Bevezetés a motor hatékonyságába

Hogyan javítható a motor hatékonysága?

A motornak ezt a hatásfokát csekély mértékű veszteség befolyásolja, beleértve az ellenállási veszteségeket, a súrlódásból eredő mechanikai veszteségeket, a mágneses energia magban történő disszipációja által okozott veszteségeket, valamint a felhasznált anyag típusától függően különböző veszteségeket. A motor hatékonyabbá tételéhez csökkentenünk kell a motor veszteségeit. Íme néhány módszer vagy tipp, amelyekkel javítható a motor hatékonysági együtthatója.

1. A motorkeret feladata a tekercsek mechanikai védelme. Felelős a lábakra szerelt interfészért is. A motorváz létfontosságú szerepet játszik a hőteljesítményében, mivel felelős a motor belsejében keletkező hő átviteléért a keret felületére, ahol a ventilátor által fújt levegő elősegíti a hőelvezetést. Ez csökkenti a hőveszteséget.
2. Egy másik alapvető tipp az, hogy a ventilátor burkolatának hátuljához közeli falak között minimális távolságot kell tartani, hogy lehetővé tegye a levegő bejutását. Tartsa tisztán a motor körüli területet, és rendszeresen ellenőrizze, hogy nincs-e eltömődés a levegőben, ami csökkentheti a hűtőrendszer teljesítményét. Ezért minél hűvösebben jár a motor, annál tovább tart.
3. Az állórész a motor fő alkotóeleme és a veszteségek 60%-át okozza, ezért ezen veszteségek csökkentése érdekében az állórész tekercsének tömegét nagyban kell tartani, mert a tömegnövekedés csökkenti az ellenállást. A nagy hatásfokú motorok 25% extra rezet tartalmaznak a normál hatékonyságú modellekhez tervezett motorokhoz képest.
4. A forgórész veszteségei szintén kisebb veszteségforrásnak számítanak, főként a motor által mutatott csúszás mértéke miatt. A csúszás valójában a mágneses tér fordulatszáma (RPM) és a rotor és a tengely tényleges fordulatszáma közötti különbség adott terhelés mellett. Ezek közül a csúszást úgy kapjuk meg, hogy a terheletlen motor fordulatszámából kivonjuk a terhelt motor fordulatszámát, és elosztjuk a terhelt motor fordulatszámával. Ezért ezen veszteségek csökkentése érdekében csökkenteni kell a csúszást, ami a forgórész vezetőképességének növelésével történik. A rezet nagy vezetőképessége miatt nagy mennyiségben kell használni. De a rezet fröccsöntöttnek kell lennie, mert a közelmúltban kifejlesztettek egy eljárást a réz présöntésére.
5. A magmágneses veszteségek hiszterézisből származnak, és a teljes veszteség 20%-át a mag örvényáramok és a telítettség okozzák. Kiváló minőségű anyagok használatával és minőség-ellenőrzéssel a veszteségek minimalizálhatók, ezáltal javul a hatékonyság.
6. A hiszterézis és a telítettség hatásának csökkentése érdekében az alacsony költségű szénacél helyett kis mennyiségű szilíciumot tartalmazó acélt használnak majd a lamináláshoz. Ily módon a magveszteségek kiküszöbölhetők. A laminálás vastagságának csökkentésével és a laminálási hossz növelésével a fluxussűrűség és a magveszteség minimalizálható.
7. Az örvényáram-veszteség nagymértékben minimalizálható a felhasznált lapok vagy laminátumok közötti megfelelő szigetelés biztosításával.
8. A kenési intervallum a motor beépítési névleges fordulatszámától, a csapágymérettől, a zsír típusától és a hőmérséklet-emelkedéstől függ. Ezért kérjük, legyen óvatos a kenőanyagok használatakor. Ne keverje össze a zsírfajtákat, még akkor sem, ha ugyanazokat az elemeket használják. Ha más zsírokat használnak az alkalmazásban, az közvetlenül befolyásolja a motor teljesítményét.

Hogyan csökkenthető a motorveszteség?

Mivel a veszteségeloszlás amotora teljesítmény méretétől és a pólusok számától függően változik, a veszteség csökkentése érdekében a különböző teljesítmények és pólusok fő veszteségi összetevőire kell összpontosítani. A veszteség csökkentésének néhány módja az alábbiakban röviden ismertetésre kerül:

1. Növelje a hatékony anyagok mennyiségét, csökkentse a tekercselési veszteséget és a vasveszteséget

A motorok hasonlósági elve szerint, ha az elektromágneses terhelés változatlan marad és a mechanikai veszteséget nem vesszük figyelembe, a motor vesztesége hozzávetőlegesen arányos a motor lineáris méretének kockájával, a motor bemeneti teljesítménye pedig megközelítőleg arányos a lineáris méret negyedik hatványával. Ebből közelíthető a hatékonyság és a hatékony anyagfelhasználás közötti kapcsolat. Annak érdekében, hogy bizonyos beépítési méretviszonyok mellett nagyobb hely álljon rendelkezésre, hogy hatékonyabb anyagokat lehessen elhelyezni a motor hatékonyságának javítása érdekében, az állórész lyukasztásának külső átmérője fontos tényezővé válik. Ugyanazon a gépalap-tartományon belül az amerikai motorok nagyobb teljesítményűek, mint az európai motorok. A hőelvezetés megkönnyítése és a hőmérséklet-emelkedés csökkentése érdekében az amerikai motorok általában nagyobb külső átmérőjű állórész-lyukasztást használnak, míg az európai motorok általában kisebb külső átmérőjű állórész-lyukasztást alkalmaznak, mivel olyan szerkezeti származékokra van szükség, mint a robbanásbiztos motorok, valamint csökkentik a tekercsvégen felhasznált réz mennyiségét és a gyártási költségeket.

2. Használjon jobb mágneses anyagokat és eljárásokat a vasveszteség csökkentése érdekében

A maganyag mágneses tulajdonságai (mágneses permeabilitás és egységnyi vasveszteség) nagyban befolyásolják a motor hatásfokát és egyéb teljesítményét. Ugyanakkor a maganyag költsége a motor költségének fő része. Ezért a megfelelő mágneses anyagok kiválasztása a kulcsa a nagy hatásfokú motorok tervezésének és gyártásának. A nagy teljesítményű motorokban a vasveszteség a teljes veszteség jelentős hányadát teszi ki, így a maganyag egységnyi veszteségértékének csökkentése segít csökkenteni a motor vasveszteségét. A motor tervezéséből és gyártásából adódóan a motor vasvesztesége nagymértékben meghaladja az acélgyár által biztosított egységnyi vasveszteség szerint számított értéket, ezért az egységnyi vasveszteség értéke általában 1,5-2-szeresére nő a tervezés során, figyelembe véve a vasveszteség növekedését.

A vasveszteség növekedésének oka elsősorban az, hogy az acélgyár egységnyi vasveszteségi értékét a szalaganyagminta Epstein-négyzetkör módszer szerinti vizsgálatával kapjuk meg, de az anyag lyukasztás, nyírás és laminálás után nagy igénybevételnek van kitéve, és a veszteség növekedni fog; emellett a foghorony jelenléte által okozott légrés a fog harmonikus mágneses mezőjéhez vezet, ami üresjárati veszteséget okoz a mag felületén, ami a motor gyártása után a vasveszteség jelentős növekedéséhez vezet. Ezért a kisebb egységnyi vasveszteségű mágneses anyagok kiválasztása mellett a laminálási nyomás szabályozása és a vasveszteség csökkentése érdekében szükséges eljárási intézkedések megtétele is szükséges. Tekintettel az ár- és folyamattényezőkre, a kiváló minőségű szilíciumacél lemezeket és a 0,5 mm-nél vékonyabb szilíciumacél lemezeket nem nagyon használják a nagy hatásfokú motorok gyártásában. Általában alacsony széntartalmú szilíciummentes elektromos acéllemezeket vagy alacsony szilíciumtartalmú hidegen hengerelt szilícium acéllemezeket használnak. Egyes európai kismotorgyártók szilíciummentes elektromos acéllemezeket használtak 6,5 W/kg egységnyi vasveszteséggel. Az elmúlt években az acélgyárak olyan Polycor420 elektromos acéllemezeket dobtak piacra, amelyek átlagos egységnyi vesztesége 4,0 w/kg, ami még néhány alacsony szilíciumtartalmú acéllemezénél is alacsonyabb. Az anyagnak nagyobb a mágneses permeabilitása is.

Az elmúlt években Japán alacsony szilíciumtartalmú hidegen hengerelt acéllemezt fejlesztett ki, amelynek minősége 50RMA350. Kis mennyiségű alumíniumot és ritkaföldfémeket adnak a készítményhez, ezáltal fenntartják a nagyobb mágneses permeabilitást, miközben csökkentik a veszteségeket. Az egységnyi vasveszteség értéke 3,12w/kg. Mindezek valószínűleg jobb anyagi alapot biztosítanak a nagy hatásfokú motorok gyártásához és népszerűsítéséhez.

3. Csökkentse a ventilátor méretét a szellőzési veszteség csökkentése érdekében

A nagyobb teljesítményű, 2- és 4-pólusú motoroknál a szélsúrlódás jelentős hányada. Például egy 90 kW-os 2 pólusú motor szélsúrlódása elérheti a teljes veszteség körülbelül 30%-át. A szélsúrlódás főként a ventilátor által fogyasztott teljesítményből tevődik össze. Mivel a nagy hatásfokú motorok hővesztesége általában alacsony, a hűtőlevegő mennyisége csökkenthető, így a szellőző teljesítmény is csökkenthető. A szellőző teljesítmény hozzávetőlegesen arányos a ventilátor átmérőjének 4-5. Ezért, ha a hőmérséklet-emelkedés megengedett, a ventilátor méretének csökkentése hatékonyan csökkentheti a szélsúrlódást. Emellett a szellőzőszerkezet ésszerű kialakítása is fontos a szellőzés hatékonyságának javítása és a szélsúrlódás csökkentése szempontjából. A tesztek kimutatták, hogy a nagy teljesítményű motorok nagy teljesítményű 2 pólusú részének szélsúrlódása körülbelül 30%-kal csökkenthető egy közönséges motoréhoz képest. Mivel a szellőzési veszteség nagymértékben csökken, és nem igényel sok többletköltséget, a ventilátor kialakításának megváltoztatása gyakran az egyik fő intézkedés a nagy hatásfokú motorok ezen része esetében.

4. Csökkentse a kóbor veszteségeket tervezési és folyamatintézkedésekkel

Az aszinkron motorok szórt veszteségei főként nagyfrekvenciás veszteségek, amelyeket az állórész- és a forgórészmagokban és a tekercsekben a mágneses tér nagyfokú harmonikusai generálnak. A terhelés szórt veszteségének csökkentése érdekében az egyes fázisharmonikusok amplitúdója csökkenthető Y-Δ sorba kapcsolt szinuszos tekercs vagy más alacsony harmonikus tekercs alkalmazásával, ezáltal csökkentve a szórt veszteséget. A kísérletek azt mutatják, hogy a szinuszos tekercs használata átlagosan több mint 30%-kal csökkentheti a szórt veszteséget.

5. Javítsa a fröccsöntési folyamatot a rotorveszteség csökkentése érdekében

A nyomás, a hőmérséklet és a gázkisülési út szabályozásával a rotor alumíniumöntése során csökkenthető a rotorrudakban lévő gáz mennyisége, ezáltal javítható a vezetőképesség és csökkenthető a rotor alumíniumvesztesége. Az elmúlt években az Egyesült Államokban sikeresen fejlesztették ki a rézrotoros fröccsöntő berendezéseket és a megfelelő eljárásokat, és jelenleg is folyik kisüzemi próbagyártás. A számítások azt mutatják, hogy ha az alumínium rotort réz rotorral helyettesítik, a rotor vesztesége körülbelül 38%-kal csökkenthető.

6. Alkalmazzon számítógépes optimalizálási tervezést a veszteségek csökkentése és a hatékonyság javítása érdekében

Az anyagok növelése, az anyagtulajdonságok javítása és a folyamatok javítása mellett számítógépes optimalizálási tervezést alkalmaznak a különféle paraméterek ésszerű meghatározására a költség és a teljesítmény korlátai között, ezáltal a lehető legnagyobb hatékonyságnövekedés érhető el. Az optimalizált tervezés alkalmazása jelentősen lerövidítheti a motortervezés idejét és javíthatja a motortervezés minőségét.