Δεδομένου ότι η κατανομή των απωλειών του κινητήρα ποικίλλει ανάλογα με το μέγεθος ισχύος και τον αριθμό των πόλων, προκειμένου να μειωθεί η απώλεια, θα πρέπει να επικεντρωθούμε στη λήψη μέτρων για τα κύρια στοιχεία απώλειας διαφορετικών δυνάμεων και αριθμών πόλων. Μερικοί τρόποι μείωσης της απώλειας περιγράφονται εν συντομία ως εξής:

1. Αυξήστε τα αποτελεσματικά υλικά για να μειώσετε την απώλεια περιελίξεων και την απώλεια σιδήρου

Σύμφωνα με την αρχή της ομοιότητας των κινητήρων, όταν το ηλεκτρομαγνητικό φορτίο παραμένει αμετάβλητο και δεν λαμβάνεται υπόψη η μηχανική απώλεια, η απώλεια του κινητήρα είναι περίπου ανάλογη με τον κύβο του γραμμικού μεγέθους του κινητήρα και η ισχύς εισόδου του κινητήρα είναι περίπου ανάλογη με την τέταρτη δύναμη του γραμμικού μεγέθους. Από αυτό, μπορεί να προσεγγιστεί η σχέση μεταξύ αποδοτικότητας και αποτελεσματικής χρήσης υλικού. Προκειμένου να αποκτήσετε μεγαλύτερο χώρο κάτω από ορισμένες συνθήκες μεγέθους εγκατάστασης, ώστε να μπορούν να τοποθετηθούν πιο αποτελεσματικά υλικά για τη βελτίωση της απόδοσης του κινητήρα, το μέγεθος της εξωτερικής διαμέτρου της διάτρησης του στάτη γίνεται σημαντικός παράγοντας. Στο ίδιο εύρος βάσης μηχανών, οι αμερικανικοί κινητήρες έχουν μεγαλύτερη απόδοση από τους ευρωπαϊκούς κινητήρες. Προκειμένου να διευκολυνθεί η διάχυση θερμότητας και να μειωθεί η αύξηση της θερμοκρασίας, οι αμερικανικοί κινητήρες χρησιμοποιούν γενικά διατρήσεις στάτορα με μεγαλύτερες εξωτερικές διαμέτρους, ενώ οι ευρωπαϊκοί κινητήρες χρησιμοποιούν γενικά διατρήσεις στάτορα με μικρότερες εξωτερικές διαμέτρους λόγω της ανάγκης για δομικά παράγωγα όπως αντιεκρηκτικοί κινητήρες και για τη μείωση του ποσότητα χαλκού που χρησιμοποιείται στο άκρο της περιέλιξης και κόστος παραγωγής.

2. Χρησιμοποιήστε καλύτερα μαγνητικά υλικά και μέτρα επεξεργασίας για να μειώσετε την απώλεια σιδήρου

Οι μαγνητικές ιδιότητες (μαγνητική διαπερατότητα και απώλεια μονάδας σιδήρου) του υλικού πυρήνα έχουν μεγάλη επίδραση στην απόδοση και άλλες επιδόσεις του κινητήρα. Ταυτόχρονα, το κόστος του υλικού πυρήνα είναι το κύριο μέρος του κόστους του κινητήρα. Επομένως, η επιλογή των κατάλληλων μαγνητικών υλικών είναι το κλειδί για το σχεδιασμό και την κατασκευή κινητήρων υψηλής απόδοσης. Σε κινητήρες υψηλότερης ισχύος, η απώλεια σιδήρου αντιπροσωπεύει σημαντικό ποσοστό της συνολικής απώλειας. Επομένως, η μείωση της τιμής απώλειας μονάδας του υλικού πυρήνα θα βοηθήσει στη μείωση της απώλειας σιδήρου του κινητήρα. Λόγω του σχεδιασμού και της κατασκευής του κινητήρα, η απώλεια σιδήρου του κινητήρα υπερβαίνει κατά πολύ την τιμή που υπολογίζεται σύμφωνα με τη μονάδα τιμής απώλειας σιδήρου που παρέχεται από το χαλυβουργείο. Επομένως, η μοναδιαία τιμή απώλειας σιδήρου γενικά αυξάνεται κατά 1,5~2 φορές κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού για να ληφθεί υπόψη η αύξηση της απώλειας σιδήρου.

Ο κύριος λόγος για την αύξηση της απώλειας σιδήρου είναι ότι η μοναδιαία τιμή απώλειας σιδήρου της χαλυβουργίας λαμβάνεται με δοκιμή του δείγματος υλικού της ταινίας σύμφωνα με τη μέθοδο του τετραγωνικού κύκλου Epstein. Ωστόσο, το υλικό υπόκειται σε μεγάλη καταπόνηση μετά από διάτρηση, διάτμηση και πλαστικοποίηση και η απώλεια θα αυξηθεί. Επιπλέον, η ύπαρξη της σχισμής του δοντιού προκαλεί κενά αέρα, τα οποία οδηγούν σε απώλειες χωρίς φορτίο στην επιφάνεια του πυρήνα που προκαλούνται από το αρμονικό μαγνητικό πεδίο του δοντιού. Αυτά θα οδηγήσουν σε σημαντική αύξηση της απώλειας σιδήρου του κινητήρα μετά την κατασκευή του. Ως εκ τούτου, εκτός από την επιλογή μαγνητικών υλικών με χαμηλότερη απώλεια σιδήρου μονάδας, είναι απαραίτητο να ελέγχεται η πίεση πλαστικοποίησης και να λαμβάνονται τα απαραίτητα μέτρα διεργασίας για τη μείωση της απώλειας σιδήρου. Λαμβανομένων υπόψη των παραγόντων τιμής και διεργασίας, τα φύλλα πυριτίου υψηλής ποιότητας και τα φύλλα από χάλυβα πυριτίου λεπτότερα από 0,5 mm δεν χρησιμοποιούνται πολύ στην παραγωγή κινητήρων υψηλής απόδοσης. Χρησιμοποιούνται γενικά φύλλα ηλεκτρικού χάλυβα χωρίς πυρίτιο χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα ή φύλλα πυριτίου ψυχρής έλασης χαμηλής περιεκτικότητας σε πυρίτιο. Ορισμένοι κατασκευαστές μικρών ευρωπαϊκών κινητήρων έχουν χρησιμοποιήσει φύλλα ηλεκτρικού χάλυβα χωρίς πυρίτιο με τιμή απώλειας μονάδας σιδήρου 6,5 w/kg. Τα τελευταία χρόνια, τα χαλυβουργεία κυκλοφόρησαν ηλεκτρικά φύλλα χάλυβα Polycor420 με μέση απώλεια μονάδας 4,0 w/kg, ακόμη χαμηλότερη από ορισμένα φύλλα χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε πυρίτιο. Το υλικό έχει επίσης υψηλότερη μαγνητική διαπερατότητα.

Τα τελευταία χρόνια, η Ιαπωνία έχει αναπτύξει ένα φύλλο χάλυβα ψυχρής έλασης χαμηλής περιεκτικότητας σε πυρίτιο ποιότητας 50RMA350, το οποίο έχει προστεθεί μικρή ποσότητα αλουμινίου και μετάλλων σπάνιων γαιών στη σύνθεσή του, διατηρώντας έτσι υψηλή μαγνητική διαπερατότητα μειώνοντας τις απώλειες. Η μοναδιαία τιμή απώλειας σιδήρου είναι 3,12 w/kg. Αυτά είναι πιθανό να παρέχουν μια καλή υλική βάση για την παραγωγή και την προώθηση κινητήρων υψηλής απόδοσης.

3. Μειώστε το μέγεθος του ανεμιστήρα για να μειώσετε τις απώλειες αερισμού

Για κινητήρες 2 και 4 πόλων μεγαλύτερης ισχύος, η τριβή του ανέμου αποτελεί σημαντικό ποσοστό. Για παράδειγμα, η τριβή ανέμου ενός 2πολικού κινητήρα 90 kW μπορεί να φτάσει περίπου το 30% της συνολικής απώλειας. Η τριβή του ανέμου αποτελείται κυρίως από την ισχύ που καταναλώνει ο ανεμιστήρας. Δεδομένου ότι η απώλεια θερμότητας των κινητήρων υψηλής απόδοσης είναι γενικά χαμηλή, ο όγκος του αέρα ψύξης μπορεί να μειωθεί και επομένως η ισχύς αερισμού μπορεί επίσης να μειωθεί. Η ισχύς αερισμού είναι περίπου ανάλογη με την 4η έως την 5η ισχύ της διαμέτρου του ανεμιστήρα. Επομένως, εάν η αύξηση της θερμοκρασίας το επιτρέπει, η μείωση του μεγέθους του ανεμιστήρα μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την τριβή του ανέμου. Επιπλέον, ο λογικός σχεδιασμός της δομής εξαερισμού είναι επίσης σημαντικός για τη βελτίωση της απόδοσης αερισμού και τη μείωση της τριβής του ανέμου. Δοκιμές έδειξαν ότι η τριβή ανέμου του 2πολικού τμήματος υψηλής ισχύος ενός κινητήρα υψηλής απόδοσης μπορεί να μειωθεί κατά περίπου 30% σε σύγκριση με τους συνηθισμένους κινητήρες. Δεδομένου ότι η απώλεια αερισμού μειώνεται σημαντικά και δεν απαιτεί μεγάλο πρόσθετο κόστος, η αλλαγή του σχεδιασμού του ανεμιστήρα είναι συχνά ένα από τα κύρια μέτρα που λαμβάνονται για αυτό το τμήμα κινητήρων υψηλής απόδοσης.

4. Μειώστε τις απώλειες αδέσποτων μέσω μέτρων σχεδιασμού και διαδικασίας

Η αδέσποτη απώλεια των ασύγχρονων κινητήρων προκαλείται κυρίως από απώλειες υψηλής συχνότητας στους πυρήνες του στάτη και του ρότορα και στις περιελίξεις που προκαλούνται από αρμονικές υψηλής τάξης του μαγνητικού πεδίου. Για να μειωθεί η απώλεια αδέσποτου φορτίου, το πλάτος κάθε αρμονικής φάσης μπορεί να μειωθεί χρησιμοποιώντας ημιτονοειδείς περιελίξεις συνδεδεμένες στη σειρά Y-Δ ή άλλες περιελίξεις χαμηλής αρμονικής, μειώνοντας έτσι την απώλεια αδέσποτων. Οι δοκιμές έχουν δείξει ότι η χρήση ημιτονοειδών περιελίξεων μπορεί να μειώσει τις απώλειες αδέσποτων κατά περισσότερο από 30% κατά μέσο όρο.

5. Βελτιώστε τη διαδικασία χύτευσης με χύτευση για να μειώσετε την απώλεια του ρότορα

Με τον έλεγχο της πίεσης, της θερμοκρασίας και της διαδρομής εκκένωσης αερίου κατά τη διαδικασία χύτευσης αλουμινίου του ρότορα, το αέριο στις ράβδους του ρότορα μπορεί να μειωθεί, βελτιώνοντας έτσι την αγωγιμότητα και μειώνοντας την κατανάλωση αλουμινίου του ρότορα. Τα τελευταία χρόνια, οι Ηνωμένες Πολιτείες ανέπτυξαν επιτυχώς εξοπλισμό χύτευσης χάλκινου ρότορα και αντίστοιχες διεργασίες, και επί του παρόντος διεξάγουν μικρής κλίμακας δοκιμαστική παραγωγή. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι εάν οι ρότορες χαλκού αντικαταστήσουν τους ρότορες αλουμινίου, οι απώλειες του ρότορα μπορούν να μειωθούν κατά περίπου 38%.

6. Εφαρμόστε σχεδιασμό βελτιστοποίησης υπολογιστή για τη μείωση των απωλειών και τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας

Εκτός από την αύξηση των υλικών, τη βελτίωση της απόδοσης των υλικών και τη βελτίωση των διαδικασιών, ο σχεδιασμός βελτιστοποίησης υπολογιστή χρησιμοποιείται για τον εύλογο προσδιορισμό διαφόρων παραμέτρων υπό τους περιορισμούς κόστους, απόδοσης κ.λπ., ώστε να επιτευχθεί η μέγιστη δυνατή βελτίωση της απόδοσης. Η χρήση σχεδίασης βελτιστοποίησης μπορεί να μειώσει σημαντικά τον χρόνο σχεδιασμού του κινητήρα και να βελτιώσει την ποιότητα του σχεδιασμού του κινητήρα.

---

Ώρα δημοσίευσης: Aug-12-2024