Introdución á eficiencia motora

Como mellorar a eficiencia do motor?

Esta eficiencia do motor vese afectada por unha pequena cantidade de perdas, incluíndo perdas de resistencia, perdas mecánicas causadas pola fricción, perdas causadas pola disipación de enerxía magnética no núcleo e diferentes perdas segundo o tipo de material empregado. Para que o motor sexa máis eficiente, debemos reducir as perdas no motor. Aquí tes algúns métodos ou consellos que se poden adoptar para mellorar o coeficiente de eficiencia do motor.

1. A función do cadro do motor é proporcionar protección mecánica aos devanados. Tamén é responsable da interface montada polas patas. O bastidor do motor xoga un papel fundamental no seu rendemento térmico xa que se encarga de transferir a calor xerada no interior do motor á superficie do bastidor onde o aire insuflado polo ventilador favorecerá a disipación da calor. Isto reducirá as perdas de calor.
2. Outro consello básico é manter un espazo mínimo entre as paredes próximas á parte traseira da tapa do ventilador para permitir a entrada de aire. Manteña limpa a zona ao redor do motor e comprobe regularmente se hai bloqueos de aire que poidan reducir o rendemento do sistema de refrixeración. Polo tanto, canto máis frío funcione o motor, máis durará.
3. O estator é o principal compoñente do motor e provoca o 60% das perdas, polo que para reducir estas perdas, a masa do devanado do estator debe manterse grande porque o aumento de masa reduce a resistencia. Os motores de alta eficiencia conteñen un 25% de cobre extra en comparación cos motores deseñados para modelos de eficiencia estándar.
4. As perdas do rotor tamén se consideran unha pequena fonte de perdas, principalmente causadas polo grao de deslizamento do motor. O deslizamento é en realidade a diferenza entre a velocidade do campo magnético (RPM) e as RPM reais do rotor e do eixe nunha determinada carga. Entre elas, o deslizamento obtense restando a velocidade do motor cargado da velocidade do motor sen carga e dividíndoa pola velocidade do motor cargado. Polo tanto, para reducir estas perdas hai que reducir o deslizamento, o que se fai aumentando a condutividade do rotor. O cobre debe usarse en grandes cantidades debido á súa alta condutividade. Pero o cobre debe ser fundido a presión porque recentemente desenvolveuse un proceso de fundición de cobre.
5. As perdas magnéticas do núcleo derívanse da histérese e o 20% das perdas totais son causadas por correntes de Foucault e saturación do núcleo. Usando materiais de alta calidade e control de calidade, pódense minimizar as perdas, mellorando así a eficiencia.
6. Co fin de reducir os efectos da histérese e da saturación, utilizarase aceiro que conteña unha pequena cantidade de silicio para a laminación en lugar de aceiro ao carbono de baixo custo. Deste xeito, pódense eliminar as perdas do núcleo. Ao reducir o espesor da laminación e aumentar a lonxitude da laminación, pódese minimizar a densidade de fluxo e a perda do núcleo.
7. As perdas por corrente de Foucault pódense minimizar en gran medida garantindo un illamento adecuado entre as follas ou laminados utilizados.
8. O intervalo de lubricación é unha función da velocidade nominal da instalación do motor, o tamaño dos rodamentos, o tipo de graxa e o aumento da temperatura. Polo tanto, teña coidado ao usar lubricantes. Non mesture tipos de graxas, aínda que usen os mesmos elementos. Se se usan outras graxas na aplicación, isto afectará directamente ao rendemento do motor.

Como reducir as perdas de motor?

Dende a distribución de perdas domotorvaría segundo o tamaño da potencia e o número de polos, para reducir a perda, debemos centrarnos en tomar medidas para os principais compoñentes de perda de diferentes potencias e polos. Algunhas formas de reducir a perda descríbense brevemente como segue:

1. Aumenta os materiais eficaces, reduce a perda de bobinado e de ferro

Segundo o principio de semellanza dos motores, cando a carga electromagnética permanece inalterada e non se considera a perda mecánica, a perda do motor é aproximadamente proporcional ao cubo do tamaño lineal do motor e a potencia de entrada do motor é aproximadamente proporcional á cuarta potencia do tamaño lineal. A partir diso, pódese aproximar a relación entre a eficiencia e o uso efectivo do material. Co fin de obter un espazo maior baixo determinadas condicións de tamaño da instalación para que se poidan colocar materiais máis eficaces para mellorar a eficiencia do motor, o tamaño do diámetro exterior da perforación do estator convértese nun factor importante. Dentro do mesmo rango de base de máquinas, os motores estadounidenses teñen unha maior potencia que os europeos. Co fin de facilitar a disipación da calor e reducir o aumento da temperatura, os motores estadounidenses adoitan empregar perforacións de estator con diámetros exteriores maiores, mentres que os motores europeos adoitan empregar perforacións de estator con diámetros exteriores máis pequenos debido á necesidade de derivados estruturais como motores a proba de explosión e para reducir a cantidade de cobre utilizada no extremo do bobinado e os custos de produción.

2. Use mellores materiais magnéticos e medidas de proceso para reducir a perda de ferro

As propiedades magnéticas (permeabilidade magnética e perda unitaria de ferro) do material do núcleo teñen unha gran influencia na eficiencia e outros rendementos do motor. Ao mesmo tempo, o custo do material do núcleo é a parte principal do custo do motor. Polo tanto, a selección de materiais magnéticos axeitados é a clave para deseñar e fabricar motores de alta eficiencia. Nos motores de alta potencia, a perda de ferro supón unha proporción considerable da perda total, polo que reducir o valor de perda unitaria do material do núcleo axudará a reducir a perda de ferro do motor. Debido ao deseño e fabricación do motor, a perda de ferro do motor supera en gran medida o valor calculado segundo o valor de perda de ferro da unidade proporcionado pola acería, polo que o valor da perda de ferro da unidade é xeralmente aumentado en 1,5 ~ 2 veces durante o deseño para considerar o aumento da perda de ferro.

O motivo do aumento da perda de ferro débese principalmente a que o valor da unidade de perda de ferro da fábrica de aceiro obtense probando a mostra de material de tira segundo o método do círculo cadrado de Epstein, pero o material está sometido a unha gran tensión despois de perforar, cortar e laminar, e a perda aumentará; ademais, o espazo de aire causado pola presenza da ranura do dente leva ao campo magnético harmónico do dente causando perdas sen carga na superficie do núcleo, o que levará a un aumento significativo da perda de ferro despois da fabricación do motor. Polo tanto, ademais de seleccionar materiais magnéticos con menor perda unitaria de ferro, tamén é necesario controlar a presión de laminación e tomar as medidas de proceso necesarias para reducir a perda de ferro. Tendo en conta os factores de prezo e proceso, as chapas de aceiro de silicio de alta calidade e as chapas de aceiro de silicio máis delgadas que 0,5 mm non se usan moito na produción de motores de alta eficiencia. Xeralmente utilízanse chapas de aceiro eléctrico sen silicio con baixo contido de carbono ou chapas de aceiro laminadas en frío con baixo contido de silicio. Algúns fabricantes de pequenos motores europeos utilizaron chapas de aceiro eléctrico sen silicio cun valor de perda unitaria de ferro de 6,5 w/kg. Nos últimos anos, as siderúrxicas lanzaron chapas de aceiro eléctrico Polycor420 cunha perda media unitaria de 4,0 w/kg, que é incluso menor que algunhas chapas de aceiro con baixo contido de silicio. O material tamén ten unha maior permeabilidade magnética.

Nos últimos anos, Xapón desenvolveu unha chapa de aceiro laminada en frío con baixo contido de silicio cunha calidade de 50RMA350. Engádese unha pequena cantidade de aluminio e metais de terras raras á súa composición, mantendo así unha maior permeabilidade magnética mentres se reducen as perdas. O seu valor unitario de perda de ferro é de 3,12 w/kg. Todo isto é probable que proporcione unha mellor base material para a produción e promoción de motores de alta eficiencia.

3. Reducir o tamaño do ventilador para reducir a perda de ventilación

Para motores de 2 e 4 polos de maior potencia, a fricción do vento representa unha proporción considerable. Por exemplo, a fricción do vento dun motor de 2 polos de 90 kW pode alcanzar preto do 30% da perda total. A fricción do vento está composta principalmente pola potencia consumida polo ventilador. Dado que a perda de calor dos motores de alta eficiencia é xeralmente baixa, pódese reducir o volume de aire de refrixeración e, polo tanto, tamén se pode reducir a potencia de ventilación. A potencia de ventilación é aproximadamente proporcional á 4ª a 5ª potencia do diámetro do ventilador. Polo tanto, se se permite o aumento da temperatura, reducir o tamaño do ventilador pode reducir eficazmente a fricción do vento. Ademais, o deseño razoable da estrutura de ventilación tamén é importante para mellorar a eficiencia da ventilación e reducir a fricción do vento. As probas demostraron que a fricción do vento da parte de 2 polos de alta potencia dun motor de alta eficiencia pode reducirse nun 30% en comparación coa dun motor común. Dado que a perda de ventilación redúcese nunha gran marxe e non require moito custo adicional, cambiar o deseño do ventilador adoita ser unha das principais medidas tomadas para esta parte dos motores de alta eficiencia.

4. Reducir as perdas perdidas mediante medidas de deseño e proceso

As perdas perdidas dos motores asíncronos son principalmente perdas de alta frecuencia xeradas por harmónicos de alto orde do campo magnético nos núcleos e enrolamentos do estator e do rotor. Para reducir a perda de perda de carga, pódese reducir a amplitude de cada harmónica de fase utilizando un enrolamento sinusoidal conectado en serie Y-Δ ou outro enrolamento de harmónico baixo, reducindo así a perda de perda. Os experimentos demostran que o uso de enrolamentos sinusoidal pode reducir a perda perdida en máis dun 30% de media.

5. Mellorar o proceso de fundición para reducir a perda do rotor

Ao controlar a presión, a temperatura e o camiño de descarga de gas durante a fundición de aluminio do rotor, pódese reducir o gas nas barras do rotor, mellorando así a condutividade e reducindo a perda de aluminio do rotor. Nos últimos anos, os Estados Unidos desenvolveron con éxito equipos de fundición a presión de rotor de cobre e os procesos correspondentes, e actualmente está a realizar unha produción de proba a pequena escala. Os cálculos mostran que se un rotor de cobre substitúe un rotor de aluminio, a perda do rotor pode reducirse nun 38%.

6. Aplicar deseño de optimización informática para reducir as perdas e mellorar a eficiencia

Ademais de aumentar os materiais, mellorar as propiedades dos materiais e mellorar os procesos, utilízase o deseño de optimización informática para determinar razoablemente varios parámetros baixo as limitacións de custo e rendemento, logrando así a máxima mellora posible na eficiencia. O uso de deseño optimizado pode acurtar significativamente o tempo de deseño do motor e mellorar a calidade do deseño do motor.