Introduzione all'efficienza motoria

Come migliorare l'efficienza del motore?

Questa efficienza del motore è influenzata da una piccola quantità di perdite, tra cui perdite di resistenza, perdite meccaniche causate dall'attrito, perdite causate dalla dissipazione di energia magnetica nel nucleo e perdite diverse a seconda del tipo di materiale utilizzato. Per rendere il motore più efficiente, dobbiamo ridurre le perdite nel motore. Ecco alcuni metodi o suggerimenti che possono essere adottati per migliorare il coefficiente di efficienza del motore.

1. La funzione del telaio del motore è quella di fornire protezione meccanica per gli avvolgimenti. È anche responsabile dell'interfaccia montata dalle gambe. Il telaio del motore svolge un ruolo fondamentale nelle sue prestazioni termiche in quanto è responsabile del trasferimento del calore generato all'interno del motore alla superficie del telaio dove l'aria soffiata dalla ventola promuoverà la dissipazione del calore. Ciò ridurrà le perdite di calore.
2. Un altro consiglio di base è di mantenere uno spazio minimo tra le pareti vicine alla parte posteriore del coperchio della ventola per consentire l'ingresso dell'aria. Mantenere pulita l'area attorno al motore e controllare regolarmente eventuali blocchi d'aria che potrebbero ridurre le prestazioni del sistema di raffreddamento. Pertanto, più il motore è freddo, più durerà.
3. Lo statore è il componente principale del motore e causa il 60% delle perdite, quindi per ridurre queste perdite, la massa dell'avvolgimento dello statore deve essere mantenuta grande perché l'aumento della massa riduce la resistenza. I motori ad alta efficienza contengono il 25% di rame in più rispetto ai motori progettati per modelli di efficienza standard.
4. Le perdite del rotore sono anche considerate una fonte minore di perdite, causate principalmente dal grado di slittamento mostrato dal motore. Lo slittamento è in realtà la differenza tra la velocità del campo magnetico (RPM) e gli RPM effettivi del rotore e dell'albero a un dato carico. Tra questi, lo slittamento si ottiene sottraendo la velocità del motore caricato dalla velocità del motore scarico e dividendola per la velocità del motore caricato. Pertanto, per ridurre queste perdite, lo slittamento deve essere ridotto, il che si ottiene aumentando la conduttività del rotore. Il rame deve essere utilizzato in grandi quantità a causa della sua elevata conduttività. Ma il rame deve essere pressofuso perché di recente è stato sviluppato un processo per la pressofusione del rame.
5. Le perdite magnetiche del nucleo derivano dall'isteresi e il 20% delle perdite totali è causato dalle correnti parassite del nucleo e dalla saturazione. Utilizzando materiali di alta qualità e controllo qualità, le perdite possono essere ridotte al minimo, migliorando così l'efficienza.
6. Per ridurre gli effetti di isteresi e saturazione, per la laminazione verrà utilizzato acciaio contenente una piccola quantità di silicio anziché acciaio al carbonio a basso costo. In questo modo, le perdite di nucleo possono essere eliminate. Riducendo lo spessore di laminazione e aumentando la lunghezza di laminazione, la densità di flusso e la perdita di nucleo possono essere ridotte al minimo.
7. Le perdite dovute a correnti parassite possono essere ridotte al minimo in larga misura garantendo un isolamento adeguato tra i fogli o i laminati utilizzati.
8. L'intervallo di lubrificazione è una funzione della velocità nominale di installazione del motore, delle dimensioni del cuscinetto, del tipo di grasso e dell'aumento di temperatura. Pertanto, prestare attenzione quando si utilizzano i lubrificanti. Non mischiare i tipi di grasso, anche se utilizzano gli stessi elementi. Se nell'applicazione vengono utilizzati altri grassi, ciò influirà direttamente sulle prestazioni del motore.

Come ridurre le perdite motorie?

Poiché la distribuzione delle perdite delmotorevaria con la potenza e il numero di poli, per ridurre la perdita dovremmo concentrarci sull'adozione di misure per i principali componenti di perdita di diverse potenze e poli. Alcuni modi per ridurre la perdita sono brevemente descritti di seguito:

1. Aumentare i materiali efficaci, ridurre la perdita di avvolgimento e la perdita di ferro

Secondo il principio di similarità dei motori, quando il carico elettromagnetico rimane invariato e non si considera la perdita meccanica, la perdita del motore è approssimativamente proporzionale al cubo della dimensione lineare del motore e la potenza in ingresso del motore è approssimativamente proporzionale alla quarta potenza della dimensione lineare. Da ciò, è possibile approssimare la relazione tra efficienza e utilizzo effettivo del materiale. Per ottenere uno spazio più ampio in determinate condizioni di dimensioni di installazione in modo che possano essere posizionati materiali più efficaci per migliorare l'efficienza del motore, la dimensione del diametro esterno della punzonatura dello statore diventa un fattore importante. All'interno della stessa gamma di base della macchina, i motori americani hanno una potenza maggiore rispetto ai motori europei. Per facilitare la dissipazione del calore e ridurre l'aumento di temperatura, i motori americani utilizzano generalmente punzonature dello statore con diametri esterni maggiori, mentre i motori europei utilizzano generalmente punzonature dello statore con diametri esterni più piccoli a causa della necessità di derivati ​​strutturali come motori antideflagranti e per ridurre la quantità di rame utilizzata all'estremità dell'avvolgimento e i costi di produzione.

2. Utilizzare materiali magnetici migliori e misure di processo per ridurre la perdita di ferro

Le proprietà magnetiche (permeabilità magnetica e perdita di ferro unitaria) del materiale del nucleo hanno una grande influenza sull'efficienza e altre prestazioni del motore. Allo stesso tempo, il costo del materiale del nucleo è la parte principale del costo del motore. Pertanto, la selezione di materiali magnetici adatti è la chiave per la progettazione e la produzione di motori ad alta efficienza. Nei motori ad alta potenza, la perdita di ferro rappresenta una quota considerevole della perdita totale, quindi la riduzione del valore di perdita unitaria del materiale del nucleo contribuirà a ridurre la perdita di ferro del motore. A causa della progettazione e della produzione del motore, la perdita di ferro del motore supera notevolmente il valore calcolato in base al valore di perdita di ferro unitaria fornito dall'acciaieria, quindi il valore di perdita di ferro unitaria viene generalmente aumentato di 1,5~2 volte durante la progettazione per considerare l'aumento della perdita di ferro.

Il motivo dell'aumento della perdita di ferro è principalmente dovuto al fatto che il valore di perdita di ferro unitario dell'acciaieria si ottiene testando il campione di materiale della striscia secondo il metodo del cerchio quadrato di Epstein, ma il materiale è sottoposto a grande stress dopo la punzonatura, il taglio e la laminazione e la perdita aumenterà; inoltre, l'intercapedine d'aria causata dalla presenza della fessura del dente porta il campo magnetico armonico del dente a causare una perdita a vuoto sulla superficie del nucleo, il che porterà a un aumento significativo della perdita di ferro dopo la fabbricazione del motore. Pertanto, oltre a selezionare materiali magnetici con una perdita di ferro unitaria inferiore, è anche necessario controllare la pressione di laminazione e adottare le misure di processo necessarie per ridurre la perdita di ferro. In considerazione dei fattori di prezzo e di processo, le lamiere di acciaio al silicio di alta qualità e le lamiere di acciaio al silicio più sottili di 0,5 mm non sono molto utilizzate nella produzione di motori ad alta efficienza. Generalmente vengono utilizzate lamiere di acciaio elettrico senza silicio a basso tenore di carbonio o lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo a basso tenore di silicio. Alcuni produttori di piccoli motori europei hanno utilizzato lamiere di acciaio elettrico senza silicio con un valore di perdita di ferro unitario di 6,5 W/kg. Negli ultimi anni, le acciaierie hanno lanciato lamiere elettriche in Polycor420 con una perdita unitaria media di 4,0 w/kg, che è persino inferiore ad alcune lamiere in acciaio a basso contenuto di silicio. Il materiale ha anche una permeabilità magnetica più elevata.

Negli ultimi anni, il Giappone ha sviluppato una lamiera di acciaio laminato a freddo a basso contenuto di silicio con un grado di 50RMA350. Una piccola quantità di alluminio e terre rare viene aggiunta alla sua composizione, mantenendo così una maggiore permeabilità magnetica riducendo al contempo le perdite. Il suo valore unitario di perdita di ferro è di 3,12 w/kg. È probabile che tutti questi forniscano una migliore base di materiale per la produzione e la promozione di motori ad alta efficienza.

3. Ridurre le dimensioni della ventola per ridurre la perdita di ventilazione

Per motori a 2 e 4 poli di potenza maggiore, l'attrito del vento rappresenta una quota considerevole. Ad esempio, l'attrito del vento di un motore a 2 poli da 90 kW può raggiungere circa il 30% della perdita totale. L'attrito del vento è composto principalmente dalla potenza consumata dalla ventola. Poiché la perdita di calore dei motori ad alta efficienza è generalmente bassa, il volume dell'aria di raffreddamento può essere ridotto e quindi anche la potenza di ventilazione può essere ridotta. La potenza di ventilazione è approssimativamente proporzionale alla quarta o quinta potenza del diametro della ventola. Pertanto, se è consentito l'aumento della temperatura, la riduzione delle dimensioni della ventola può ridurre efficacemente l'attrito del vento. Inoltre, anche la progettazione ragionevole della struttura di ventilazione è importante per migliorare l'efficienza della ventilazione e ridurre l'attrito del vento. I test hanno dimostrato che l'attrito del vento della parte a 2 poli ad alta potenza di un motore ad alta efficienza può essere ridotto di circa il 30% rispetto a quello di un motore ordinario. Poiché la perdita di ventilazione è notevolmente ridotta e non richiede molti costi aggiuntivi, la modifica della progettazione della ventola è spesso una delle principali misure adottate per questa parte dei motori ad alta efficienza.

4. Ridurre le perdite vaganti attraverso misure di progettazione e processo

Le perdite parassite dei motori asincroni sono principalmente perdite ad alta frequenza generate da armoniche di ordine elevato del campo magnetico nei nuclei e negli avvolgimenti dello statore e del rotore. Per ridurre la perdita parassite del carico, l'ampiezza di ciascuna armonica di fase può essere ridotta utilizzando un avvolgimento sinusoidale collegato in serie Y-Δ o un altro avvolgimento a bassa armonica, riducendo così la perdita parassite. Gli esperimenti dimostrano che l'uso di un avvolgimento sinusoidale può ridurre la perdita parassite di oltre il 30% in media.

5. Migliorare il processo di pressofusione per ridurre la perdita del rotore

Controllando la pressione, la temperatura e il percorso di scarico del gas durante la fusione dell'alluminio del rotore, il gas nelle barre del rotore può essere ridotto, migliorando così la conduttività e riducendo la perdita di alluminio del rotore. Negli ultimi anni, gli Stati Uniti hanno sviluppato con successo attrezzature per la pressofusione del rotore in rame e i relativi processi e stanno attualmente conducendo una produzione di prova su piccola scala. I calcoli mostrano che se un rotore in rame sostituisce un rotore in alluminio, la perdita del rotore può essere ridotta di circa il 38%.

6. Applicare la progettazione di ottimizzazione del computer per ridurre le perdite e migliorare l'efficienza

Oltre ad aumentare i materiali, migliorare le proprietà dei materiali e migliorare i processi, la progettazione di ottimizzazione al computer viene utilizzata per determinare ragionevolmente vari parametri sotto i vincoli di costo e prestazioni, ottenendo così il massimo miglioramento possibile in termini di efficienza. L'uso di una progettazione ottimizzata può ridurre significativamente i tempi di progettazione del motore e migliorare la qualità della progettazione del motore.