Introducció a l'eficiència motora

Com millorar l'eficiència del motor?

Aquesta eficiència del motor es veu afectada per una petita quantitat de pèrdues, incloent pèrdues de resistència, pèrdues mecàniques causades per fricció, pèrdues causades per la dissipació d'energia magnètica al nucli i pèrdues diferents segons el tipus de material utilitzat. Per fer el motor més eficient, hem de reduir les pèrdues al motor. Aquests són alguns mètodes o consells que es poden adoptar per millorar el coeficient d'eficiència del motor.

1. La funció del bastidor del motor és proporcionar protecció mecànica als bobinatges. També és responsable de la interfície muntada per les cames. El bastidor del motor té un paper vital en el seu rendiment tèrmic, ja que s'encarrega de transferir la calor generada dins del motor a la superfície del bastidor on l'aire bufat pel ventilador afavorirà la dissipació de la calor. Això reduirà les pèrdues de calor.
2. Un altre consell bàsic és mantenir un espai mínim entre les parets properes a la part posterior de la coberta del ventilador per permetre l'entrada d'aire. Mantingueu neta l'àrea al voltant del motor i comproveu regularment si hi ha bloquejos d'aire que puguin reduir el rendiment del sistema de refrigeració. Per tant, com més fred funcioni el motor, més durarà.
3. L'estator és el component principal del motor i provoca el 60% de les pèrdues, de manera que per reduir aquestes pèrdues s'ha de mantenir gran la massa del bobinatge de l'estator perquè l'augment de massa redueix la resistència. Els motors d'alta eficiència contenen un 25% de coure addicional en comparació amb els motors dissenyats per a models d'eficiència estàndard.
4. Les pèrdues del rotor també es consideren una font menor de pèrdues, principalment causades pel grau de lliscament que mostra el motor. El lliscament és en realitat la diferència entre la velocitat del camp magnètic (RPM) i les RPM reals del rotor i l'eix a una càrrega determinada. Entre ells, el lliscament s'obté restant la velocitat del motor carregat de la velocitat del motor sense càrrega i dividint-la per la velocitat del motor carregat. Per tant, per tal de reduir aquestes pèrdues, cal reduir el lliscament, que es fa augmentant la conductivitat del rotor. El coure s'ha d'utilitzar en grans quantitats a causa de la seva alta conductivitat. Però el coure ha de ser fos a pressió perquè recentment s'ha desenvolupat un procés per a la fosa de coure.
5. Les pèrdues magnètiques del nucli es deriven de la histèresi i el 20% de les pèrdues totals són causades per corrents de Foucault del nucli i saturació. Mitjançant l'ús de materials d'alta qualitat i control de qualitat, es poden minimitzar les pèrdues, millorant així l'eficiència.
6. Per tal de reduir els efectes de la histèresi i la saturació, s'utilitzarà acer que contingui una petita quantitat de silici per a la laminació en lloc d'acer al carboni de baix cost. D'aquesta manera, es poden eliminar les pèrdues del nucli. En reduir el gruix de la laminació i augmentar la longitud de la laminació, es poden minimitzar la densitat de flux i la pèrdua del nucli.
7. Les pèrdues de corrent de Foucault es poden minimitzar en gran mesura assegurant un aïllament adequat entre les làmines o laminats utilitzats.
8. L'interval de lubricació és una funció de la velocitat nominal d'instal·lació del motor, la mida del coixinet, el tipus de greix i l'augment de temperatura. Per tant, tingueu cura quan feu servir lubricants. No barregeu tipus de greix, encara que utilitzin els mateixos elements. Si s'utilitzen altres greixos a l'aplicació, això afectarà directament el rendiment del motor.

Com reduir les pèrdues de motor?

Des de la distribució de pèrdues delmotorvaria amb la mida de la potència i el nombre de pols, per tal de reduir la pèrdua, hem de centrar-nos a prendre mesures per als components de pèrdua principals de diferents potències i pols. Algunes maneres de reduir la pèrdua es descriuen breument de la següent manera:

1. Augmenta els materials efectius, redueix la pèrdua de bobinat i la pèrdua de ferro

Segons el principi de similitud dels motors, quan la càrrega electromagnètica es manté inalterada i no es considera la pèrdua mecànica, la pèrdua del motor és aproximadament proporcional al cub de la mida lineal del motor i la potència d'entrada del motor és aproximadament proporcional a la quarta potència de la mida lineal. A partir d'això, es pot aproximar la relació entre eficiència i ús efectiu del material. Per tal d'obtenir un espai més gran en determinades condicions de mida d'instal·lació de manera que es puguin col·locar materials més efectius per millorar l'eficiència del motor, la mida del diàmetre exterior de la perforació de l'estator esdevé un factor important. Dins del mateix rang de base de màquina, els motors nord-americans tenen una potència més gran que els motors europeus. Per tal de facilitar la dissipació de la calor i reduir l'augment de la temperatura, els motors nord-americans generalment utilitzen punxons d'estator amb diàmetres exteriors més grans, mentre que els motors europeus generalment utilitzen punxons d'estator amb diàmetres exteriors més petits a causa de la necessitat de derivats estructurals com motors a prova d'explosió i per reduir la quantitat de coure utilitzat al final del bobinat i els costos de producció.

2. Utilitzeu millors materials magnètics i mesures de procés per reduir la pèrdua de ferro

Les propietats magnètiques (permeabilitat magnètica i pèrdua de ferro unitària) del material del nucli tenen una gran influència en l'eficiència i altres rendiments del motor. Al mateix temps, el cost del material principal és la part principal del cost del motor. Per tant, la selecció de materials magnètics adequats és la clau per dissenyar i fabricar motors d'alta eficiència. En els motors d'alta potència, la pèrdua de ferro representa una proporció considerable de la pèrdua total, de manera que reduir el valor de pèrdua d'unitat del material del nucli ajudarà a reduir la pèrdua de ferro del motor. A causa del disseny i la fabricació del motor, la pèrdua de ferro del motor supera àmpliament el valor calculat segons el valor de pèrdua de ferro de la unitat proporcionat per la fàbrica d'acer, de manera que el valor de la pèrdua de ferro de la unitat s'incrementa generalment en 1,5 ~ 2 vegades durant el disseny per tenir en compte l'augment de la pèrdua de ferro.

La raó de l'augment de la pèrdua de ferro és principalment perquè el valor de pèrdua de ferro unitari de la fàbrica d'acer s'obté provant la mostra de material de cinta segons el mètode del cercle quadrat d'Epstein, però el material està sotmès a una gran tensió després de perforar, tallar i laminar, i la pèrdua augmentarà; a més, el buit d'aire causat per la presència de la ranura de la dent condueix al camp magnètic harmònic de la dent que provoca una pèrdua sense càrrega a la superfície del nucli, la qual cosa comportarà un augment significatiu de la pèrdua de ferro després de la fabricació del motor. Per tant, a més de seleccionar materials magnètics amb una pèrdua de ferro unitaria més baixa, també cal controlar la pressió de laminació i prendre les mesures de procés necessàries per reduir la pèrdua de ferro. Tenint en compte els factors de preu i procés, les làmines d'acer al silici d'alta qualitat i les làmines d'acer al silici més primes de 0,5 mm no s'utilitzen gaire en la producció de motors d'alta eficiència. Generalment s'utilitzen làmines d'acer elèctric sense silici amb baixes emissions de carboni o làmines d'acer de silici laminats en fred amb baixes emissions de silici. Alguns fabricants de petits motors europeus han utilitzat làmines d'acer elèctric sense silici amb un valor de pèrdua de ferro unitari de 6,5 w/kg. En els darrers anys, les siderúrgiques han llançat làmines d'acer elèctric Polycor420 amb una pèrdua mitjana d'unitat de 4,0 w/kg, que és fins i tot menor que algunes làmines d'acer baix en silici. El material també té una major permeabilitat magnètica.

En els darrers anys, el Japó ha desenvolupat una xapa d'acer laminat en fred amb baix contingut de silici amb un grau de 50RMA350. S'afegeix una petita quantitat d'alumini i metalls de terres rares a la seva composició, mantenint així una major permeabilitat magnètica alhora que es redueixen les pèrdues. El seu valor unitari de pèrdua de ferro és de 3,12 w/kg. Tot això és probable que proporcioni una millor base material per a la producció i promoció de motors d'alta eficiència.

3. Redueix la mida del ventilador per reduir la pèrdua de ventilació

Per als motors de 2 i 4 pols de major potència, la fricció del vent representa una proporció considerable. Per exemple, la fricció del vent d'un motor de 2 pols de 90 kW pot arribar al voltant del 30% de la pèrdua total. La fricció del vent es compon principalment de la potència consumida pel ventilador. Com que la pèrdua de calor dels motors d'alta eficiència és generalment baixa, el volum d'aire de refrigeració es pot reduir i, per tant, també es pot reduir la potència de ventilació. La potència de ventilació és aproximadament proporcional a la potència 4a a 5a del diàmetre del ventilador. Per tant, si es permet l'augment de temperatura, reduir la mida del ventilador pot reduir eficaçment la fricció del vent. A més, el disseny raonable de l'estructura de ventilació també és important per millorar l'eficiència de la ventilació i reduir la fricció del vent. Les proves han demostrat que la fricció del vent de la part de 2 pols d'alta potència d'un motor d'alta eficiència es pot reduir al voltant d'un 30% en comparació amb la d'un motor normal. Atès que la pèrdua de ventilació es redueix en un gran marge i no requereix gaire cost addicional, canviar el disseny del ventilador sovint és una de les mesures principals que es prenen per a aquesta part dels motors d'alta eficiència.

4. Reduïu les pèrdues perdudes mitjançant mesures de disseny i procés

Les pèrdues periòdiques dels motors asíncrons són principalment pèrdues d'alta freqüència generades per harmònics d'alt ordre del camp magnètic als nuclis i bobinats de l'estator i del rotor. Per reduir la pèrdua de càrrega periòdica, l'amplitud de cada harmònic de fase es pot reduir utilitzant un bobinatge sinusoïdal connectat en sèrie Y-Δ o un altre bobinatge harmònic baix, reduint així la pèrdua periòdica. Els experiments mostren que l'ús de bobinatge sinusoïdal pot reduir la pèrdua periòdica en més d'un 30% de mitjana.

5. Millorar el procés de fosa a pressió per reduir la pèrdua del rotor

Controlant la pressió, la temperatura i el camí de descàrrega de gas durant la colada d'alumini del rotor, es pot reduir el gas a les barres del rotor, millorant així la conductivitat i reduint la pèrdua d'alumini del rotor. En els darrers anys, els Estats Units han desenvolupat amb èxit equips de fosa de rotor de coure i els processos corresponents, i actualment està duent a terme una producció d'assaig a petita escala. Els càlculs mostren que si un rotor de coure substitueix un rotor d'alumini, la pèrdua del rotor es pot reduir en un 38%.

6. Aplicar el disseny d'optimització informàtica per reduir les pèrdues i millorar l'eficiència

A més d'augmentar els materials, millorar les propietats dels materials i millorar els processos, el disseny d'optimització informàtica s'utilitza per determinar raonablement diversos paràmetres sota les limitacions de cost i rendiment, aconseguint així la màxima millora possible de l'eficiència. L'ús d'un disseny optimitzat pot escurçar significativament el temps de disseny del motor i millorar la qualitat del disseny del motor.