Poiché la distribuzione delle perdite del motore varia con la potenza e il numero di poli, per ridurre le perdite dovremmo concentrarci sull'adozione di misure per le principali componenti di perdita di diverse potenze e numeri di poli. Alcuni modi per ridurre la perdita sono brevemente descritti come segue:

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

Secondo il principio di similarità dei motori, quando il carico elettromagnetico rimane invariato e la perdita meccanica non viene considerata, 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 ed utilizzo effettivo del materiale. Per ottenere uno spazio più ampio in determinate condizioni dimensionali di installazione in modo da poter posizionare 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 base di macchine, i motori americani hanno una potenza maggiore rispetto ai motori europei. Per facilitare la dissipazione del calore e ridurre l'aumento della 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 minori per la necessità di derivati ​​strutturali come i motori antideflagranti e per ridurre la quantità di rame utilizzata alla fine dell'avvolgimento e costi di produzione.

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

Le proprietà magnetiche (permeabilità magnetica e perdita di ferro unitario) del materiale del nucleo hanno una grande influenza sull'efficienza e su altre prestazioni del motore. Allo stesso tempo, il costo del materiale principale costituisce la parte principale del costo del motore. Pertanto, la selezione di materiali magnetici idonei è la chiave per progettare e produrre motori ad alta efficienza. Nei motori di potenza superiore, la perdita di ferro rappresenta una percentuale considerevole della perdita totale. Pertanto, la riduzione del valore della perdita unitaria del materiale del nucleo aiuterà a ridurre la perdita di ferro del motore. A causa della progettazione e della fabbricazione del motore, la perdita di ferro del motore supera notevolmente il valore calcolato in base al valore di perdita di ferro unitario fornito dall'acciaieria. Pertanto, il valore unitario della perdita di ferro viene generalmente aumentato di 1,5~2 volte durante la progettazione per tenere conto dell'aumento della perdita di ferro.

La ragione principale dell'aumento della perdita di ferro è che il valore unitario della perdita di ferro dell'acciaieria si ottiene testando il campione di materiale in nastro secondo il metodo del cerchio quadrato di Epstein. Tuttavia, il materiale è sottoposto a forti sollecitazioni dopo la punzonatura, la cesoiatura e la laminazione e la perdita aumenterà. Inoltre, l'esistenza della fessura del dente provoca traferri, che portano a perdite a vuoto sulla superficie del nucleo causate dal campo magnetico armonico del dente. Ciò comporterà un aumento significativo della perdita di ferro del motore dopo la sua produzione. Pertanto, oltre a selezionare materiali magnetici con una perdita di ferro unitaria inferiore, è 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 vengono utilizzate molto nella produzione di motori ad alta efficienza. Vengono generalmente utilizzate lamiere di acciaio elettrico senza silicio a basso contenuto di carbonio o lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo a basso contenuto di silicio. Alcuni produttori di piccoli motori europei hanno utilizzato lamiere di acciaio elettrico prive di silicio con un valore di perdita unitaria di ferro di 6,5 w/kg. Negli ultimi anni, le acciaierie hanno lanciato lamiere di acciaio elettrico Polycor420 con una perdita unitaria media di 4,0 w/kg, addirittura inferiore a quella di alcune lamiere di acciaio a basso contenuto di silicio. Il materiale ha anche una maggiore permeabilità magnetica.

Negli ultimi anni, il Giappone ha sviluppato una lamiera di acciaio laminata a freddo a basso contenuto di silicio con un grado di 50RMA350, che ha una piccola quantità di alluminio e metalli delle terre rare aggiunti alla sua composizione, mantenendo così un'elevata permeabilità magnetica riducendo al contempo le perdite, e la sua il valore unitario della perdita di ferro è 3,12 w/kg. Questi forniranno probabilmente una buona base materiale per la produzione e la promozione di motori ad alta efficienza.

3. Ridurre le dimensioni della ventola per ridurre le perdite di ventilazione

Per i motori a 2 e 4 poli di potenza maggiore, l'attrito del vento rappresenta una parte 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 dal ventilatore. Poiché la perdita di calore dei motori ad alta efficienza è generalmente bassa, il volume dell'aria di raffreddamento può essere ridotto e di conseguenza anche la potenza di ventilazione. La potenza di ventilazione è approssimativamente proporzionale alla 4a-5a potenza del diametro della ventola. Pertanto, se l’aumento della temperatura lo consente, la riduzione delle dimensioni della ventola può ridurre efficacemente l’attrito del vento. Inoltre, una progettazione ragionevole della struttura di ventilazione è importante anche per migliorare l'efficienza della ventilazione e ridurre l'attrito del vento. I test hanno dimostrato che l'attrito del vento della parte bipolare ad alta potenza di un motore ad alta efficienza può essere ridotto di circa il 30% rispetto ai motori normali. Poiché la perdita di ventilazione è ridotta in modo significativo e non richiede molti costi aggiuntivi, la modifica del design 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 causate principalmente da perdite ad alta frequenza nei nuclei dello statore e del rotore e negli avvolgimenti causate dalle armoniche di ordine elevato del campo magnetico. Per ridurre la perdita parassita del carico, l'ampiezza di ciascuna armonica di fase può essere ridotta utilizzando avvolgimenti sinusoidali collegati in serie Y-Δ o altri avvolgimenti a bassa armonica, riducendo così la perdita parassita. I test hanno dimostrato che l'uso di avvolgimenti sinusoidali può ridurre le perdite parassite in media di oltre il 30%.

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 il processo di fusione dell'alluminio del rotore, è possibile ridurre il gas nelle barre del rotore, migliorando così la conduttività e riducendo il consumo di alluminio del rotore. Negli ultimi anni, gli Stati Uniti hanno sviluppato con successo apparecchiature per la pressofusione di rotori in rame e processi corrispondenti e stanno attualmente conducendo una produzione di prova su piccola scala. I calcoli mostrano che se i rotori in rame sostituiscono quelli in alluminio, le perdite del rotore possono essere ridotte 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 prestazioni dei materiali e migliorare i processi, la progettazione di ottimizzazione computerizzata viene utilizzata per determinare ragionevolmente vari parametri sotto i vincoli di costo, prestazioni, ecc., in modo da ottenere il massimo miglioramento possibile dell'efficienza. L'uso della progettazione di ottimizzazione può ridurre significativamente i tempi di progettazione del motore e migliorare la qualità della progettazione del motore.

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Orario di pubblicazione: 12 agosto 2024