Da die Verlustverteilung des Motors je nach Leistungsgröße und Polzahl variiert, sollten wir uns zur Reduzierung der Verluste darauf konzentrieren, Maßnahmen für die Hauptverlustkomponenten verschiedener Leistungen und Polzahlen zu ergreifen. Einige Möglichkeiten, den Verlust zu reduzieren, werden im Folgenden kurz beschrieben:

1. Erhöhen Sie die Wirksamkeit der Materialien, um Wicklungsverluste und Eisenverluste zu reduzieren

Gemäß dem Ähnlichkeitsprinzip von Motoren ist der Verlust des Motors ungefähr proportional zur dritten Potenz der linearen Größe des Motors, wenn die elektromagnetische Last unverändert bleibt und der mechanische Verlust nicht berücksichtigt wird proportional zur vierten Potenz der linearen Größe. Daraus lässt sich näherungsweise der Zusammenhang zwischen Effizienz und effektivem Materialeinsatz ableiten. Um unter bestimmten Installationsgrößenbedingungen einen größeren Raum zu erhalten, sodass effektivere Materialien zur Verbesserung der Effizienz des Motors eingesetzt werden können, wird die Größe des Außendurchmessers der Statorstanzung zu einem wichtigen Faktor. Bei gleicher Maschinenbasis haben amerikanische Motoren eine höhere Leistung als europäische Motoren. Um die Wärmeableitung zu erleichtern und den Temperaturanstieg zu reduzieren, verwenden amerikanische Motoren im Allgemeinen Statorstanzungen mit größeren Außendurchmessern, während europäische Motoren im Allgemeinen Statorstanzungen mit kleineren Außendurchmessern verwenden, da strukturelle Derivate wie explosionsgeschützte Motoren erforderlich sind und die Temperatur reduziert werden soll Menge des am Wicklungsende verwendeten Kupfers und Produktionskosten.

2. Verwenden Sie bessere magnetische Materialien und Prozessmaßnahmen, um den Eisenverlust zu reduzieren

Die magnetischen Eigenschaften (magnetische Permeabilität und Eisenverlust) des Kernmaterials haben großen Einfluss auf den Wirkungsgrad und die sonstige Leistung des Motors. Gleichzeitig machen die Kosten für das Kernmaterial den größten Teil der Motorkosten aus. Daher ist die Auswahl geeigneter magnetischer Materialien der Schlüssel zur Entwicklung und Herstellung hocheffizienter Motoren. Bei Motoren höherer Leistung macht der Eisenverlust einen erheblichen Anteil am Gesamtverlust aus. Daher trägt die Reduzierung des Einheitsverlustwertes des Kernmaterials dazu bei, den Eisenverlust des Motors zu reduzieren. Aufgrund der Konstruktion und Herstellung des Motors übersteigt der Eisenverlust des Motors den Wert, der anhand des vom Stahlwerk bereitgestellten Eisenverlustwerts pro Einheit berechnet wird, erheblich. Daher wird der Eisenverlustwert pro Einheit während der Konstruktion im Allgemeinen um das 1,5- bis 2-fache erhöht, um dem Anstieg des Eisenverlusts Rechnung zu tragen.

Der Hauptgrund für den Anstieg des Eisenverlusts besteht darin, dass der Einheitswert des Eisenverlusts des Stahlwerks durch Testen der Bandmaterialprobe nach der Epstein-Quadrat-Kreis-Methode ermittelt wird. Allerdings wird das Material nach dem Stanzen, Scheren und Laminieren stark beansprucht und der Verlust nimmt zu. Darüber hinaus entstehen durch die Zahnnut Luftspalte, die durch das harmonische Zahnmagnetfeld zu Leerlaufverlusten an der Oberfläche des Kerns führen. Diese führen nach der Herstellung zu einem erheblichen Anstieg des Eisenverlusts des Motors. Daher ist es neben der Auswahl magnetischer Materialien mit geringerem Eisenverlust pro Einheit erforderlich, den Laminierungsdruck zu kontrollieren und die erforderlichen Prozessmaßnahmen zu ergreifen, um den Eisenverlust zu reduzieren. Aus Preis- und Prozessgründen werden hochwertige Siliziumstahlbleche und Siliziumstahlbleche, die dünner als 0,5 mm sind, bei der Herstellung von Hochleistungsmotoren kaum verwendet. Im Allgemeinen werden kohlenstoffarme, siliziumfreie Elektrobleche oder kaltgewalzte Siliziumstahlbleche mit niedrigem Siliziumgehalt verwendet. Einige Hersteller kleiner europäischer Motoren haben silikonfreie Elektrobleche mit einem Eisenverlustwert von 6,5 W/kg verwendet. In den letzten Jahren haben Stahlwerke Polycor420-Elektrostahlbleche mit einem durchschnittlichen Stückverlust von 4,0 W/kg auf den Markt gebracht, was sogar niedriger ist als bei einigen Stahlblechen mit niedrigem Siliziumgehalt. Das Material weist außerdem eine höhere magnetische Permeabilität auf.

In den letzten Jahren hat Japan ein kaltgewalztes Stahlblech mit niedrigem Siliziumgehalt der Güte 50RMA350 entwickelt, dessen Zusammensetzung eine geringe Menge Aluminium und Seltenerdmetalle enthält, wodurch eine hohe magnetische Permeabilität erhalten bleibt und gleichzeitig Verluste reduziert werden Der Eisenverlustwert pro Einheit beträgt 3,12 W/kg. Diese dürften eine gute materielle Grundlage für die Produktion und Förderung hocheffizienter Motoren bieten.

3. Reduzieren Sie die Größe des Lüfters, um Lüftungsverluste zu reduzieren

Bei 2- und 4-poligen Motoren größerer Leistung macht die Windreibung einen erheblichen Anteil aus. Beispielsweise kann die Windreibung eines zweipoligen 90-kW-Motors etwa 30 % des Gesamtverlusts ausmachen. Die Windreibung setzt sich hauptsächlich aus der vom Ventilator aufgenommenen Leistung zusammen. Da die Verlustwärme von Hochleistungsmotoren in der Regel gering ist, kann die Kühlluftmenge reduziert werden und somit auch die Lüftungsleistung reduziert werden. Die Lüftungsleistung ist etwa proportional zur 4. bis 5. Potenz des Ventilatordurchmessers. Wenn es der Temperaturanstieg zulässt, kann daher eine Reduzierung der Lüftergröße die Windreibung wirksam reduzieren. Darüber hinaus ist auch die sinnvolle Gestaltung der Lüftungsstruktur wichtig, um die Lüftungseffizienz zu verbessern und die Windreibung zu reduzieren. Tests haben gezeigt, dass die Windreibung des leistungsstarken 2-Pol-Teils eines Hochleistungsmotors im Vergleich zu herkömmlichen Motoren um etwa 30 % reduziert werden kann. Da der Lüftungsverlust erheblich reduziert wird und keine großen Mehrkosten erforderlich sind, ist die Änderung des Lüfterdesigns häufig eine der Hauptmaßnahmen für diesen Teil von Hochleistungsmotoren.

4. Reduzieren Sie Streuverluste durch Design- und Prozessmaßnahmen

Der Streuverlust von Asynchronmotoren wird hauptsächlich durch Hochfrequenzverluste in den Stator- und Rotorkernen und -wicklungen verursacht, die durch Oberwellen höherer Ordnung des Magnetfelds verursacht werden. Um den Laststreuverlust zu reduzieren, kann die Amplitude jeder Phasenharmonischen reduziert werden, indem in Y-Δ-Reihen geschaltete Sinuswicklungen oder andere Wicklungen mit geringen Harmonischen verwendet werden, wodurch die Streuverluste reduziert werden. Tests haben gezeigt, dass durch den Einsatz von Sinuswicklungen Streuverluste im Durchschnitt um mehr als 30 % reduziert werden können.

5. Verbessern Sie den Druckgussprozess, um Rotorverluste zu reduzieren

Durch die Steuerung von Druck, Temperatur und Gasentladungspfad während des Aluminiumgussprozesses des Rotors kann das Gas in den Rotorstäben reduziert werden, wodurch die Leitfähigkeit verbessert und der Aluminiumverbrauch des Rotors verringert wird. In den letzten Jahren haben die Vereinigten Staaten erfolgreich Kupferrotor-Druckgussanlagen und entsprechende Prozesse entwickelt und führen derzeit eine Versuchsproduktion in kleinem Maßstab durch. Berechnungen zeigen, dass Rotorverluste um etwa 38 % reduziert werden können, wenn Kupferrotoren Aluminiumrotoren ersetzen.

6. Wenden Sie Computeroptimierungsdesigns an, um Verluste zu reduzieren und die Effizienz zu verbessern

Neben der Erhöhung der Materialien, der Verbesserung der Materialleistung und der Verbesserung von Prozessen wird Computeroptimierungsdesign verwendet, um verschiedene Parameter unter den Einschränkungen von Kosten, Leistung usw. sinnvoll zu bestimmen, um die größtmögliche Effizienzsteigerung zu erzielen. Der Einsatz von Optimierungsdesign kann die Zeit für das Motordesign erheblich verkürzen und die Qualität des Motordesigns verbessern.

---

Zeitpunkt der Veröffentlichung: 12. August 2024