаването на температурата. Затова, моля, бъдете внимателни, когато използвате лубриканти. Не смесвайте видове грес, дори ако използват едни и същи елементи. Ако в приложението се използват други греси, това ще повлияе пряко на работата на двигателя.

Как да намалим загубите на двигателя?

Тъй като разпределението на загубите надвигателварира в зависимост от размера на мощността и броя на полюсите, за да намалим загубата, трябва да се съсредоточим върху вземането на мерки за основните компоненти на загуба на различни мощности и полюси. Някои начини за намаляване на загубата са описани накратко, както следва:

1. Увеличете ефективността на материалите, намалете загубата на навиване и загубата на желязо

Съгласно принципа на подобие на двигателите, когато електромагнитното натоварване остава непроменено и не се вземат предвид механичните загуби, загубата на двигателя е приблизително пропорционална на куба на линейния размер на двигателя, а входната мощност на двигателя е приблизително пропорционална на четвъртата степен на линейния размер. От това може да се определи приблизително връзката между ефективността и ефективното използване на материала. За да се получи по-голямо пространство при определени условия за монтажен размер, така че да могат да се поставят по-ефективни материали за подобряване на ефективността на двигателя, размерът на външния диаметър на щанцоването на статора става важен фактор. В рамките на една и съща базова гама машини, американските двигатели имат по-голяма мощност от европейските двигатели. За да се улесни разсейването на топлината и да се намали повишаването на температурата, американските двигатели обикновено използват статорни пробиви с по-големи външни диаметри, докато европейските двигатели обикновено използват статорни пробиви с по-малки външни диаметри поради необходимостта от структурни производни като взривозащитени двигатели и за намаляване на количеството мед, използвано в края на намотката, и производствените разходи.

2. Използвайте по-добри магнитни материали и мерки за обработка, за да намалите загубата на желязо

Магнитните свойства (магнитна пропускливост и загуба на желязо) на материала на сърцевината имат голямо влияние върху ефективността и други характеристики на двигателя. В същото време цената на материала на сърцевината е основната част от цената на двигателя. Следователно изборът на подходящи магнитни материали е ключът към проектирането и производството на високоефективни двигатели. При двигатели с висока мощност загубата на желязо представлява значителна част от общата загуба, така че намаляването на стойността на единица загуба на материала на сърцевината ще помогне за намаляване на загубата на желязо на двигателя. Поради дизайна и производството на двигателя загубата на желязо на двигателя значително надвишава стойността, изчислена според стойността на загубата на желязо на единица, предоставена от стоманодобивния завод, така че стойността на загубата на желязо на единица обикновено се увеличава с 1,5~2 пъти по време на проектирането, за да се вземе предвид увеличението на загубата на желязо.

Причината за увеличаването на загубата на желязо е главно защото стойността на единицата загуба на желязо в стоманодобивния завод се получава чрез тестване на пробата от лентов материал съгласно метода на квадратния кръг на Епщайн, но материалът е подложен на голямо напрежение след щанцоване, срязване и ламиниране и загубата ще се увеличи; в допълнение, въздушната междина, причинена от наличието на зъбен слот, води до хармонично магнитно поле на зъба, причиняващо загуба на празен ход върху повърхността на сърцевината, което ще доведе до значително увеличаване на загубата на желязо след производството на двигателя. Следователно, в допълнение към избора на магнитни материали с по-ниска загуба на желязо, също е необходимо да се контролира налягането на ламиниране и да се вземат необходимите мерки за процеса за намаляване на загубата на желязо. С оглед на факторите цена и процес, висококачествените листове от силициева стомана и листовете от силициева стомана, по-тънки от 0,5 mm, не се използват много в производството на високоефективни двигатели. Обикновено се използват нисковъглеродни листове от електротехническа стомана без силиций или студено валцувани листове от силициева стомана с ниско съдържание на силиций. Някои производители на малки европейски двигатели са използвали листове от електротехническа стомана без силиций с единична стойност на загуба на желязо от 6,5 w/kg. През последните години стоманодобивните заводи пуснаха на пазара електротехнически стоманени листове Polycor420 със средна загуба на единица от 4,0 w/kg, което е дори по-ниско от някои стоманени листове с ниско съдържание на силиций. Материалът има и по-висока магнитна пропускливост.

През последните години Япония разработи студено валцована стоманена ламарина с ниско съдържание на силиций с клас 50RMA350. Малко количество алуминий и редкоземни метали се добавят към състава му, като по този начин се поддържа по-висока магнитна пропускливост, като същевременно се намаляват загубите. Единичната му стойност на загуба на желязо е 3,12 w/kg. Всички те вероятно ще осигурят по-добра материална основа за производството и насърчаването на високоефективни двигатели.

3. Намалете размера на вентилатора, за да намалите загубата на вентилация

За по-мощните 2- и 4-полюсни двигатели, триенето от вятъра представлява значителна част. Например, триенето на вятъра на 90kW 2-полюсен двигател може да достигне около 30% от общите загуби. Триенето на вятъра се състои главно от мощността, консумирана от вентилатора. Тъй като топлинните загуби на високоефективните двигатели обикновено са ниски, обемът на охлаждащия въздух може да бъде намален и по този начин вентилационната мощност също може да бъде намалена. Вентилационната мощност е приблизително пропорционална на 4-та до 5-та степен на диаметъра на вентилатора. Следователно, ако повишаването на температурата е разрешено, намаляването на размера на вентилатора може ефективно да намали триенето на вятъра. В допълнение, разумният дизайн на вентилационната структура също е важен за подобряване на ефективността на вентилацията и намаляване на триенето на вятъра. Тестовете показват, че триенето на вятъра на високомощната 2-полюсна част на високоефективен двигател може да бъде намалено с около 30% в сравнение с това на обикновен двигател. Тъй като загубата на вентилация се намалява значително и не изисква много допълнителни разходи, промяната на дизайна на вентилатора често е една от основните мерки, предприети за тази част от високоефективните двигатели.

4. Намаляване на бездомните загуби чрез мерки за проектиране и процес

Разсеяните загуби на асинхронните двигатели са главно високочестотни загуби, генерирани от висши хармоници на магнитното поле в сърцевините и намотките на статора и ротора. За да се намали загубата на отклонение при натоварване, амплитудата на всеки фазов хармоник може да бъде намалена чрез използване на последователно свързана синусоидална намотка Y-Δ или друга намотка с нисък хармоник, като по този начин се намали загубата на отклонение. Експериментите показват, че използването на синусоидална намотка може да намали разсеяните загуби средно с повече от 30%.

5. Подобрете процеса на леене под налягане, за да намалите загубите на ротора

Чрез контролиране на налягането, температурата и газоразрядния път по време на отливането на алуминий на ротора, газът в прътите на ротора може да бъде намален, като по този начин се подобрява проводимостта и се намалява загубата на алуминий на ротора. През последните години Съединените щати успешно разработиха оборудване за леене под налягане на медни ротори и съответните процеси и в момента провеждат опитно производство в малък мащаб. Изчисленията показват, че ако меден ротор замени алуминиев ротор, загубата на ротор може да бъде намалена с около 38%.

6. Приложете дизайн за компютърна оптимизация, за да намалите загубите и да подобрите ефективността

В допълнение към увеличаването на материалите, подобряването на свойствата на материалите и подобряването на процесите, дизайнът на компютърната оптимизация се използва за разумно определяне на различни параметри при ограниченията на разходите и производителността, като по този начин се постига максимално възможно подобрение на ефективността. Използването на оптимизиран дизайн може значително да съкрати времето за проектиране на двигателя и да подобри качеството на дизайна на двигателя.