Introduksjon til motorisk effektivitet

Hvordan forbedre motoreffektiviteten?

Denne effektiviteten til motoren påvirkes av en liten mengde tap, inkludert motstandstap, mekaniske tap forårsaket av friksjon, tap forårsaket av spredning av magnetisk energi i kjernen, og forskjellige tap avhengig av type materiale som brukes. For å gjøre motoren mer effektiv må vi redusere tapene i motoren. Her er noen metoder eller tips som kan tas i bruk for å forbedre effektivitetskoeffisienten til motoren.

1. Motorrammens funksjon er å gi mekanisk beskyttelse for viklingene. Den er også ansvarlig for grensesnittet montert ved bena. Motorrammen spiller en viktig rolle i dens termiske ytelse, da den er ansvarlig for å overføre varmen som genereres inne i motoren til overflaten av rammen, hvor luften som blåses av viften vil fremme varmespredning. Dette vil redusere varmetapet.
2. Et annet grunnleggende tips er å opprettholde et minimumsavstand mellom vegger nær baksiden av viftedekselet for å tillate luftinntak. Hold området rundt motoren rent og sjekk regelmessig for luftblokkeringer som kan redusere ytelsen til kjølesystemet. Derfor, jo kjøligere motoren går, jo lenger vil den vare.
3. Statoren er hovedkomponenten i motoren og forårsaker 60 % av tapene, så for å redusere disse tapene må massen til statorviklingen holdes stor fordi økningen i massen reduserer motstanden. Høyeffektive motorer inneholder 25 % ekstra kobber sammenlignet med motorer designet for standard effektivitetsmodeller.
4. Rotortap regnes også som en mindre kilde til tap, hovedsakelig forårsaket av graden av skli motoren viser. Slip er faktisk forskjellen mellom hastigheten til magnetfeltet (RPM) og faktisk RPM til rotoren og akselen ved en gitt belastning. Blant dem oppnås slip ved å trekke hastigheten til den belastede motoren fra hastigheten til den ubelastede motoren og dele den med hastigheten til den belastede motoren. For å redusere disse tapene må derfor slipp reduseres, noe som gjøres ved å øke konduktiviteten til rotoren. Kobber må brukes i store mengder på grunn av sin høye ledningsevne. Men kobberet må støpes fordi det nylig er utviklet en prosess for støping av kobber.
5. Kjernemagnetiske tap er avledet fra hysterese, og 20 % av de totale tapene er forårsaket av kjernevirvelstrømmer og metning. Ved å bruke materialer av høy kvalitet og kvalitetskontroll kan tap minimeres, og dermed forbedre effektiviteten.
6. For å redusere effekten av hysterese og metning, vil stål som inneholder en liten mengde silisium bli brukt til laminering i stedet for lavkost karbonstål. På denne måten kan kjernetap elimineres. Ved å redusere lamineringstykkelsen og øke lamineringslengden, kan flukstettheten og kjernetapet minimeres.
7. Virvelstrømstap kan minimeres i stor grad ved å sikre riktig isolasjon mellom arkene eller laminatene som brukes.
8. Smøreintervallet er en funksjon av motorinstallasjonens nominelle hastighet, lagerstørrelse, fetttype og temperaturøkning. Vær derfor forsiktig når du bruker smøremidler. Ikke bland fetttyper, selv om de bruker de samme elementene. Hvis andre fett brukes i applikasjonen, vil dette direkte påvirke motorytelsen.

Hvordan redusere motortap?

Siden tapsfordelingen avmotorvarierer med effektstørrelsen og antall poler, for å redusere tapet bør vi fokusere på å ta tiltak for hovedtapskomponentene til ulike krafter og poler. Noen måter å redusere tapet på er kort beskrevet som følger:

1. Øk effektive materialer, reduser viklingstap og jerntap

I henhold til likhetsprinsippet til motorer, når den elektromagnetiske belastningen forblir uendret og mekanisk tap ikke vurderes, er tapet av motoren omtrent proporsjonalt med kuben av den lineære størrelsen til motoren, og inngangseffekten til motoren er omtrent proporsjonal med den fjerde potensen av den lineære størrelsen. Fra dette kan forholdet mellom effektivitet og effektiv materialbruk tilnærmes. For å oppnå større plass under visse installasjonsstørrelsesforhold, slik at mer effektive materialer kan plasseres for å forbedre motoreffektiviteten, blir den ytre diameterstørrelsen på statorstansen en viktig faktor. Innenfor samme maskinbaseområde har amerikanske motorer større effekt enn europeiske motorer. For å lette varmeavledning og redusere temperaturstigning, bruker amerikanske motorer generelt statorstanser med større ytre diameter, mens europeiske motorer generelt bruker statorstanser med mindre ytre diametre på grunn av behovet for strukturelle derivater som eksplosjonssikre motorer og for å redusere mengden kobber som brukes i viklingsenden og produksjonskostnader.

2. Bruk bedre magnetiske materialer og prosesstiltak for å redusere jerntapet

De magnetiske egenskapene (magnetisk permeabilitet og enhetsjerntap) til kjernematerialet har stor innflytelse på motorens effektivitet og annen ytelse. Samtidig er kostnaden for kjernematerialet hoveddelen av kostnadene for motoren. Derfor er valget av passende magnetiske materialer nøkkelen til å designe og produsere høyeffektive motorer. I motorer med høy effekt utgjør jerntapet en betydelig andel av det totale tapet, så å redusere enhetstapet til kjernematerialet vil bidra til å redusere jerntapet til motoren. På grunn av designen og produksjonen av motoren, overstiger jerntapet til motoren i stor grad verdien beregnet i henhold til enhetsjerntapets verdi levert av stålverket, så enhetsjerntapet økes vanligvis med 1,5 ~ 2 ganger under design for å vurdere økningen i jerntapet.

Årsaken til økningen i jerntapet er hovedsakelig fordi enhetsjernstapsverdien til stålverket oppnås ved å teste båndmaterialeprøven i henhold til Epstein square circle-metoden, men materialet utsettes for store påkjenninger etter stansing, skjæring og laminering, og tapet vil øke; i tillegg fører luftgapet forårsaket av tilstedeværelsen av tannspalten til at tannens harmoniske magnetfelt forårsaker ubelastetap på kjerneoverflaten, noe som vil føre til en betydelig økning i jerntapet etter at motoren er produsert. Derfor, i tillegg til å velge magnetiske materialer med lavere enhetsjerntap, er det også nødvendig å kontrollere lamineringstrykket og ta nødvendige prosesstiltak for å redusere jerntapet. På grunn av pris- og prosessfaktorer brukes ikke høyverdige silisiumstålplater og silisiumstålplater tynnere enn 0,5 mm i produksjonen av høyeffektive motorer. Silisiumfrie elektriske stålplater med lavt karbon eller kaldvalsede silisiumstålplater med lavt silisium brukes vanligvis. Noen produsenter av små europeiske motorer har brukt silisiumfrie elektriske stålplater med en jerntapverdi på 6,5 w/kg. De siste årene har stålfabrikker lansert Polycor420 elektriske stålplater med et gjennomsnittlig enhetstap på 4,0 w/kg, som er enda lavere enn noen stålplater med lavt silisiuminnhold. Materialet har også en høyere magnetisk permeabilitet.

De siste årene har Japan utviklet en kaldvalset stålplate med lavt silisiuminnhold med karakteren 50RMA350. En liten mengde aluminium og sjeldne jordmetaller tilsettes sammensetningen, og opprettholder dermed en høyere magnetisk permeabilitet samtidig som tapene reduseres. Dens enhetsjerntapverdi er 3,12w/kg. Alle disse vil sannsynligvis gi et bedre materiell grunnlag for produksjon og promotering av høyeffektive motorer.

3. Reduser størrelsen på viften for å redusere ventilasjonstap

For større 2- og 4-polede motorer utgjør vindfriksjon en betydelig andel. For eksempel kan vindfriksjonen til en 90kW 2-polet motor nå omtrent 30 % av det totale tapet. Vindfriksjon består hovedsakelig av kraften som forbrukes av viften. Siden varmetapet til høyeffektive motorer generelt er lavt, kan kjøleluftvolumet reduseres, og dermed kan også ventilasjonseffekten reduseres. Ventilasjonseffekten er omtrent proporsjonal med 4. til 5. potens av viftediameteren. Derfor, hvis temperaturøkningen tillates, kan reduksjon av viftestørrelsen effektivt redusere vindfriksjonen. I tillegg er fornuftig utforming av ventilasjonsstrukturen også viktig for å forbedre ventilasjonseffektiviteten og redusere vindfriksjonen. Tester har vist at vindfriksjonen til den høyeffekts 2-polede delen av en høyeffektiv motor kan reduseres med ca. 30 % sammenlignet med en vanlig motor. Siden ventilasjonstapet reduseres med stor margin og ikke krever store ekstrakostnader, er endring av viftedesign ofte et av hovedtiltakene som tas for denne delen av høyeffektive motorer.

4. Reduser bortkommen tap gjennom design- og prosesstiltak

Strøtapene til asynkronmotorer er hovedsakelig høyfrekvente tap generert av høyordens harmoniske av magnetfeltet i stator- og rotorkjernene og viklingene. For å redusere belastningstapet, kan amplituden til hver faseharmonisk reduseres ved å bruke en Y-Δ seriekoblet sinusformet vikling eller annen lavharmonisk vikling, og dermed redusere strøtapet. Eksperimenter viser at bruk av sinusformet vikling kan redusere strøtapet med mer enn 30 % i gjennomsnitt.

5. Forbedre støpeprosessen for å redusere rotortap

Ved å kontrollere trykket, temperaturen og gassutslippsbanen under rotorens aluminiumsstøping, kan gassen i rotorstengene reduseres, og dermed forbedre ledningsevnen og redusere rotorens aluminiumstap. De siste årene har USA med suksess utviklet kobberrotor-støpeutstyr og tilsvarende prosesser, og driver for tiden småskala prøveproduksjon. Beregninger viser at dersom en kobberrotor erstatter en aluminiumsrotor, kan rotortapet reduseres med ca. 38 %.

6. Bruk datamaskinoptimaliseringsdesign for å redusere tap og forbedre effektiviteten

I tillegg til å øke materialer, forbedre materialegenskaper og forbedre prosesser, brukes datamaskinoptimaliseringsdesign for rimelig å bestemme ulike parametere under kostnads- og ytelsesbegrensninger, for derved å oppnå størst mulig forbedring i effektivitet. Bruk av optimalisert design kan redusere tiden for motordesign betydelig og forbedre kvaliteten på motordesign.