Hvordan forbedrer man motorens effektivitet?
Denne effektivitet af motoren påvirkes af en lille mængde tab, herunder modstandstab, mekaniske tab forårsaget af friktion, tab forårsaget af spredning af magnetisk energi i kernen og forskellige tab afhængigt af den anvendte type materiale. For at gøre motoren mere effektiv skal vi reducere tabene i motoren. Her er nogle metoder eller tips, der kan anvendes til at forbedre motorens effektivitetskoefficient.
- Motorrammens funktion er at yde mekanisk beskyttelse af viklingerne. Den er også ansvarlig for grænsefladen monteret ved benene. Motorrammen spiller en afgørende rolle i dens termiske ydeevne, da den er ansvarlig for at overføre den varme, der genereres inde i motoren, til overfladen af rammen, hvor luften blæst af ventilatoren vil fremme varmeafledning. Dette vil reducere varmetabet.
- Et andet grundlæggende tip er at opretholde et minimum mellemrum mellem eventuelle vægge tæt på bagsiden af ventilatordækslet for at tillade luftindtag. Hold området omkring motoren rent, og kontroller regelmæssigt for eventuelle luftblokeringer, der kan reducere kølesystemets ydeevne. Derfor, jo køligere motoren kører, jo længere vil den holde.
- Statoren er hovedkomponenten i motoren og forårsager 60% af tabene, så for at reducere disse tab skal massen af statorviklingen holdes stor, fordi stigningen i massen reducerer modstanden. Højeffektive motorer indeholder 25 % ekstra kobber sammenlignet med motorer designet til standardeffektivitetsmodeller.
- Rotortab betragtes også som en mindre kilde til tab, hovedsageligt forårsaget af graden af slip, som motoren viser. Slip er faktisk forskellen mellem hastigheden af det magnetiske felt (RPM) og det faktiske RPM for rotoren og akslen ved en given belastning. Blandt dem opnås slip ved at trække hastigheden af den belastede motor fra hastigheden af den ubelastede motor og dividere den med hastigheden af den belastede motor. For at reducere disse tab skal slip derfor reduceres, hvilket sker ved at øge rotorens ledningsevne. Kobber skal bruges i store mængder på grund af dets høje ledningsevne. Men kobberet skal være trykstøbt, fordi der for nylig er udviklet en proces til trykstøbning af kobber.
- Magnetiske kernetab er afledt af hysterese, og 20% af de samlede tab er forårsaget af kernehvirvelstrømme og mætning. Ved at bruge materialer af høj kvalitet og kvalitetskontrol kan tab minimeres og derved forbedre effektiviteten.
- For at reducere virkningerne af hysterese og mætning vil stål indeholdende en lille mængde silicium blive brugt til laminering i stedet for billigt kulstofstål. På denne måde kan kernetab elimineres. Ved at reducere lamineringstykkelsen og øge lamineringslængden kan fluxtætheden og kernetabet minimeres.
- Hvirvelstrømstab kan minimeres i vid udstrækning ved at sikre korrekt isolering mellem de anvendte plader eller laminater.
- Smøreintervallet er en funktion af motorinstallationens nominelle hastighed, lejestørrelse, fedttype og temperaturstigning. Vær derfor forsigtig, når du bruger smøremidler. Bland ikke fedttyper, selvom de bruger de samme elementer. Hvis der anvendes andet fedt i applikationen, vil dette direkte påvirke motorens ydeevne.
Hvordan reducerer man motortab?
Siden tabsfordelingen afmotorvarierer med effektstørrelsen og antallet af poler, for at reducere tabet bør vi fokusere på at træffe foranstaltninger for de vigtigste tabskomponenter af forskellige effekter og poler. Nogle måder at reducere tabet på er kort beskrevet som følger:
- Øg effektive materialer, reducer viklingstab og jerntab
Ifølge lighedsprincippet for motorer, når den elektromagnetiske belastning forbliver uændret, og mekanisk tab ikke tages i betragtning, er tabet af motoren omtrent proportionalt med terningen af motorens lineære størrelse, og motorens indgangseffekt er omtrent proportional med den fjerde potens af den lineære størrelse. Ud fra dette kan forholdet mellem effektivitet og effektiv materialeanvendelse tilnærmes. For at opnå en større plads under visse installationsstørrelsesforhold, så mere effektive materialer kan placeres for at forbedre motoreffektiviteten, bliver den ydre diameterstørrelse af statorstansen en vigtig faktor. Inden for samme maskinbasisområde har amerikanske motorer større effekt end europæiske motorer. For at lette varmeafledning og reducere temperaturstigning, bruger amerikanske motorer generelt statorstansninger med større ydre diametre, mens europæiske motorer generelt bruger statorstansninger med mindre ydre diametre på grund af behovet for strukturelle derivater såsom eksplosionssikre motorer og for at reducere mængden af kobber, der bruges i viklingsenden og produktionsomkostninger.
- Brug bedre magnetiske materialer og procesforanstaltninger for at reducere jerntab
Kernematerialets magnetiske egenskaber (magnetisk permeabilitet og enhedsjerntab) har stor indflydelse på motorens effektivitet og anden ydeevne. Samtidig er prisen på kernematerialet hoveddelen af prisen på motoren. Derfor er valget af passende magnetiske materialer nøglen til at designe og fremstille højeffektive motorer. I højeffektmotorer tegner jerntab sig for en betydelig del af det samlede tab, så reduktion af enhedstabets værdi af kernematerialet vil hjælpe med at reducere jerntabet i motoren. På grund af design og fremstilling af motoren overstiger motorens jerntab i høj grad værdien beregnet i henhold til enhedsjerntabsværdien leveret af stålværket, så enhedsjerntabsværdien øges generelt med 1,5 ~ 2 gange under design for at overveje stigningen i jerntab.
Årsagen til stigningen i jerntab skyldes hovedsagelig, at stålværkets enhedsjerntabsværdi opnås ved at teste båndmaterialeprøven i henhold til Epsteins kvadratiske cirkelmetode, men materialet udsættes for stor belastning efter stansning, forskydning og laminering, og tabet vil stige; desuden fører luftspalten forårsaget af tilstedeværelsen af tandspalten til, at tandens harmoniske magnetfelt forårsager tab af belastning på kerneoverfladen, hvilket vil føre til en betydelig stigning i jerntabet, efter at motoren er fremstillet. Ud over at vælge magnetiske materialer med lavere enhedsjerntab er det derfor også nødvendigt at kontrollere lamineringstrykket og tage nødvendige procesforanstaltninger for at reducere jerntabet. I lyset af pris- og procesfaktorer bruges højkvalitets siliciumstålplader og siliciumstålplader tyndere end 0,5 mm ikke meget i produktionen af højeffektive motorer. Siliciumfrie elektriske stålplader med lavt kulstofindhold eller koldvalsede siliciumstålplader med lavt siliciumindhold anvendes generelt. Nogle producenter af små europæiske motorer har brugt siliciumfrie elektriske stålplader med en enhedsjerntabsværdi på 6,5 w/kg. I de seneste år har stålværker lanceret Polycor420 elektriske stålplader med et gennemsnitligt enhedstab på 4,0 w/kg, hvilket er endnu lavere end nogle stålplader med lavt siliciumindhold. Materialet har også en højere magnetisk permeabilitet.
I de senere år har Japan udviklet en koldvalset stålplade med lavt siliciumindhold med en kvalitet på 50RMA350. En lille mængde aluminium og sjældne jordarters metaller tilsættes til dens sammensætning, hvorved en højere magnetisk permeabilitet opretholdes, samtidig med at tabene reduceres. Dens enhedsjerntabsværdi er 3,12 w/kg. Alle disse vil sandsynligvis give et bedre materielt grundlag for produktion og promovering af højeffektive motorer.
- Reducer størrelsen af ventilatoren for at reducere ventilationstabet
For større 2- og 4-polede motorer udgør vindfriktion en betydelig andel. For eksempel kan vindfriktionen af en 90kW 2-polet motor nå omkring 30% af det samlede tab. Vindfriktion er hovedsageligt sammensat af den strøm, der forbruges af ventilatoren. Da varmetabet på højeffektive motorer generelt er lavt, kan køleluftmængden reduceres, og dermed kan ventilationseffekten også reduceres. Ventilationseffekten er omtrent proportional med 4. til 5. potens af ventilatordiameteren. Derfor, hvis temperaturstigningen tillades, kan en reduktion af ventilatorstørrelsen effektivt reducere vindfriktionen. Derudover er den fornuftige udformning af ventilationsstrukturen også vigtig for at forbedre ventilationseffektiviteten og reducere vindfriktionen. Test har vist, at vindfriktionen i den højeffekts 2-polede del af en højeffektiv motor kan reduceres med omkring 30 % sammenlignet med en almindelig motors. Da ventilationstabet reduceres med en stor margin og ikke kræver meget ekstra omkostninger, er ændring af ventilatordesignet ofte en af de vigtigste foranstaltninger, der træffes for denne del af højeffektive motorer.
- Reducer herreløse tab gennem design- og procesforanstaltninger
Asynkronmotorers strøtab er hovedsageligt højfrekvente tab genereret af højordens harmoniske i magnetfeltet i stator- og rotorkerner og viklinger. For at reducere belastningstabet kan amplituden af hver faseharmonisk reduceres ved at bruge en Y-Δ serieforbundet sinusformet vikling eller anden lavharmonisk vikling, hvorved det vildledende tab reduceres. Eksperimenter viser, at brugen af sinusformet vikling kan reducere det herreløse tab med mere end 30 % i gennemsnit.
- Forbedre trykstøbningsprocessen for at reducere rotortab
Ved at styre trykket, temperaturen og gasudledningsvejen under rotorens aluminiumstøbning kan gassen i rotorstængerne reduceres, hvorved ledningsevnen forbedres og rotorens aluminiumtab reduceres. I de senere år har USA med succes udviklet kobberrotor-støbeudstyr og tilsvarende processer og udfører i øjeblikket småskala prøveproduktion. Beregninger viser, at hvis en kobberrotor erstatter en aluminiumsrotor, kan rotortabet reduceres med omkring 38 %.
- Anvend computeroptimeringsdesign for at reducere tab og forbedre effektiviteten
Ud over at øge materialer, forbedre materialeegenskaber og forbedre processer, bruges computeroptimeringsdesign til rimeligt at bestemme forskellige parametre under begrænsningerne af omkostninger og ydeevne, for derved at opnå den maksimalt mulige forbedring af effektiviteten. Brugen af optimeret design kan væsentligt forkorte tiden for motordesign og forbedre kvaliteten af motordesign.