Motor verimliliği nasıl artırılır?
Motorun bu verimliliği, direnç kayıpları, sürtünmeden kaynaklanan mekanik kayıplar, çekirdekteki manyetik enerjinin dağılmasından kaynaklanan kayıplar ve kullanılan malzeme türüne bağlı olarak farklı kayıplar dahil olmak üzere az miktardaki kayıplardan etkilenir. Motoru daha verimli hale getirmek için motordaki kayıpları azaltmalıyız. Motorun verimlilik katsayısını iyileştirmek için benimsenebilecek bazı yöntemler veya ipuçları şunlardır.
- Motor çerçevesinin işlevi, sargılar için mekanik koruma sağlamaktır. Ayrıca bacaklar tarafından monte edilen arayüzden de sorumludur. Motor çerçevesi, motorun içinde üretilen ısıyı, fan tarafından üflenen havanın ısı dağılımını destekleyeceği çerçevenin yüzeyine aktarmaktan sorumlu olduğundan termal performansında hayati bir rol oynar. Bu, ısı kayıplarını azaltacaktır.
- Bir diğer temel ipucu, fan kapağının arkasına yakın duvarlar arasında hava girişine izin verecek minimum bir boşluk bırakmaktır. Motorun etrafındaki alanı temiz tutun ve soğutma sisteminin performansını düşürebilecek hava tıkanıklıklarını düzenli olarak kontrol edin. Bu nedenle, motor ne kadar soğuk çalışırsa o kadar uzun ömürlü olur.
- Stator motorun ana bileşenidir ve kayıpların %60'ına neden olur, bu nedenle bu kayıpları azaltmak için stator sargısının kütlesi büyük tutulmalıdır çünkü kütledeki artış direnci azaltır. Yüksek verimli motorlar, standart verimli modeller için tasarlanmış motorlara kıyasla %25 ekstra bakır içerir.
- Rotor kayıpları da, esas olarak motorun gösterdiği kayma derecesinden kaynaklanan küçük bir kayıp kaynağı olarak kabul edilir. Kayma aslında manyetik alanın hızı (RPM) ile rotorun ve şaftın belirli bir yükteki gerçek RPM'si arasındaki farktır. Bunlardan kayma, yüklü motorun hızının yüksüz motorun hızından çıkarılıp yüklü motorun hızına bölünmesiyle elde edilir. Bu nedenle, bu kayıpları azaltmak için, rotorun iletkenliğini artırarak kayma azaltılmalıdır. Bakır, yüksek iletkenliği nedeniyle büyük miktarlarda kullanılmalıdır. Ancak bakırın kalıp dökümü yapılmalıdır çünkü son zamanlarda bakırı kalıp döküm için bir işlem geliştirilmiştir.
- Çekirdek manyetik kayıpları histerezis kaynaklıdır ve toplam kayıpların %20'si çekirdek girdap akımları ve doygunluktan kaynaklanır. Yüksek kaliteli malzemeler ve kalite kontrolü kullanılarak kayıplar en aza indirilebilir ve böylece verimlilik artırılabilir.
- Histerezis ve doygunluk etkilerini azaltmak için, düşük maliyetli karbon çeliği yerine laminasyonda az miktarda silisyum içeren çelik kullanılacaktır. Bu şekilde, çekirdek kayıpları ortadan kaldırılabilir. Laminasyon kalınlığını azaltarak ve laminasyon uzunluğunu artırarak, akı yoğunluğu ve çekirdek kaybı en aza indirilebilir.
- Kullanılan levha veya laminatlar arasında uygun izolasyonun sağlanmasıyla girdap akımı kayıpları büyük oranda en aza indirilebilir.
- Yağlama aralığı, motor kurulumunun nominal hızı, yatak boyutu, gres türü ve sıcaklık artışının bir fonksiyonudur. Bu nedenle, lütfen yağlayıcıları kullanırken dikkatli olun. Aynı elemanları kullansalar bile gres türlerini karıştırmayın. Uygulamada başka gresler kullanılırsa, bu doğrudan motor performansını etkileyecektir.
Motor kayıpları nasıl azaltılır?
Zararın dağıtımından bu yanamotorgüç büyüklüğüne ve kutup sayısına göre değişir, kaybı azaltmak için farklı güçlerin ve kutupların ana kayıp bileşenleri için önlemler almaya odaklanmalıyız. Kaybı azaltmanın bazı yolları kısaca aşağıda açıklanmıştır:
- Etkin malzemeleri artırın, sarım kaybını ve demir kaybını azaltın
Motorların benzerlik ilkesine göre, elektromanyetik yük değişmeden kaldığında ve mekanik kayıp dikkate alınmadığında, motor kaybı yaklaşık olarak motorun doğrusal boyutunun küpüyle orantılıdır ve motorun giriş gücü yaklaşık olarak doğrusal boyutun dördüncü kuvvetiyle orantılıdır. Buradan, verimlilik ve etkili malzeme kullanımı arasındaki ilişki yaklaşık olarak hesaplanabilir. Belirli kurulum boyutu koşullarında daha büyük bir alan elde etmek ve motor verimliliğini artırmak için daha etkili malzemelerin yerleştirilebilmesi amacıyla, stator delme işleminin dış çap boyutu önemli bir faktör haline gelir. Aynı makine taban aralığında, Amerikan motorları Avrupa motorlarından daha fazla çıkışa sahiptir. Isı dağılımını kolaylaştırmak ve sıcaklık artışını azaltmak için Amerikan motorları genellikle daha büyük dış çaplara sahip stator delme işlemleri kullanırken, Avrupa motorları genellikle patlamaya dayanıklı motorlar gibi yapısal türevlere ihtiyaç duyulması ve sargı ucunda kullanılan bakır miktarını ve üretim maliyetlerini azaltmak nedeniyle daha küçük dış çaplara sahip stator delme işlemleri kullanırlar.
- Demir kaybını azaltmak için daha iyi manyetik malzemeler ve işlem önlemleri kullanın
Çekirdek malzemenin manyetik özellikleri (manyetik geçirgenlik ve birim demir kaybı), motorun verimliliği ve diğer performansı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Aynı zamanda, çekirdek malzemesinin maliyeti, motor maliyetinin ana kısmını oluşturur. Bu nedenle, uygun manyetik malzemelerin seçimi, yüksek verimli motorları tasarlamanın ve üretmenin anahtarıdır. Yüksek güçlü motorlarda, demir kaybı toplam kaybın önemli bir bölümünü oluşturur, bu nedenle çekirdek malzemesinin birim kayıp değerini azaltmak, motorun demir kaybını azaltmaya yardımcı olacaktır. Motorun tasarımı ve üretimi nedeniyle, motorun demir kaybı, çelik fabrikası tarafından sağlanan birim demir kaybı değerine göre hesaplanan değeri büyük ölçüde aşar, bu nedenle birim demir kaybı değeri, demir kaybındaki artışı hesaba katmak için genellikle tasarım sırasında 1,5 ~ 2 kat artırılır.
Demir kaybındaki artışın nedeni, esas olarak çelik fabrikasının birim demir kaybı değerinin Epstein kare daire yöntemine göre şerit malzeme numunesinin test edilmesiyle elde edilmesi, ancak malzemenin delme, kesme ve laminasyondan sonra büyük strese maruz kalması ve kaybın artmasıdır; ayrıca, diş yuvasının varlığından kaynaklanan hava boşluğu, diş harmonik manyetik alanına yol açarak çekirdek yüzeyinde yük kaybı oluşmasına neden olur, bu da motor üretildikten sonra demir kaybında önemli bir artışa yol açacaktır. Bu nedenle, daha düşük birim demir kaybına sahip manyetik malzemelerin seçilmesine ek olarak, laminasyon basıncını kontrol etmek ve demir kaybını azaltmak için gerekli proses önlemlerini almak da gereklidir. Fiyat ve proses faktörleri göz önüne alındığında, yüksek verimli motorların üretiminde yüksek dereceli silisyumlu çelik saclar ve 0,5 mm'den ince silisyumlu çelik saclar çok fazla kullanılmamaktadır. Genellikle düşük karbonlu silisyumsuz elektrik çelik sacları veya düşük silisyumlu soğuk haddelenmiş silisyumlu çelik saclar kullanılır. Bazı küçük Avrupa motor üreticileri, 6,5w/kg birim demir kaybı değerine sahip silisyumsuz elektrik çelik sacları kullanmıştır. Son yıllarda çelik fabrikaları, bazı düşük silikonlu çelik saclardan bile daha düşük olan, ortalama 4,0w/kg birim kaybına sahip Polycor420 elektrik çelik saclarını piyasaya sürdü. Malzemenin ayrıca daha yüksek manyetik geçirgenliği vardır.
Son yıllarda Japonya, 50RMA350 sınıfında düşük silikonlu soğuk haddelenmiş çelik sac geliştirdi. Bileşimine az miktarda alüminyum ve nadir toprak metalleri eklenerek, kayıpları azaltırken daha yüksek manyetik geçirgenlik sağlanır. Birim demir kaybı değeri 3,12w/kg'dır. Tüm bunların yüksek verimli motorların üretimi ve tanıtımı için daha iyi bir malzeme temeli sağlaması muhtemeldir.
- Havalandırma kaybını azaltmak için fanın boyutunu küçültün
Daha büyük güçlü 2 ve 4 kutuplu motorlar için rüzgar sürtünmesi önemli bir orana sahiptir. Örneğin, 90 kW'lık 2 kutuplu bir motorun rüzgar sürtünmesi toplam kaybın yaklaşık %30'una ulaşabilir. Rüzgar sürtünmesi esas olarak fanın tükettiği güçten oluşur. Yüksek verimli motorların ısı kaybı genellikle düşük olduğundan, soğutma havası hacmi azaltılabilir ve böylece havalandırma gücü de azaltılabilir. Havalandırma gücü, fan çapının yaklaşık olarak 4. ila 5. kuvvetiyle orantılıdır. Bu nedenle, sıcaklık artışına izin verilirse, fan boyutunu küçültmek rüzgar sürtünmesini etkili bir şekilde azaltabilir. Ayrıca, havalandırma yapısının makul tasarımı da havalandırma verimliliğini artırmak ve rüzgar sürtünmesini azaltmak için önemlidir. Testler, yüksek verimli bir motorun yüksek güçlü 2 kutuplu kısmının rüzgar sürtünmesinin sıradan bir motora kıyasla yaklaşık %30 oranında azaltılabileceğini göstermiştir. Havalandırma kaybı büyük oranda azaltıldığı ve fazla ek maliyet gerektirmediği için, yüksek verimli motorların bu kısmı için alınan başlıca önlemlerden biri genellikle fan tasarımının değiştirilmesidir.
- Tasarım ve proses önlemleriyle kayıpları azaltın
Asenkron motorların kaçak kayıpları, esas olarak stator ve rotor çekirdekleri ile sargılarındaki manyetik alanın yüksek dereceli harmonikleri tarafından üretilen yüksek frekanslı kayıplardır. Yük kaçak kaybını azaltmak için, her faz harmoniğinin genliği, Y-Δ seri bağlı sinüzoidal sargı veya diğer düşük harmonikli sargı kullanılarak azaltılabilir ve böylece kaçak kayıp azaltılabilir. Deneyler, sinüzoidal sargı kullanımının kaçak kaybını ortalama %30'dan fazla azaltabileceğini göstermektedir.
- Rotor kaybını azaltmak için kalıp döküm sürecini iyileştirin
Rotor alüminyum dökümü sırasında basınç, sıcaklık ve gaz deşarj yolunu kontrol ederek, rotor çubuklarındaki gaz azaltılabilir, böylece iletkenlik iyileştirilebilir ve rotor alüminyum kaybı azaltılabilir. Son yıllarda, Amerika Birleşik Devletleri bakır rotor kalıp döküm ekipmanlarını ve ilgili süreçleri başarıyla geliştirdi ve şu anda küçük ölçekli deneme üretimi yürütüyor. Hesaplamalar, bir bakır rotorun bir alüminyum rotorun yerini alması durumunda rotor kaybının yaklaşık %38 oranında azaltılabileceğini gösteriyor.
- Kayıpları azaltmak ve verimliliği artırmak için bilgisayar optimizasyon tasarımını uygulayın
Malzemeleri artırmanın, malzeme özelliklerini iyileştirmenin ve süreçleri iyileştirmenin yanı sıra, bilgisayar optimizasyon tasarımı, maliyet ve performans kısıtlamaları altında çeşitli parametreleri makul bir şekilde belirlemek için kullanılır ve böylece verimlilikte mümkün olan en yüksek iyileştirme elde edilir. Optimize edilmiş tasarımın kullanımı, motor tasarımının süresini önemli ölçüde kısaltabilir ve motor tasarımının kalitesini iyileştirebilir.