Kuidas parandada mootori efektiivsust?
Mootori seda efektiivsust mõjutavad vähesed kaod, sealhulgas takistuskaod, hõõrdumisest põhjustatud mehaanilised kaod, südamikus magnetenergia hajumisest põhjustatud kaod ja erinevad kaod sõltuvalt kasutatud materjali tüübist. Mootori tõhusamaks muutmiseks peame vähendama mootori kadusid. Siin on mõned meetodid või näpunäited, mida saab kasutada mootori efektiivsuskoefitsiendi parandamiseks.
- Mootori raami ülesanne on tagada mähiste mehaaniline kaitse. Samuti vastutab see jalgade külge kinnitatud liidese eest. Mootori raam mängib oma termilises jõudluses üliolulist rolli, kuna see vastutab mootori sees tekkiva soojuse ülekandmise eest raami pinnale, kus ventilaatori poolt puhutud õhk soodustab soojuse hajumist. See vähendab soojuskadusid.
- Veel üks põhiline näpunäide on õhu sisselaske võimaldamiseks säilitada minimaalne vahe ventilaatori katte tagaosa lähedal asuvate seinte vahel. Hoidke mootori ümbrus puhtana ja kontrollige regulaarselt õhuummistusi, mis võivad vähendada jahutussüsteemi jõudlust. Seega, mida jahedamalt mootor töötab, seda kauem see kestab.
- Staator on mootori põhikomponent ja põhjustab 60% kadudest, seega tuleb nende kadude vähendamiseks hoida staatori mähise mass suurena, sest massi suurenemine vähendab takistust. Kõrge efektiivsusega mootorid sisaldavad 25% rohkem vaske võrreldes mootoritega, mis on mõeldud standardse tõhususega mudelitele.
- Rootori kadusid peetakse ka väikeseks kahjuallikaks, mis on peamiselt põhjustatud mootorite libisemise astmest. Libisemine on tegelikult erinevus magnetvälja kiiruse (RPM) ning rootori ja võlli tegelike pöörete vahel antud koormuse juures. Nende hulgas saadakse libisemine, lahutades koormatud mootori kiiruse koormamata mootori kiirusest ja jagades selle koormatud mootori kiirusega. Seetõttu tuleb nende kadude vähendamiseks vähendada libisemist, mida tehakse rootori juhtivuse suurendamise kaudu. Vaske tuleb selle kõrge juhtivuse tõttu kasutada suurtes kogustes. Kuid vask peab olema survevalu, sest hiljuti on välja töötatud vase survevalu protsess.
- Südamiku magnetkaod tulenevad hüstereesist ja 20% kogukadudest on põhjustatud südamiku pöörisvooludest ja küllastumisest. Kasutades kvaliteetseid materjale ja kvaliteedikontrolli, saab kadusid minimeerida, parandades seeläbi tõhusust.
- Hüstereesi ja küllastumise mõju vähendamiseks kasutatakse lamineerimiseks odava süsinikterase asemel väikeses koguses räni sisaldavat terast. Sel viisil saab kõrvaldada põhikaod. Lamineerimise paksuse vähendamise ja lamineerimispikkuse suurendamisega saab minimeerida voo tihedust ja südamiku kadu.
- Pöörisvoolukadusid saab suurel määral minimeerida, tagades kasutatavate lehtede või laminaatide vahel korraliku isolatsiooni.
- Määrimisintervall sõltub mootori paigalduskiirusest, laagri suurusest, määrde tüübist ja temperatuuri tõusust. Seetõttu olge määrdeainete kasutamisel ettevaatlik. Ärge segage määrdetüüpe, isegi kui need kasutavad samu elemente. Kui rakenduses kasutatakse muid määrdeid, mõjutab see otseselt mootori jõudlust.
Kuidas vähendada mootorikadusid?
Kuna kahju jaotusmootorvarieerub sõltuvalt võimsuse suurusest ja pooluste arvust, kadude vähendamiseks tuleks keskenduda erinevate võimsuste ja postide peamiste kadude komponentide meetmete võtmisele. Mõned võimalused kahju vähendamiseks on lühidalt kirjeldatud järgmiselt:
- Suurendage tõhusaid materjale, vähendage mähise kadu ja raua kadu
Mootorite sarnasuse põhimõtte kohaselt, kui elektromagnetiline koormus jääb muutumatuks ja mehaanilist kadu ei võeta arvesse, on mootori kadu ligikaudu võrdeline mootori lineaarse suuruse kuubikuga ja mootori sisendvõimsus on ligikaudu võrdeline lineaarse suuruse neljanda võimsusega. Selle põhjal saab ligikaudselt hinnata seost tõhususe ja efektiivse materjalikasutuse vahel. Teatud paigaldussuuruse tingimustes suurema ruumi saamiseks, et mootori efektiivsuse parandamiseks saaks paigutada tõhusamaid materjale, muutub oluliseks teguriks staatori mulgustamise välisläbimõõdu suurus. Samas masinabaasi vahemikus on Ameerika mootoritel suurem võimsus kui Euroopa mootoritel. Soojuse hajumise hõlbustamiseks ja temperatuuri tõusu vähendamiseks kasutavad Ameerika mootorid tavaliselt suurema välisläbimõõduga staatori stantse, Euroopa mootorites aga väiksema välisläbimõõduga staatori stantsimisi, kuna on vaja selliseid struktuurseid derivaate nagu plahvatuskindlad mootorid ning vähendada mähise otsas kasutatava vase kogust ja tootmiskulusid.
- Rauakao vähendamiseks kasutage paremaid magnetmaterjale ja töötlemismeetmeid
Südamiku materjali magnetilised omadused (magnetiline läbilaskvus ja ühikuline rauakadu) mõjutavad oluliselt mootori efektiivsust ja muid jõudlust. Samal ajal moodustab südamiku materjali maksumus põhiosa mootori maksumusest. Seetõttu on sobivate magnetmaterjalide valik ülitõhusate mootorite projekteerimise ja valmistamise võti. Suure võimsusega mootorites moodustab rauakaod märkimisväärse osa kogukaost, seega aitab südamiku materjali ühikukao väärtuse vähendamine vähendada mootori rauakadu. Mootori konstruktsiooni ja valmistamise tõttu ületab mootori rauakadu oluliselt terasetehase pakutava ühiku rauakao väärtuse järgi arvutatud väärtust, seega suurendatakse rauakao ühiku väärtust projekteerimise ajal tavaliselt 1,5–2 korda, et arvestada rauakao suurenemist.
Rauakao suurenemise põhjuseks on peamiselt see, et terasetehase ühikuline rauakao väärtus saadakse ribamaterjali proovi testimisel Epsteini ruutringi meetodil, kuid materjalile avaldatakse pärast stantsimist, lõikamist ja lamineerimist suurt pinget ning kadu suureneb; lisaks põhjustab hambapilu olemasolust tingitud õhupilu hamba harmoonilise magnetvälja, mis põhjustab südamiku pinnale tühikoormuse kadu, mis põhjustab pärast mootori valmistamist raua kadu märkimisväärselt. Seetõttu on lisaks väiksema ühikulise rauakaoga magnetmaterjalide valikule vaja kontrollida ka lamineerimisrõhku ja võtta vajalikke protsessimeetmeid rauakao vähendamiseks. Pidades silmas hinda ja protsessi tegureid, ei kasutata kõrge kasuteguriga mootorite tootmisel kõrgekvaliteedilisi räniteraslehti ja õhemaid kui 0,5 mm räniteraslehti. Üldjuhul kasutatakse madala süsinikusisaldusega ränivaba elektriterasest lehte või madala ränisisaldusega külmvaltsitud räniteraslehti. Mõned Euroopa väikemootorite tootjad on kasutanud ränivaba elektriterasest lehte, mille ühikuline rauakao väärtus on 6,5w/kg. Viimastel aastatel on terasetehased turule toonud Polycor420 elektrilisi teraslehti, mille keskmine ühikukadu on 4,0 w/kg, mis on isegi madalam kui mõnel vähese ränisisaldusega teraslehel. Materjalil on ka suurem magnetiline läbilaskvus.
Viimastel aastatel on Jaapan välja töötanud madala ränisisaldusega külmvaltsitud teraslehe, mille klass on 50RMA350. Selle koostisele on lisatud väike kogus alumiiniumi ja haruldasi muldmetalle, säilitades seeläbi suurema magnetilise läbilaskvuse, vähendades samal ajal kadusid. Selle ühiku rauakao väärtus on 3,12 w/kg. Kõik see loob tõenäoliselt parema materiaalse aluse suure kasuteguriga mootorite tootmiseks ja edendamiseks.
- Ventilatsioonikadude vähendamiseks vähendage ventilaatori suurust
Suurema võimsusega 2- ja 4-pooluseliste mootorite puhul moodustab tuule hõõrdumine märkimisväärse osa. Näiteks 90kW 2-pooluselise mootori tuulehõõrdumine võib ulatuda umbes 30%-ni kogukaost. Tuule hõõrdumine koosneb peamiselt ventilaatori tarbitavast võimsusest. Kuna suure kasuteguriga mootorite soojuskadu on üldiselt väike, saab vähendada jahutusõhu mahtu ja seeläbi ka ventilatsiooni võimsust. Ventilatsiooni võimsus on ligikaudu võrdeline ventilaatori läbimõõdu 4. kuni 5. võimsusega. Seega, kui temperatuuri tõus on lubatud, võib ventilaatori suuruse vähendamine tõhusalt vähendada tuule hõõrdumist. Lisaks on ventilatsiooni efektiivsuse parandamiseks ja tuule hõõrdumise vähendamiseks oluline ka ventilatsioonikonstruktsiooni mõistlik disain. Katsed on näidanud, et suure kasuteguriga mootori suure võimsusega 2-pooluselise osa tuule hõõrdumist saab tavalise mootoriga võrreldes vähendada umbes 30%. Kuna ventilatsioonikadu väheneb suure varu võrra ja see ei nõua suuri lisakulusid, on ventilaatori konstruktsiooni muutmine sageli üks peamisi meetmeid, mida suure kasuteguriga mootorite selle osa puhul rakendatakse.
- Projekteerimis- ja protsessimeetmete abil vähendage juhuslikke kadusid
Asünkroonsete mootorite hajuskaod on peamiselt kõrgsageduskaod, mis tekivad staatori ja rootori südamikus ja mähistes oleva magnetvälja kõrgetasemeliste harmooniliste mõjul. Koormuse hajuvkadude vähendamiseks saab iga faasi harmoonilise amplituudi vähendada Y-Δ jadamisi ühendatud siinusmähise või muu madala harmoonilise mähise abil, vähendades seeläbi hajuvkadu. Katsed näitavad, et sinusoidse mähise kasutamine võib vähendada hajuvkadusid keskmiselt rohkem kui 30%.
- Parandage survevalu protsessi, et vähendada rootori kadu
Reguleerides rõhku, temperatuuri ja gaasi väljavoolu teed rootori alumiiniumvalu ajal, saab rootori varrastes olevat gaasi vähendada, parandades seeläbi juhtivust ja vähendades rootori alumiiniumi kadu. Ameerika Ühendriigid on viimastel aastatel edukalt välja töötanud vaserootori survevaluseadmeid ja vastavaid protsesse ning praegu viiakse läbi väikesemahulist proovitootmist. Arvutused näitavad, et kui vasktoroor asendab alumiiniumrootori, saab rootori kadu vähendada umbes 38%.
- Kadude vähendamiseks ja tõhususe parandamiseks kasutage arvuti optimeerimise disaini
Lisaks materjalide suurendamisele, materjalide omaduste parandamisele ja protsesside parandamisele kasutatakse arvuti optimeerimise disaini erinevate parameetrite mõistlikuks määramiseks kulude ja jõudluse piirangute alusel, saavutades seeläbi maksimaalse võimaliku efektiivsuse paranemise. Optimeeritud disaini kasutamine võib oluliselt lühendada mootori projekteerimise aega ja parandada mootori disaini kvaliteeti.