Увод у моторну ефикасност

Како побољшати моторну ефикасност?

На ову ефикасност мотора утиче мала количина губитака, укључујући губитке отпора, механичке губитке узроковане трењем, губитке узроковане дисипацијом магнетне енергије у језгру и различите губитке у зависности од врсте материјала који се користи. Да би мотор био ефикаснији, морамо смањити губитке у мотору. Ево неколико метода или савета који се могу применити за побољшање коефицијента ефикасности мотора.

1. Функција оквира мотора је да обезбеди механичку заштиту за намотаје. Такође је одговоран за интерфејс монтиран на ногама. Оквир мотора игра виталну улогу у његовим термичким перформансама јер је одговоран за преношење топлоте која се ствара унутар мотора на површину рама где ће ваздух који вентилатор издувава подстаћи расипање топлоте. Ово ће смањити губитке топлоте.
2. Још један основни савет је одржавање минималног размака између зидова близу задње стране поклопца вентилатора како би се омогућио улазак ваздуха. Одржавајте простор око мотора чистим и редовно проверавајте да ли постоје блокаде ваздуха које могу смањити перформансе система за хлађење. Стога, што је мотор хладнији, дуже ће трајати.
3. Статор је главна компонента мотора и узрокује 60% губитака, па да би се ови губици смањили, маса намотаја статора мора се одржавати великом јер повећање масе смањује отпор. Високо ефикасни мотори садрже 25% више бакра у поређењу са моторима дизајнираним за стандардне моделе ефикасности.
4. Губици ротора се такође сматрају мањим извором губитака, углавном узрокованим степеном клизања који мотор показује. Клизање је заправо разлика између брзине магнетног поља (РПМ) и стварног броја обртаја ротора и осовине при датом оптерећењу. Међу њима, клизање се добија одузимањем брзине оптерећеног мотора од брзине неоптерећеног мотора и дељењем са брзином оптерећеног мотора. Због тога, да би се ови губици смањили, мора се смањити клизање, што се ради повећањем проводљивости ротора. Бакар се мора користити у великим количинама због његове високе проводљивости. Али бакар мора бити ливен под притиском јер је недавно развијен процес ливења бакра.
5. Магнетни губици у језгру су изведени из хистерезе, а 20% укупних губитака је узроковано вртложним струјама језгра и засићењем. Коришћењем висококвалитетних материјала и контролом квалитета, губици се могу свести на минимум, чиме се побољшава ефикасност.
6. Да би се смањили ефекти хистерезе и засићења, челик који садржи малу количину силицијума ће се користити за ламинацију уместо јефтиног угљеничног челика. На овај начин се могу елиминисати губици језгра. Смањењем дебљине ламинације и повећањем дужине ламинације, густина флукса и губитак језгра се могу свести на минимум.
7. Губици вртложних струја могу се у великој мери минимизирати обезбеђивањем одговарајуће изолације између плоча или ламината који се користе.
8. Интервал подмазивања је функција називне брзине уградње мотора, величине лежаја, врсте масти и пораста температуре. Зато будите пажљиви када користите мазива. Не мешајте врсте масти, чак и ако користе исте елементе. Ако се у примени користе друге масти, то ће директно утицати на перформансе мотора.

Како смањити губитке мотора?

Пошто је дистрибуција губитакамоторварира у зависности од величине снаге и броја полова, да бисмо смањили губитак, требало би да се фокусирамо на предузимање мера за главне компоненте губитка различитих снага и полова. Неки начини за смањење губитка су укратко описани на следећи начин:

1. Повећајте ефективне материјале, смањите губитак намотаја и губитак гвожђа

Према принципу сличности мотора, када електромагнетно оптерећење остаје непромењено и не узима се у обзир механички губитак, губитак мотора је приближно пропорционалан коцки линеарне величине мотора, а улазна снага мотора је приближно пропорционална четвртој потенцији линеарне величине. Из овога се може апроксимирати однос између ефикасности и ефективне употребе материјала. Да би се добио већи простор под одређеним условима величине инсталације, тако да се могу поставити ефикаснији материјали за побољшање ефикасности мотора, величина спољашњег пречника штанцања статора постаје важан фактор. У оквиру истог опсега машина, амерички мотори имају већу снагу од европских мотора. Да би се олакшало расипање топлоте и смањило повећање температуре, амерички мотори углавном користе статорске штанце са већим спољним пречником, док европски мотори углавном користе статорске штанце са мањим спољним пречником због потребе за структуралним дериватима као што су мотори отпорни на експлозију и за смањење количине бакра који се користи на крају намотаја и трошкова производње.

2. Користите боље магнетне материјале и процесне мере за смањење губитка гвожђа

Магнетна својства (магнетна пермеабилност и јединични губитак гвожђа) материјала језгра имају велики утицај на ефикасност и друге перформансе мотора. Истовремено, цена материјала језгра је главни део трошкова мотора. Стога је избор одговарајућих магнетних материјала кључ за пројектовање и производњу мотора високе ефикасности. Код мотора велике снаге, губитак гвожђа чини значајан део укупног губитка, тако да ће смањење јединичне вредности губитка материјала језгра помоћи да се смањи губитак гвожђа мотора. Због дизајна и производње мотора, губитак гвожђа мотора увелико премашује вредност израчунату према јединичној вредности губитка гвожђа коју обезбеђује челичана, тако да се јединична вредност губитка гвожђа генерално повећава за 1,5 ~ 2 пута током пројектовања како би се размотрило повећање губитка гвожђа.

Разлог за повећање губитка гвожђа је углавном зато што се јединична вредност губитка гвожђа у челичани добија испитивањем узорка материјала траке према методи Епстеин квадратног круга, али је материјал подвргнут великом напрезању након пробијања, смицања и ламинирања, а губитак ће се повећати; поред тога, ваздушни јаз узрокован присуством прореза за зубе доводи до хармонијског магнетног поља зуба који узрокује губитак без оптерећења на површини језгра, што ће довести до значајног повећања губитка гвожђа након што је мотор произведен. Због тога, поред одабира магнетних материјала са мањим јединичним губитком гвожђа, потребно је контролисати и притисак ламинације и предузети неопходне процесне мере за смањење губитка гвожђа. С обзиром на цену и факторе процеса, висококвалитетни челични лимови и лимови од силицијумског челика тањи од 0,5 мм се не користе много у производњи високоефикасних мотора. Обично се користе лимови од електричног челика без силицијума са ниским садржајем угљеника или хладно ваљани челични лим са ниским садржајем силицијума. Неки произвођачи малих европских мотора користили су лимове од електричног челика без силицијума са јединичном вредношћу губитка гвожђа од 6,5в/кг. Последњих година, челичане су лансирале Полицор420 лимове од електричног челика са просечним јединичним губитком од 4,0в/кг, што је чак ниже од неких челичних лимова са ниским садржајем силицијума. Материјал такође има већу магнетну пермеабилност.

Последњих година, Јапан је развио хладно ваљани челични лим са ниским садржајем силицијума са оценом 50РМА350. У његов састав се додаје мала количина алуминијума и ретких земних метала, чиме се одржава већа магнетна пермеабилност уз смањење губитака. Његов јединични губитак гвожђа је 3,12в/кг. Све ово ће вероватно обезбедити бољу материјалну основу за производњу и промоцију мотора високе ефикасности.

3. Смањите величину вентилатора да бисте смањили губитак вентилације

За 2- и 4-полне моторе веће снаге, трење ветра има значајан удео. На пример, трење ветра 90кВ 2-полног мотора може достићи око 30% укупног губитка. Трење ветра се углавном састоји од снаге коју троши вентилатор. Пошто је губитак топлоте високоефикасних мотора генерално мали, запремина ваздуха за хлађење се може смањити, а самим тим и снага вентилације. Снага вентилације је приближно пропорционална 4. до 5. степену пречника вентилатора. Стога, ако је пораст температуре дозвољен, смањење величине вентилатора може ефикасно смањити трење ветра. Поред тога, разуман дизајн структуре вентилације је такође важан за побољшање ефикасности вентилације и смањење трења ветра. Тестови су показали да се трење ветра 2-полног дела високоефикасног мотора велике снаге може смањити за око 30% у поређењу са оним код обичног мотора. Пошто је губитак вентилације смањен за велику маржу и не захтева много додатних трошкова, промена дизајна вентилатора је често једна од главних мера које се предузимају за овај део високоефикасних мотора.

4. Смањите залутале губитке кроз мере дизајна и процеса

Залутали губици асинхроних мотора су углавном губици високе фреквенције који настају услед високих хармоника магнетног поља у језгри и намотајима статора и ротора. Да би се смањио лутајући губитак оптерећења, амплитуда сваког фазног хармоника може се смањити коришћењем И-Δ серијски повезаног синусоидног намотаја или другог намотаја са ниским хармонијама, чиме се смањују лутајући губици. Експерименти показују да употреба синусоидног намотаја може смањити лутајући губитак у просеку за више од 30%.

5. Побољшајте процес ливења под притиском да бисте смањили губитак ротора

Контролом притиска, температуре и путање пражњења гаса током ливења алуминијума ротора, гас у шипкама ротора може се смањити, чиме се побољшава проводљивост и смањује губитак алуминијума ротора. Последњих година, Сједињене Државе су успешно развиле опрему за ливење бакарних ротора под притиском и одговарајуће процесе, и тренутно спроводе малу пробну производњу. Прорачуни показују да ако бакарни ротор замени алуминијумски, губитак ротора може бити смањен за око 38%.

6. Примените дизајн рачунарске оптимизације да бисте смањили губитке и побољшали ефикасност

Поред повећања материјала, побољшања својстава материјала и побољшања процеса, компјутерски оптимизацијски дизајн се користи за разумно одређивање различитих параметара под ограничењима трошкова и перформанси, чиме се постиже максимално могуће побољшање ефикасности. Употреба оптимизованог дизајна може значајно скратити време пројектовања мотора и побољшати квалитет дизајна мотора.