Úvod do účinnosti motora

Ako zlepšiť účinnosť motora?

Táto účinnosť motora je ovplyvnená malým množstvom strát, vrátane strát odporových, mechanických strát spôsobených trením, strát spôsobených rozptylom magnetickej energie v jadre a rozdielnych strát v závislosti od druhu použitého materiálu. Aby bol motor efektívnejší, musíme znížiť straty v motore. Tu je niekoľko metód alebo tipov, ktoré možno použiť na zlepšenie koeficientu účinnosti motora.

1. Funkciou rámu motora je poskytnúť mechanickú ochranu vinutia. Je tiež zodpovedný za rozhranie namontované nohami. Rám motora hrá zásadnú úlohu v jeho tepelnom výkone, pretože je zodpovedný za prenos tepla generovaného vo vnútri motora na povrch rámu, kde vzduch vyfukovaný ventilátorom podporuje odvod tepla. Tým sa znížia tepelné straty.
2. Ďalším základným tipom je udržiavať minimálnu medzeru medzi akýmikoľvek stenami v blízkosti zadnej časti krytu ventilátora, aby sa umožnilo nasávanie vzduchu. Udržujte oblasť okolo motora v čistote a pravidelne kontrolujte vzduchové bloky, ktoré by mohli znížiť výkon chladiaceho systému. Preto čím chladnejšie motor beží, tým dlhšie vydrží.
3. Stator je hlavnou súčasťou motora a spôsobuje 60% strát, takže na zníženie týchto strát musí byť hmotnosť vinutia statora veľká, pretože nárast hmotnosti znižuje odpor. Vysokoúčinné motory obsahujú o 25 % viac medi v porovnaní s motormi navrhnutými pre modely so štandardnou účinnosťou.
4. Straty rotora sa tiež považujú za menší zdroj strát, spôsobených najmä stupňom sklzu, ktorý motor vykazuje. Sklz je vlastne rozdiel medzi rýchlosťou magnetického poľa (RPM) a skutočnými otáčkami rotora a hriadeľa pri danom zaťažení. Medzi nimi sa sklz získa odpočítaním rýchlosti zaťaženého motora od rýchlosti nezaťaženého motora a jeho vydelením rýchlosťou zaťaženého motora. Preto, aby sa tieto straty znížili, musí sa znížiť sklz, čo sa robí zvýšením vodivosti rotora. Meď sa musí používať vo veľkých množstvách kvôli jej vysokej vodivosti. Ale meď musí byť odlievaná pod tlakom, pretože proces tlakového odlievania medi bol vyvinutý nedávno.
5. Magnetické straty v jadre sú odvodené od hysterézie a 20 % celkových strát je spôsobených vírivými prúdmi jadra a saturáciou. Použitím vysokokvalitných materiálov a kontroly kvality možno minimalizovať straty, čím sa zvýši účinnosť.
6. Aby sa znížili účinky hysterézie a saturácie, namiesto lacnej uhlíkovej ocele sa na laminovanie použije oceľ obsahujúca malé množstvo kremíka. Týmto spôsobom je možné eliminovať straty jadra. Znížením hrúbky laminácie a zväčšením dĺžky laminácie možno minimalizovať hustotu toku a stratu jadra.
7. Straty vírivými prúdmi možno do značnej miery minimalizovať zabezpečením správnej izolácie medzi použitými doskami alebo laminátmi.
8. Interval mazania je funkciou menovitých otáčok motora, veľkosti ložiska, typu maziva a nárastu teploty. Preto buďte opatrní pri používaní lubrikantov. Nemiešajte typy tukov, aj keď používajú rovnaké prvky. Ak sa v aplikácii použijú iné mazivá, bude to mať priamy vplyv na výkon motora.

Ako znížiť straty motora?

Od rozdelenia strátmotorsa líši podľa veľkosti výkonu a počtu pólov, aby sme znížili stratu, mali by sme sa zamerať na prijatie opatrení pre hlavné zložky straty rôznych výkonov a pólov. Niektoré spôsoby zníženia straty sú stručne opísané takto:

1. Zvýšte efektívne materiály, znížte straty vinutia a straty železa

Podľa princípu podobnosti motorov, keď elektromagnetické zaťaženie zostáva nezmenené a neberie sa do úvahy mechanická strata, strata motora je približne úmerná tretej mocnine lineárnej veľkosti motora a príkon motora je približne úmerný štvrtej mocnine lineárnej veľkosti. Z toho sa dá priblížiť vzťah medzi účinnosťou a efektívnou spotrebou materiálu. S cieľom získať väčší priestor za určitých podmienok veľkosti inštalácie, aby bolo možné umiestniť efektívnejšie materiály na zlepšenie účinnosti motora, sa veľkosť vonkajšieho priemeru statorového dierovania stáva dôležitým faktorom. V rámci rovnakého základného radu strojov majú americké motory väčší výkon ako európske motory. Aby sa uľahčil odvod tepla a znížil nárast teploty, americké motory vo všeobecnosti používajú statorové dierovanie s väčším vonkajším priemerom, zatiaľ čo európske motory vo všeobecnosti používajú statorové dierovanie s menším vonkajším priemerom kvôli potrebe konštrukčných derivátov, ako sú motory odolné voči výbuchu, a na zníženie množstva medi použitej na konci vinutia a výrobných nákladov.

2. Používajte lepšie magnetické materiály a procesné opatrenia na zníženie strát železa

Magnetické vlastnosti (magnetická permeabilita a jednotková strata železa) materiálu jadra majú veľký vplyv na účinnosť a ďalší výkon motora. Zároveň sú náklady na materiál jadra hlavnou časťou nákladov na motor. Preto je výber vhodných magnetických materiálov kľúčom k návrhu a výrobe vysoko účinných motorov. Vo vysokovýkonných motoroch tvoria straty železa značnú časť celkovej straty, takže zníženie hodnoty jednotkovej straty materiálu jadra pomôže znížiť straty železa v motore. Kvôli konštrukcii a výrobe motora strata železa motora výrazne presahuje hodnotu vypočítanú podľa hodnoty jednotkovej straty železa poskytnutej oceliarňou, takže hodnota jednotkovej straty železa sa vo všeobecnosti počas konštrukcie zvýši 1,5 ~ 2-krát, aby sa zvážilo zvýšenie straty železa.

Dôvodom zvýšenia straty železa je najmä to, že hodnota jednotkovej straty železa v oceliarni sa získa testovaním vzorky pásového materiálu podľa metódy Epsteinovho štvorcového kruhu, ale materiál je vystavený veľkému namáhaniu po dierovaní, strihaní a laminovaní a strata sa zvýši; okrem toho vzduchová medzera spôsobená prítomnosťou zubovej štrbiny vedie k tomu, že harmonické magnetické pole zuba spôsobuje stratu naprázdno na povrchu jadra, čo povedie k výraznému zvýšeniu straty železa po výrobe motora. Preto je okrem výberu magnetických materiálov s nižšou jednotkovou stratou železa potrebné kontrolovať aj tlak laminácie a prijať potrebné procesné opatrenia na zníženie strát železa. Vzhľadom na cenu a procesné faktory sa vysokokvalitné plechy z kremíkovej ocele a plechy z kremíkovej ocele tenšie ako 0,5 mm pri výrobe vysoko účinných motorov príliš nepoužívajú. Všeobecne sa používajú nízkouhlíkové bezkremíkové elektrooceľové plechy alebo nízkokremíkové za studena valcované silikónové oceľové plechy. Niektorí výrobcovia malých európskych motorov použili plechy z elektrooceľovej ocele bez obsahu kremíka s hodnotou jednotkovej straty železa 6,5 ​​w/kg. V posledných rokoch oceliarne uviedli na trh plechy z elektrooceľovej ocele Polycor420 s priemernou jednotkovou stratou 4,0 w/kg, čo je ešte menej ako pri niektorých plechoch z ocele s nízkym obsahom kremíka. Materiál má tiež vyššiu magnetickú permeabilitu.

V posledných rokoch Japonsko vyvinulo za studena valcovaný oceľový plech s nízkym obsahom kremíka s triedou 50RMA350. Do jeho zloženia sa pridáva malé množstvo hliníka a kovov vzácnych zemín, čím sa zachováva vyššia magnetická permeabilita a zároveň sa znižujú straty. Jeho jednotková hodnota straty železa je 3,12 w/kg. Všetky tieto pravdepodobne poskytnú lepší materiálny základ pre výrobu a propagáciu vysoko účinných motorov.

3. Znížte veľkosť ventilátora, aby ste znížili stratu vetrania

V prípade 2- a 4-pólových motorov s väčším výkonom predstavuje trenie vetra značnú časť. Napríklad trenie vetra 90kW 2-pólového motora môže dosiahnuť asi 30% celkovej straty. Trenie vetra sa skladá hlavne z energie spotrebovanej ventilátorom. Pretože tepelné straty vysoko účinných motorov sú vo všeobecnosti nízke, môže sa znížiť objem chladiaceho vzduchu a tým aj výkon ventilácie. Výkon ventilácie je približne úmerný 4. až 5. výkonu priemeru ventilátora. Preto, ak je povolené zvýšenie teploty, zmenšenie veľkosti ventilátora môže účinne znížiť trenie vetra. Okrem toho je pre zlepšenie účinnosti vetrania a zníženie trenia vetra dôležitý aj rozumný návrh ventilačnej konštrukcie. Testy ukázali, že trenie vetra vo vysokovýkonnej 2-pólovej časti vysokoúčinného motora sa môže znížiť o približne 30 % v porovnaní s bežným motorom. Pretože strata vetraním je značne znížená a nevyžaduje si veľké dodatočné náklady, zmena konštrukcie ventilátora je často jedným z hlavných opatrení prijatých pre túto časť vysokoúčinných motorov.

4. Znížte straty spôsobené zatúlaním prostredníctvom návrhových a procesných opatrení

Bludové straty asynchrónnych motorov sú najmä vysokofrekvenčné straty generované harmonickými magnetickými poľami vyšších rádov v jadrách a vinutiach statora a rotora. Aby sa znížila strata rozptylu záťaže, amplitúda každej harmonickej fázy sa môže znížiť použitím sínusového vinutia zapojeného do série Y-A alebo iného vinutia s nízkou harmonickou, čím sa zníži strata rozptylu. Experimenty ukazujú, že použitie sínusového vinutia môže znížiť stratu rozptylu v priemere o viac ako 30 %.

5. Zlepšite proces tlakového liatia na zníženie strát rotora

Riadením tlaku, teploty a dráhy vypúšťania plynu počas odlievania hliníka rotora je možné znížiť plyn v tyčiach rotora, čím sa zlepší vodivosť a znížia sa straty hliníka rotora. V posledných rokoch Spojené štáty americké úspešne vyvinuli zariadenie na tlakové liatie medeného rotora a zodpovedajúce procesy av súčasnosti vykonávajú skúšobnú výrobu v malom meradle. Výpočty ukazujú, že ak medený rotor nahradí hliníkový rotor, straty rotora sa môžu znížiť približne o 38 %.

6. Použite návrh optimalizácie počítača na zníženie strát a zvýšenie efektívnosti

Okrem zväčšovania materiálov, zlepšovania materiálových vlastností a zlepšovania procesov sa používa návrh počítačovej optimalizácie na rozumné určenie rôznych parametrov v rámci obmedzení nákladov a výkonu, čím sa dosiahne maximálne možné zlepšenie účinnosti. Použitie optimalizovaného dizajnu môže výrazne skrátiť čas návrhu motora a zlepšiť kvalitu návrhu motora.