Uvod u motoričku učinkovitost

Kako poboljšati motoričku učinkovitost?

Na ovu učinkovitost motora utječe mala količina gubitaka, uključujući gubitke otpora, mehaničke gubitke uzrokovane trenjem, gubitke uzrokovane rasipanjem magnetske energije u jezgri i različite gubitke ovisno o vrsti korištenog materijala. Da bi motor bio učinkovitiji, moramo smanjiti gubitke u motoru. Evo nekoliko metoda ili savjeta koji se mogu usvojiti za poboljšanje koeficijenta učinkovitosti motora.

1. Funkcija okvira motora je osigurati mehaničku zaštitu namota. Također je odgovoran za sučelje koje montiraju noge. Okvir motora igra vitalnu ulogu u njegovim toplinskim performansama jer je odgovoran za prijenos topline generirane unutar motora na površinu okvira gdje će zrak koji puše ventilator pospješiti raspršivanje topline. To će smanjiti gubitke topline.
2. Još jedan osnovni savjet je održavanje minimalnog razmaka između zidova blizu stražnje strane poklopca ventilatora kako bi se omogućio usis zraka. Održavajte područje oko motora čistim i redovito provjeravajte ima li zračnih blokada koje mogu smanjiti učinkovitost rashladnog sustava. Stoga, što je motor hladniji, to će duže trajati.
3. Stator je glavna komponenta motora i uzrokuje 60% gubitaka, pa da bi se ti gubici smanjili, masa namota statora mora biti velika jer povećanje mase smanjuje otpor. Motori visoke učinkovitosti sadrže 25% više bakra u usporedbi s motorima dizajniranim za modele standardne učinkovitosti.
4. Gubici rotora također se smatraju manjim izvorom gubitaka, uglavnom uzrokovanih stupnjem klizanja koji motor pokazuje. Klizanje je zapravo razlika između brzine magnetskog polja (RPM) i stvarnog broja okretaja u minuti rotora i osovine pri određenom opterećenju. Među njima, klizanje se dobiva oduzimanjem brzine opterećenog motora od brzine neopterećenog motora i dijeljenjem s brzinom opterećenog motora. Dakle, da bi se ti gubici smanjili, potrebno je smanjiti klizanje, što se postiže povećanjem vodljivosti rotora. Bakar se mora koristiti u velikim količinama zbog njegove visoke vodljivosti. Ali bakar se mora lijevati pod tlakom jer je nedavno razvijen postupak za tlačno lijevanje bakra.
5. Magnetski gubici u jezgri proizlaze iz histereze, a 20% ukupnih gubitaka uzrokovano je vrtložnim strujama i zasićenjem u jezgri. Korištenjem visokokvalitetnih materijala i kontrolom kvalitete, gubici se mogu svesti na minimum, čime se poboljšava učinkovitost.
6. Kako bi se smanjili učinci histereze i zasićenja, za laminiranje će se koristiti čelik koji sadrži malu količinu silicija umjesto jeftinog ugljičnog čelika. Na taj se način mogu eliminirati gubici u jezgri. Smanjenjem debljine sloja i povećanjem duljine sloja, gustoća protoka i gubitak jezgre mogu se svesti na minimum.
7. Gubici vrtložnih struja mogu se u velikoj mjeri svesti na najmanju moguću mjeru osiguravanjem odgovarajuće izolacije između ploča ili laminata koji se koriste.
8. Interval podmazivanja je funkcija nazivne brzine instalacije motora, veličine ležaja, vrste masti i porasta temperature. Stoga budite oprezni pri korištenju lubrikanata. Nemojte miješati vrste masti, čak i ako koriste iste elemente. Ako se u primjeni koriste druge masti, to će izravno utjecati na performanse motora.

Kako smanjiti gubitke motora?

Od distribucije gubitakamotorvarira s veličinom snage i brojem polova, kako bismo smanjili gubitke, trebali bismo se usredotočiti na poduzimanje mjera za glavne komponente gubitaka različitih snaga i polova. Neki načini smanjenja gubitka ukratko su opisani kako slijedi:

1. Povećajte učinkovitost materijala, smanjite gubitak namota i gubitak željeza

Prema načelu sličnosti motora, kada elektromagnetsko opterećenje ostaje nepromijenjeno i ne uzima se u obzir mehanički gubitak, gubitak motora je približno proporcionalan kubu linearne veličine motora, a ulazna snaga motora je približno proporcionalna četvrtoj potenciji linearne veličine. Iz ovoga se može približno odrediti odnos između učinkovitosti i učinkovite upotrebe materijala. Kako bi se dobio veći prostor pod određenim uvjetima veličine instalacije, tako da se mogu postaviti učinkovitiji materijali za poboljšanje učinkovitosti motora, veličina vanjskog promjera proboja statora postaje važan faktor. Unutar istog osnovnog raspona strojeva, američki motori imaju veću snagu od europskih motora. Kako bi se olakšala disipacija topline i smanjio porast temperature, američki motori općenito koriste statorske proboje s većim vanjskim promjerima, dok europski motori općenito koriste statorske proboje s manjim vanjskim promjerima zbog potrebe za konstrukcijskim izvedenicama kao što su motori otporni na eksploziju i radi smanjenja količine bakra koji se koristi na kraju namota i troškova proizvodnje.

2. Koristite bolje magnetske materijale i procesne mjere za smanjenje gubitka željeza

Magnetska svojstva (magnetska propusnost i jedinični gubitak željeza) materijala jezgre imaju veliki utjecaj na učinkovitost i ostale performanse motora. U isto vrijeme, trošak materijala jezgre je glavni dio troška motora. Stoga je odabir odgovarajućih magnetskih materijala ključ za projektiranje i proizvodnju visokoučinkovitih motora. U motorima velike snage gubitak željeza čini značajan udio ukupnog gubitka, tako da će smanjenje jedinične vrijednosti gubitka materijala jezgre pomoći u smanjenju gubitka željeza motora. Zbog dizajna i proizvodnje motora, gubitak željeza motora uvelike premašuje vrijednost izračunatu prema jediničnoj vrijednosti gubitka željeza koju daje čeličana, tako da se jedinična vrijednost gubitka željeza općenito povećava 1,5~2 puta tijekom projektiranja kako bi se uzelo u obzir povećanje gubitka željeza.

Razlog povećanja gubitka željeza je uglavnom zato što se jedinična vrijednost gubitka željeza u čeličani dobiva ispitivanjem uzorka trakastog materijala prema Epsteinovoj metodi kvadratnog kruga, ali materijal je podvrgnut velikom naprezanju nakon probijanja, rezanja i laminiranja, pa će se gubitak povećati; osim toga, zračni raspor uzrokovan prisutnošću utora zuba dovodi do harmoničkog magnetskog polja zuba koje uzrokuje gubitak bez opterećenja na površini jezgre, što će dovesti do značajnog povećanja gubitka željeza nakon proizvodnje motora. Stoga, uz odabir magnetskih materijala s manjim jediničnim gubitkom željeza, također je potrebno kontrolirati tlak laminacije i poduzeti potrebne procesne mjere za smanjenje gubitka željeza. S obzirom na cijenu i čimbenike procesa, visokokvalitetni silikonski čelični limovi i silikonski čelični limovi tanji od 0,5 mm ne koriste se mnogo u proizvodnji visokoučinkovitih motora. Općenito se koriste električni čelični limovi s niskim udjelom ugljika bez silicija ili hladno valjani čelični limovi s niskim udjelom silicija. Neki proizvođači malih europskih motora koristili su električne čelične ploče bez silicija s jediničnom vrijednošću gubitka željeza od 6,5 w/kg. Posljednjih godina čeličane su lansirale Polycor420 električne čelične ploče s prosječnim jediničnim gubitkom od 4,0 w/kg, što je čak niže od nekih čeličnih ploča s niskim udjelom silicija. Materijal također ima veću magnetsku propusnost.

Posljednjih godina Japan je razvio hladno valjani čelični lim s niskim udjelom silicija s ocjenom 50RMA350. U njegov sastav dodaje se mala količina aluminija i rijetkih zemnih metala, čime se održava veća magnetska propusnost uz smanjenje gubitaka. Njegova jedinična vrijednost gubitka željeza je 3,12 w/kg. Sve će to vjerojatno pružiti bolju materijalnu osnovu za proizvodnju i promicanje visokoučinkovitih motora.

3. Smanjite veličinu ventilatora kako biste smanjili gubitak ventilacije

Za 2- i 4-polne motore veće snage, trenje vjetra čini značajan udio. Na primjer, trenje vjetra 90kW 2-polnog motora može doseći oko 30% ukupnog gubitka. Trenje vjetra uglavnom se sastoji od snage koju troši ventilator. Budući da je gubitak topline visokoučinkovitih motora općenito nizak, volumen rashladnog zraka može se smanjiti, a time i snaga ventilacije. Snaga ventilacije približno je proporcionalna 4. do 5. potenciji promjera ventilatora. Stoga, ako je porast temperature dopušten, smanjenje veličine ventilatora može učinkovito smanjiti trenje vjetra. Osim toga, razuman dizajn strukture ventilacije također je važan za poboljšanje učinkovitosti ventilacije i smanjenje trenja vjetra. Ispitivanja su pokazala da se trenje vjetra 2-polnog dijela velike snage motora visoke učinkovitosti može smanjiti za oko 30% u usporedbi s trenjem običnog motora. Budući da je gubitak ventilacije znatno smanjen i ne zahtijeva mnogo dodatnih troškova, promjena dizajna ventilatora često je jedna od glavnih mjera koje se poduzimaju za ovaj dio visokoučinkovitih motora.

4. Smanjite zalutale gubitke kroz projektiranje i procesne mjere

Lutajući gubici asinkronih motora uglavnom su visokofrekventni gubici generirani harmonicima visokog reda magnetskog polja u jezgrama statora i rotora i namota. Kako bi se smanjio lutajući gubitak opterećenja, amplituda svakog faznog harmonika može se smanjiti upotrebom Y-Δ serijski spojenog sinusoidnog namota ili drugog niskog harmoničkog namota, čime se smanjuje lutajući gubitak. Eksperimenti pokazuju da uporaba sinusoidnog namota može smanjiti raspršene gubitke za više od 30% u prosjeku.

5. Poboljšajte postupak tlačnog lijevanja kako biste smanjili gubitak rotora

Kontrolom tlaka, temperature i putanje ispuštanja plina tijekom lijevanja aluminija rotora, plin u polugama rotora može se smanjiti, čime se poboljšava vodljivost i smanjuje gubitak aluminija rotora. Posljednjih su godina Sjedinjene Države uspješno razvile opremu za tlačno lijevanje bakrenog rotora i odgovarajuće procese, a trenutno provode probnu proizvodnju u malom opsegu. Izračuni pokazuju da ako bakreni rotor zamijeni aluminijski, gubitak rotora može se smanjiti za oko 38%.

6. Primijenite računalni optimizacijski dizajn kako biste smanjili gubitke i poboljšali učinkovitost

Osim povećanja materijala, poboljšanja svojstava materijala i poboljšanja procesa, računalna optimizacija se koristi za razumno određivanje različitih parametara pod ograničenjima troškova i performansi, čime se postiže maksimalno moguće poboljšanje učinkovitosti. Korištenje optimiziranog dizajna može značajno skratiti vrijeme projektiranja motora i poboljšati kvalitetu dizajna motora.