Uvod v motorično učinkovitost

Kako izboljšati motorično učinkovitost?

Na to učinkovitost motorja vpliva majhna količina izgub, vključno z izgubami upora, mehanskimi izgubami zaradi trenja, izgubami zaradi disipacije magnetne energije v jedru in različnimi izgubami, ki so odvisne od vrste uporabljenega materiala. Da bi bil motor učinkovitejši, moramo zmanjšati izgube v motorju. Tukaj je nekaj metod ali nasvetov, ki jih je mogoče uporabiti za izboljšanje koeficienta učinkovitosti motorja.

1. Funkcija okvirja motorja je zagotoviti mehansko zaščito navitij. Odgovoren je tudi za vmesnik, ki ga pritrdijo noge. Okvir motorja igra ključno vlogo pri njegovi toplotni učinkovitosti, saj je odgovoren za prenos toplote, ki nastane v motorju, na površino okvirja, kjer zrak, ki ga piha ventilator, spodbuja odvajanje toplote. To bo zmanjšalo toplotne izgube.
2. Drug osnovni nasvet je, da ohranite minimalno vrzel med vsemi stenami blizu zadnje strani pokrova ventilatorja, da omogočite dovod zraka. Območje okoli motorja naj bo čisto in redno preverjajte morebitne zračne blokade, ki lahko zmanjšajo učinkovitost hladilnega sistema. Zato, hladneje ko motor deluje, dlje bo zdržal.
3. Stator je glavni sestavni del motorja in povzroči 60 % izgub, zato je treba za zmanjšanje teh izgub ohraniti veliko maso navitja statorja, ker povečanje mase zmanjša upor. Motorji z visoko učinkovitostjo vsebujejo 25 % več bakra v primerjavi z motorji, zasnovanimi za modele s standardno učinkovitostjo.
4. Izgube rotorja se prav tako štejejo za manjši vir izgub, ki jih povzroča predvsem stopnja zdrsa motorja. Zdrs je pravzaprav razlika med hitrostjo magnetnega polja (RPM) in dejanskim vrtljajem rotorja in gredi pri določeni obremenitvi. Med njimi zdrs dobimo tako, da odštejemo hitrost obremenjenega motorja od hitrosti neobremenjenega motorja in jo delimo s hitrostjo obremenjenega motorja. Zato je treba za zmanjšanje teh izgub zmanjšati zdrs, kar dosežemo s povečanjem prevodnosti rotorja. Baker je treba uporabljati v velikih količinah zaradi njegove visoke prevodnosti. Toda baker mora biti tlačno ulit, ker je bil nedavno razvit postopek za tlačno litje bakra.
5. Magnetne izgube v jedru izhajajo iz histereze, 20 % skupnih izgub pa povzročijo vrtinčni tokovi v jedru in nasičenost. Z uporabo visokokakovostnih materialov in nadzorom kakovosti je mogoče zmanjšati izgube in s tem izboljšati učinkovitost.
6. Da bi zmanjšali učinke histereze in nasičenosti, bo za laminacijo namesto poceni ogljikovega jekla uporabljeno jeklo, ki vsebuje majhno količino silicija. Na ta način je mogoče odpraviti izgube jedra. Z zmanjšanjem debeline laminacije in povečanjem dolžine laminacije je mogoče zmanjšati gostoto pretoka in izgubo jedra.
7. Izgube zaradi vrtinčnih tokov je mogoče v veliki meri zmanjšati z zagotavljanjem ustrezne izolacije med uporabljenimi ploščami ali laminati.
8. Interval mazanja je odvisen od nazivne hitrosti vgradnje motorja, velikosti ležaja, vrste masti in dviga temperature. Zato bodite previdni pri uporabi lubrikantov. Ne mešajte vrst masti, tudi če uporabljajo iste elemente. Če se v aplikaciji uporabljajo druge masti, bo to neposredno vplivalo na zmogljivost motorja.

Kako zmanjšati izgube motorja?

Od porazdelitve izgubemotorspreminja z velikostjo moči in številom polov, da bi zmanjšali izgubo, se moramo osredotočiti na sprejemanje ukrepov za glavne komponente izgube različnih moči in polov. Nekateri načini za zmanjšanje izgube so na kratko opisani takole:

1. Povečajte učinkovitost materialov, zmanjšajte izgubo navitja in izgubo železa

V skladu z načelom podobnosti motorjev, ko elektromagnetna obremenitev ostane nespremenjena in se mehanske izgube ne upoštevajo, je izguba motorja približno sorazmerna s kocko linearne velikosti motorja, vhodna moč motorja pa je približno sorazmerna s četrto potenco linearne velikosti. Iz tega je mogoče približno oceniti razmerje med učinkovitostjo in učinkovito porabo materiala. Da bi pridobili večji prostor pod določenimi pogoji velikosti namestitve, tako da je mogoče namestiti učinkovitejše materiale za izboljšanje učinkovitosti motorja, postane velikost zunanjega premera prebijanja statorja pomemben dejavnik. Znotraj istega osnovnega obsega strojev imajo ameriški motorji večjo moč kot evropski motorji. Da bi olajšali odvajanje toplote in zmanjšali dvig temperature, ameriški motorji na splošno uporabljajo statorske luknje z večjimi zunanjimi premeri, medtem ko evropski motorji na splošno uporabljajo statorske luknje z manjšimi zunanjimi premeri zaradi potrebe po konstrukcijskih izpeljankah, kot so motorji, odporni proti eksplozijam, in zaradi zmanjšanja količine bakra, uporabljenega na koncu navitja, in proizvodnih stroškov.

2. Uporabite boljše magnetne materiale in procesne ukrepe za zmanjšanje izgube železa

Magnetne lastnosti (magnetna prepustnost in izguba železa na enoto) materiala jedra imajo velik vpliv na učinkovitost in druge zmogljivosti motorja. Hkrati je strošek materiala jedra glavni del stroškov motorja. Zato je izbira ustreznih magnetnih materialov ključna za načrtovanje in proizvodnjo motorjev z visokim izkoristkom. Pri visokozmogljivih motorjih izguba železa predstavlja znaten delež celotne izgube, zato bo zmanjšanje vrednosti izgube na enoto materiala jedra pomagalo zmanjšati izgubo železa motorja. Zaradi zasnove in izdelave motorja izguba železa motorja močno presega vrednost, izračunano glede na vrednost izgube železa na enoto, ki jo zagotovi jeklarna, zato se vrednost izgube železa na enoto med načrtovanjem na splošno poveča za 1,5–2-krat, da se upošteva povečanje izgube železa.

Razlog za povečanje izgube železa je predvsem v tem, da je vrednost izgube železa na enoto jeklarne pridobljena s preskušanjem vzorca tračnega materiala po metodi Epsteinovega kvadratnega kroga, vendar je material po prebijanju, striženju in laminiranju izpostavljen velikim obremenitvam, zato se bo izguba povečala; poleg tega zračna reža, ki jo povzroči prisotnost zobne reže, povzroči harmonično magnetno polje zoba, ki povzroči izgubo brez obremenitve na površini jedra, kar bo povzročilo znatno povečanje izgube železa po izdelavi motorja. Zato je poleg izbire magnetnih materialov z manjšo izgubo železa na enoto potrebno tudi nadzorovati tlak laminacije in sprejeti potrebne ukrepe za zmanjšanje izgube železa. Glede na ceno in procesne dejavnike se visokokakovostne pločevine iz silicijevega jekla in pločevine iz silicijevega jekla, tanjše od 0,5 mm, v proizvodnji motorjev z visokim izkoristkom ne uporabljajo veliko. Običajno se uporabljajo nizkoogljične pločevine iz električnega jekla brez silicija ali hladno valjane pločevine iz silicija z nizko vsebnostjo silicija. Nekateri proizvajalci majhnih evropskih motorjev so uporabili pločevino iz električnega jekla brez silicija z vrednostjo izgube železa na enoto 6,5 w/kg. V zadnjih letih so jeklarne dale na trg električne jeklene pločevine Polycor420 s povprečno izgubo na enoto 4,0 w/kg, kar je celo nižje od nekaterih jeklenih pločevin z nizko vsebnostjo silicija. Material ima tudi večjo magnetno prepustnost.

V zadnjih letih je Japonska razvila hladno valjano jekleno pločevino z nizko vsebnostjo silicija razreda 50RMA350. Njegovi sestavi je dodana majhna količina aluminija in redkih zemeljskih kovin, s čimer se ohrani večja magnetna prepustnost ob zmanjšanju izgub. Njegova vrednost izgube železa na enoto je 3,12 w/kg. Vse to bo verjetno zagotovilo boljšo materialno osnovo za proizvodnjo in promocijo motorjev z visokim izkoristkom.

3. Zmanjšajte velikost ventilatorja, da zmanjšate izgubo prezračevanja

Pri 2- in 4-polnih motorjih večje moči trenje zaradi vetra predstavlja precejšen delež. Na primer, trenje vetra 90kW 2-polnega motorja lahko doseže približno 30 % celotne izgube. Trenje vetra je v glavnem sestavljeno iz moči, ki jo porabi ventilator. Ker so toplotne izgube motorjev z visokim izkoristkom na splošno majhne, ​​je mogoče zmanjšati količino hladilnega zraka in s tem tudi moč prezračevanja. Moč prezračevanja je približno sorazmerna s 4. do 5. potenco premera ventilatorja. Torej, če je dvig temperature dovoljen, lahko zmanjšanje velikosti ventilatorja učinkovito zmanjša trenje vetra. Poleg tega je razumna zasnova prezračevalne strukture pomembna tudi za izboljšanje učinkovitosti prezračevanja in zmanjšanje trenja vetra. Preizkusi so pokazali, da se lahko trenje vetra visokozmogljivega 2-polnega dela motorja z visokim izkoristkom zmanjša za približno 30 % v primerjavi s trenjem običajnega motorja. Ker se izguba prezračevanja močno zmanjša in ne zahteva veliko dodatnih stroškov, je sprememba zasnove ventilatorja pogosto eden glavnih ukrepov za ta del motorjev z visokim izkoristkom.

4. Zmanjšajte izgubljene izgube z načrtovanjem in procesnimi ukrepi

Strateške izgube asinhronskih motorjev so predvsem visokofrekvenčne izgube, ki jih ustvarjajo harmoniki magnetnega polja visokega reda v jedrih in navitjih statorja in rotorja. Da bi zmanjšali blodeče izgube obremenitve, je mogoče zmanjšati amplitudo vsakega faznega harmonika z uporabo zaporedno povezanega sinusnega navitja Y-Δ ali drugega navitja z nizkimi harmoniki, s čimer se zmanjšajo blodeče izgube. Eksperimenti kažejo, da lahko uporaba sinusnega navitja v povprečju zmanjša izgubljene izgube za več kot 30 %.

5. Izboljšajte postopek tlačnega litja, da zmanjšate izgubo rotorja

Z nadzorom tlaka, temperature in poti izpusta plina med ulivanjem aluminija v rotorju je mogoče zmanjšati količino plina v palicah rotorja, s čimer se izboljša prevodnost in zmanjša izguba aluminija v rotorju. V zadnjih letih so Združene države Amerike uspešno razvile opremo za tlačno litje bakrenega rotorja in ustrezne postopke ter trenutno izvajajo poskusno proizvodnjo v majhnem obsegu. Izračuni kažejo, da se lahko izgube rotorja zmanjšajo za približno 38 %, če zamenjamo rotor iz bakra.

6. Uporabite zasnovo računalniške optimizacije za zmanjšanje izgub in izboljšanje učinkovitosti

Poleg povečanja materialov, izboljšanja lastnosti materiala in izboljšanja procesov se načrtovanje računalniške optimizacije uporablja za razumno določanje različnih parametrov pod omejitvami stroškov in zmogljivosti, s čimer se doseže največje možno izboljšanje učinkovitosti. Uporaba optimizirane zasnove lahko bistveno skrajša čas zasnove motorja in izboljša kakovost zasnove motorja.