Introdução à eficiência motora

Como melhorar a eficiência do motor?

Esta eficiência do motor é afetada por uma pequena quantidade de perdas, incluindo perdas de resistência, perdas mecânicas causadas por atrito, perdas causadas pela dissipação de energia magnética no núcleo e perdas diferentes dependendo do tipo de material usado. Para tornar o motor mais eficiente, devemos reduzir as perdas no motor. Aqui estão alguns métodos ou dicas que podem ser adotados para melhorar o coeficiente de eficiência do motor.

1. A função da estrutura do motor é fornecer proteção mecânica para os enrolamentos. Ela também é responsável pela interface montada pelas pernas. A estrutura do motor desempenha um papel vital em seu desempenho térmico, pois é responsável por transferir o calor gerado dentro do motor para a superfície da estrutura, onde o ar soprado pelo ventilador promoverá a dissipação de calor. Isso reduzirá as perdas de calor.
2. Outra dica básica é manter um vão mínimo entre quaisquer paredes próximas à parte traseira da tampa do ventilador para permitir a entrada de ar. Mantenha a área ao redor do motor limpa e verifique regularmente se há bloqueios de ar que possam reduzir o desempenho do sistema de resfriamento. Portanto, quanto mais frio o motor estiver, mais tempo ele durará.
3. O estator é o principal componente do motor e causa 60% das perdas, então para reduzir essas perdas, a massa do enrolamento do estator deve ser mantida grande porque o aumento da massa reduz a resistência. Motores de alta eficiência contêm 25% de cobre extra em comparação com motores projetados para modelos de eficiência padrão.
4. Perdas do rotor também são consideradas uma fonte menor de perdas, causadas principalmente pelo grau de deslizamento que o motor apresenta. O deslizamento é, na verdade, a diferença entre a velocidade do campo magnético (RPM) e o RPM real do rotor e do eixo em uma determinada carga. Entre eles, o deslizamento é obtido subtraindo a velocidade do motor carregado da velocidade do motor descarregado e dividindo-a pela velocidade do motor carregado. Portanto, para reduzir essas perdas, o deslizamento deve ser reduzido, o que é feito aumentando a condutividade do rotor. O cobre deve ser usado em grandes quantidades devido à sua alta condutividade. Mas o cobre deve ser fundido sob pressão porque um processo para fundição de cobre sob pressão foi desenvolvido recentemente.
5. Perdas magnéticas do núcleo são derivadas da histerese, e 20% das perdas totais são causadas por correntes parasitas do núcleo e saturação. Ao usar materiais de alta qualidade e controle de qualidade, as perdas podem ser minimizadas, melhorando assim a eficiência.
6. Para reduzir os efeitos da histerese e da saturação, aço contendo uma pequena quantidade de silício será usado para laminação em vez de aço carbono de baixo custo. Dessa forma, as perdas do núcleo podem ser eliminadas. Ao reduzir a espessura da laminação e aumentar o comprimento da laminação, a densidade do fluxo e a perda do núcleo podem ser minimizadas.
7. As perdas por correntes parasitas podem ser minimizadas em grande medida garantindo o isolamento adequado entre as folhas ou laminados utilizados.
8. O intervalo de lubrificação é uma função da velocidade nominal de instalação do motor, tamanho do rolamento, tipo de graxa e aumento de temperatura. Portanto, tenha cuidado ao usar lubrificantes. Não misture tipos de graxa, mesmo que usem os mesmos elementos. Se outras graxas forem usadas na aplicação, isso afetará diretamente o desempenho do motor.

Como reduzir perdas motoras?

Uma vez que a distribuição de perdas domotorvaria com o tamanho da potência e o número de polos, para reduzir a perda, devemos nos concentrar em tomar medidas para os principais componentes de perda de diferentes potências e polos. Algumas maneiras de reduzir a perda são brevemente descritas a seguir:

1. Aumentar a eficácia dos materiais, reduzir a perda de enrolamento e a perda de ferro

De acordo com o princípio de similaridade dos motores, quando a carga eletromagnética permanece inalterada e a perda mecânica não é considerada, a perda do motor é aproximadamente proporcional ao cubo do tamanho linear do motor, e a potência de entrada do motor é aproximadamente proporcional à quarta potência do tamanho linear. A partir disso, a relação entre eficiência e uso efetivo do material pode ser aproximada. Para obter um espaço maior sob certas condições de tamanho de instalação para que materiais mais eficazes possam ser colocados para melhorar a eficiência do motor, o tamanho do diâmetro externo da punção do estator se torna um fator importante. Dentro da mesma faixa de base da máquina, os motores americanos têm maior saída do que os motores europeus. Para facilitar a dissipação de calor e reduzir o aumento da temperatura, os motores americanos geralmente usam punções de estator com diâmetros externos maiores, enquanto os motores europeus geralmente usam punções de estator com diâmetros externos menores devido à necessidade de derivados estruturais, como motores à prova de explosão e para reduzir a quantidade de cobre usada na extremidade do enrolamento e os custos de produção.

2. Use melhores materiais magnéticos e medidas de processo para reduzir a perda de ferro

As propriedades magnéticas (permeabilidade magnética e perda unitária de ferro) do material do núcleo têm grande influência na eficiência e outros desempenhos do motor. Ao mesmo tempo, o custo do material do núcleo é a parte principal do custo do motor. Portanto, a seleção de materiais magnéticos adequados é a chave para projetar e fabricar motores de alta eficiência. Em motores de alta potência, a perda de ferro é responsável por uma proporção considerável da perda total, portanto, reduzir o valor da perda unitária do material do núcleo ajudará a reduzir a perda de ferro do motor. Devido ao projeto e à fabricação do motor, a perda de ferro do motor excede em muito o valor calculado de acordo com o valor da perda unitária de ferro fornecido pela siderúrgica, portanto, o valor da perda unitária de ferro é geralmente aumentado em 1,5 a 2 vezes durante o projeto para considerar o aumento da perda de ferro.

A razão para o aumento da perda de ferro é principalmente porque o valor da perda de ferro unitária da siderúrgica é obtido testando a amostra do material da tira de acordo com o método do círculo quadrado de Epstein, mas o material é submetido a grande estresse após puncionamento, cisalhamento e laminação, e a perda aumentará; além disso, o entreferro causado pela presença da ranhura do dente leva ao campo magnético harmônico do dente causando perda sem carga na superfície do núcleo, o que levará a um aumento significativo na perda de ferro após a fabricação do motor. Portanto, além de selecionar materiais magnéticos com menor perda de ferro unitária, também é necessário controlar a pressão de laminação e tomar as medidas de processo necessárias para reduzir a perda de ferro. Em vista dos fatores de preço e processo, chapas de aço silício de alta qualidade e chapas de aço silício mais finas que 0,5 mm não são muito usadas na produção de motores de alta eficiência. Chapas de aço elétrico sem silício de baixo carbono ou chapas de aço silício laminadas a frio com baixo teor de silício são geralmente usadas. Alguns fabricantes de pequenos motores europeus usaram chapas de aço elétrico sem silício com um valor de perda de ferro unitária de 6,5 w/kg. Nos últimos anos, as siderúrgicas lançaram chapas de aço elétrico Polycor420 com uma perda unitária média de 4,0w/kg, que é ainda menor do que algumas chapas de aço com baixo teor de silício. O material também tem uma permeabilidade magnética maior.

Nos últimos anos, o Japão desenvolveu uma chapa de aço laminada a frio com baixo teor de silício com grau 50RMA350. Uma pequena quantidade de alumínio e metais de terras raras são adicionados à sua composição, mantendo assim uma maior permeabilidade magnética enquanto reduz as perdas. Seu valor de perda de ferro unitário é 3,12w/kg. Tudo isso provavelmente fornecerá uma melhor base de material para a produção e promoção de motores de alta eficiência.

3. Reduza o tamanho do ventilador para reduzir a perda de ventilação

Para motores de 2 e 4 polos de maior potência, o atrito do vento é responsável por uma proporção considerável. Por exemplo, o atrito do vento de um motor de 2 polos de 90 kW pode atingir cerca de 30% da perda total. O atrito do vento é composto principalmente pela energia consumida pelo ventilador. Como a perda de calor de motores de alta eficiência é geralmente baixa, o volume de ar de resfriamento pode ser reduzido e, portanto, a potência de ventilação também pode ser reduzida. A potência de ventilação é aproximadamente proporcional à 4ª a 5ª potência do diâmetro do ventilador. Portanto, se o aumento da temperatura for permitido, a redução do tamanho do ventilador pode efetivamente reduzir o atrito do vento. Além disso, o design razoável da estrutura de ventilação também é importante para melhorar a eficiência da ventilação e reduzir o atrito do vento. Testes mostraram que o atrito do vento da parte de 2 polos de alta potência de um motor de alta eficiência pode ser reduzido em cerca de 30% em comparação com o de um motor comum. Como a perda de ventilação é reduzida em uma grande margem e não exige muito custo adicional, a alteração do projeto do ventilador costuma ser uma das principais medidas tomadas para esta parte dos motores de alta eficiência.

4. Reduzir perdas por dispersão por meio de medidas de projeto e processo

As perdas parasitas de motores assíncronos são principalmente perdas de alta frequência geradas por harmônicos de alta ordem do campo magnético nos núcleos e enrolamentos do estator e rotor. Para reduzir a perda parasita de carga, a amplitude de cada harmônico de fase pode ser reduzida usando um enrolamento senoidal conectado em série Y-Δ ou outro enrolamento de harmônico baixo, reduzindo assim a perda parasita. Experimentos mostram que o uso de enrolamento senoidal pode reduzir a perda parasita em mais de 30% em média.

5. Melhore o processo de fundição sob pressão para reduzir a perda do rotor

Ao controlar a pressão, a temperatura e o caminho de descarga de gás durante a fundição de alumínio do rotor, o gás nas barras do rotor pode ser reduzido, melhorando assim a condutividade e reduzindo a perda de alumínio do rotor. Nos últimos anos, os Estados Unidos desenvolveram com sucesso equipamentos de fundição sob pressão de rotor de cobre e processos correspondentes, e atualmente estão conduzindo uma produção experimental em pequena escala. Os cálculos mostram que se um rotor de cobre substituir um rotor de alumínio, a perda do rotor pode ser reduzida em cerca de 38%.

6. Aplicar projeto de otimização de computador para reduzir perdas e melhorar a eficiência

Além de aumentar materiais, melhorar propriedades de materiais e melhorar processos, o design de otimização de computador é usado para determinar razoavelmente vários parâmetros sob as restrições de custo e desempenho, alcançando assim a máxima melhoria possível em eficiência. O uso de design otimizado pode encurtar significativamente o tempo de design do motor e melhorar a qualidade do design do motor.