Hur kan man förbättra motoreffektiviteten?
Denna effektivitet hos motorn påverkas av en liten mängd förluster, inklusive motståndsförluster, mekaniska förluster orsakade av friktion, förluster orsakade av förlust av magnetisk energi i kärnan och olika förluster beroende på vilken typ av material som används. För att göra motorn mer effektiv måste vi minska förlusterna i motorn. Här är några metoder eller tips som kan användas för att förbättra motorns verkningsgrad.
- Motorramens funktion är att ge mekaniskt skydd för lindningarna. Det är också ansvarigt för gränssnittet monterat av benen. Motorramen spelar en viktig roll i dess termiska prestanda eftersom den är ansvarig för att överföra värmen som genereras inuti motorn till ytan av ramen där luften som blåses av fläkten kommer att främja värmeavledning. Detta kommer att minska värmeförlusterna.
- Ett annat grundläggande tips är att hålla ett minimum mellanrum mellan väggarna nära baksidan av fläktkåpan för att tillåta luftintag. Håll området runt motorn rent och kontrollera regelbundet efter eventuella luftblockeringar som kan minska kylsystemets prestanda. Därför, ju svalare motorn går, desto längre håller den.
- Statorn är motorns huvudkomponent och orsakar 60 % av förlusterna, så för att minska dessa förluster måste statorlindningens massa hållas stor eftersom massaökningen minskar motståndet. Högeffektiva motorer innehåller 25 % extra koppar jämfört med motorer avsedda för standardmodeller med verkningsgrad.
- Rotorförluster anses också vara en mindre källa till förluster, främst orsakade av graden av slirning som motorn visar. Slip är egentligen skillnaden mellan hastigheten på magnetfältet (RPM) och det faktiska varvtalet för rotorn och axeln vid en given belastning. Bland dem erhålls slirning genom att subtrahera hastigheten på den laddade motorn från hastigheten på den obelastade motorn och dividera den med hastigheten på den laddade motorn. För att minska dessa förluster måste därför slirningen minskas, vilket görs genom att öka rotorns konduktivitet. Koppar måste användas i stora mängder på grund av dess höga ledningsförmåga. Men kopparn måste pressgjutas eftersom en process för att pressgjuta koppar har utvecklats nyligen.
- Kärnmagnetiska förluster härleds från hysteres, och 20 % av de totala förlusterna orsakas av kärnvirvelströmmar och mättnad. Genom att använda högkvalitativa material och kvalitetskontroll kan förlusterna minimeras och därigenom förbättra effektiviteten.
- För att minska effekterna av hysteres och mättnad kommer stål som innehåller en liten mängd kisel att användas för laminering istället för lågkostnadskolstål. På så sätt kan kärnförluster elimineras. Genom att minska lamineringstjockleken och öka lamineringslängden kan flödestätheten och kärnförlusten minimeras.
- Virvelströmsförluster kan minimeras i stor utsträckning genom att säkerställa korrekt isolering mellan de använda arken eller laminaten.
- Smörjintervallet är en funktion av motorinstallationens märkhastighet, lagerstorlek, fetttyp och temperaturökning. Var därför försiktig när du använder smörjmedel. Blanda inte fetttyper, även om de använder samma element. Om andra fetter används i applikationen kommer detta att direkt påverka motorns prestanda.
Hur minskar man motorförlusterna?
Sedan förlustfördelningen avmotorvarierar med effektstorleken och antalet poler, för att minska förlusten bör vi fokusera på att vidta åtgärder för de huvudsakliga förlustkomponenterna för olika krafter och poler. Några sätt att minska förlusten beskrivs kortfattat enligt följande:
- Öka effektiva material, minska lindningsförluster och järnförluster
Enligt likhetsprincipen för motorer, när den elektromagnetiska belastningen förblir oförändrad och mekanisk förlust inte beaktas, är förlusten av motorn ungefär proportionell mot kuben av motorns linjära storlek, och motorns ineffekt är ungefär proportionell mot den fjärde potensen av den linjära storleken. Utifrån detta kan förhållandet mellan effektivitet och effektiv materialanvändning approximeras. För att erhålla ett större utrymme under vissa installationsstorleksförhållanden så att effektivare material kan placeras för att förbättra motoreffektiviteten, blir statorstansens ytterdiameterstorlek en viktig faktor. Inom samma maskinbasområde har amerikanska motorer större effekt än europeiska motorer. För att underlätta värmeavledning och minska temperaturökning använder amerikanska motorer i allmänhet statorstansar med större ytterdiametrar, medan europeiska motorer i allmänhet använder statorstansar med mindre ytterdiametrar på grund av behovet av strukturella derivat som explosionssäkra motorer och för att minska mängden koppar som används vid lindningsänden och produktionskostnader.
- Använd bättre magnetiska material och processåtgärder för att minska järnförlusten
De magnetiska egenskaperna (magnetisk permeabilitet och enhetsjärnförlust) hos kärnmaterialet har stor inverkan på motorns effektivitet och andra prestanda. Samtidigt är kostnaden för kärnmaterialet huvuddelen av kostnaden för motorn. Därför är valet av lämpliga magnetiska material nyckeln till att designa och tillverka högeffektiva motorer. I motorer med hög effekt står järnförlusten för en avsevärd del av den totala förlusten, så att reducera enhetsförlustvärdet för kärnmaterialet kommer att bidra till att minska motorns järnförlust. På grund av konstruktionen och tillverkningen av motorn överstiger motorns järnförlust avsevärt det värde som beräknats enligt enhetsjärnförlustvärdet som tillhandahålls av stålverket, så enhetsjärnförlustvärdet ökas i allmänhet med 1,5 ~ 2 gånger under konstruktionen för att beakta ökningen av järnförlusten.
Anledningen till ökningen av järnförlusten beror främst på att stålverkets enhetsjärnförlustvärde erhålls genom att testa bandmaterialprovet enligt Epsteins kvadratiska cirkelmetoden, men materialet utsätts för stor påfrestning efter stansning, skjuvning och laminering, och förlusten kommer att öka; dessutom leder luftgapet som orsakas av närvaron av tandslitsen till att tandens harmoniska magnetfält orsakar tomgångsförlust på kärnytan, vilket kommer att leda till en betydande ökning av järnförlusten efter att motorn har tillverkats. Därför, förutom att välja magnetiska material med lägre enhetsjärnförlust, är det också nödvändigt att kontrollera lamineringstrycket och vidta nödvändiga processåtgärder för att minska järnförlusten. Med tanke på pris- och processfaktorer används högkvalitativa kiselstålplåtar och kiselstålplåtar tunnare än 0,5 mm inte mycket vid tillverkning av högeffektiva motorer. I allmänhet används kiselfria elektriska stålplåtar med låg kolhalt eller kallvalsade kiselstålplåtar med låg kiselhalt. Vissa tillverkare av små europeiska motorer har använt kiselfria elektriska stålplåtar med ett järnförlustvärde på 6,5 w/kg. Under de senaste åren har stålverk lanserat Polycor420 elektriska stålplåtar med en genomsnittlig enhetsförlust på 4,0w/kg, vilket är till och med lägre än vissa lågkiselstålplåtar. Materialet har även en högre magnetisk permeabilitet.
Under de senaste åren har Japan utvecklat en kallvalsad stålplåt med låg kiselhalt med betyget 50RMA350. En liten mängd aluminium och sällsynta jordartsmetaller tillsätts till dess sammansättning, vilket bibehåller en högre magnetisk permeabilitet samtidigt som förlusterna minskar. Dess enhetsjärnförlustvärde är 3,12w/kg. Alla dessa kommer sannolikt att ge en bättre materiell grund för produktion och marknadsföring av högeffektiva motorer.
- Minska storleken på fläkten för att minska ventilationsförlusten
För större 2- och 4-poliga motorer står vindfriktionen för en betydande andel. Till exempel kan vindfriktionen för en 90kW 2-polig motor nå cirka 30 % av den totala förlusten. Vindfriktionen består huvudsakligen av den effekt som fläkten förbrukar. Eftersom värmeförlusten hos högeffektiva motorer generellt sett är låg kan kylluftsvolymen minskas, och därmed kan även ventilationseffekten minskas. Ventilationseffekten är ungefär proportionell mot den 4:e till 5:e potensen av fläktdiametern. Därför, om temperaturökningen tillåts, kan en minskning av fläktstorleken effektivt minska vindfriktionen. Dessutom är den rimliga utformningen av ventilationsstrukturen också viktig för att förbättra ventilationseffektiviteten och minska vindfriktionen. Tester har visat att vindfriktionen hos den kraftfulla 2-poliga delen av en högeffektiv motor kan minskas med cirka 30 % jämfört med en vanlig motor. Eftersom ventilationsförlusten minskar med stor marginal och inte kräver mycket merkostnader, är ändring av fläktdesign ofta en av de viktigaste åtgärderna som vidtas för denna del av högeffektiva motorer.
- Minska herrelösa förluster genom design- och processåtgärder
Ströförlusterna hos asynkronmotorer är huvudsakligen högfrekventa förluster som genereras av övertoner av hög ordning i magnetfältet i statorns och rotorns kärnor och lindningar. För att minska belastningsförlusten kan amplituden för varje fasöverton reduceras genom att använda en Y-A-seriekopplad sinuslindning eller annan lågövertonslindning, och därigenom minska strökförlusten. Experiment visar att användningen av sinusformad lindning kan minska ströförlusten med mer än 30 % i genomsnitt.
- Förbättra pressgjutningsprocessen för att minska rotorförlusten
Genom att kontrollera trycket, temperaturen och gasutloppsbanan under gjutningen av rotoraluminium, kan gasen i rotorstängerna reduceras, vilket förbättrar konduktiviteten och minskar rotorns aluminiumförlust. Under de senaste åren har USA framgångsrikt utvecklat kopparrotorpressgjutningsutrustning och motsvarande processer och bedriver för närvarande småskalig provproduktion. Beräkningar visar att om en kopparrotor ersätter en aluminiumrotor kan rotorförlusten minskas med cirka 38 %.
- Använd datoroptimeringsdesign för att minska förlusterna och förbättra effektiviteten
Förutom att öka material, förbättra materialegenskaper och förbättra processer, används datoroptimeringsdesign för att på ett rimligt sätt bestämma olika parametrar under begränsningar av kostnad och prestanda, och därigenom uppnå den maximala möjliga effektivitetsförbättringen. Användningen av optimerad design kan avsevärt förkorta tiden för motordesign och förbättra kvaliteten på motordesign.