Omdat de verliesverdeling van de motor varieert met de vermogensgrootte en het aantal polen, moeten we ons, om het verlies te verminderen, concentreren op het nemen van maatregelen voor de belangrijkste verliescomponenten van verschillende vermogens en poolaantallen. Enkele manieren om het verlies te beperken worden als volgt kort beschreven:

1. Verhoog effectieve materialen om wikkelverlies en ijzerverlies te verminderen

Volgens het gelijkheidsprincipe van motoren, wanneer de elektromagnetische belasting onveranderd blijft en er geen rekening wordt gehouden met het mechanische verlies, is het verlies van de motor ongeveer evenredig met de derde macht van de lineaire grootte van de motor, en is het ingangsvermogen van de motor ongeveer evenredig met de vierde macht van de lineaire grootte. Hieruit kan de relatie tussen efficiëntie en effectief materiaalgebruik worden benaderd. Om onder bepaalde omstandigheden van de installatiegrootte een grotere ruimte te verkrijgen, zodat effectievere materialen kunnen worden geplaatst om de efficiëntie van de motor te verbeteren, wordt de buitendiameter van het statorponsen een belangrijke factor. Binnen hetzelfde machinebasisbereik hebben Amerikaanse motoren een groter vermogen dan Europese motoren. Om de warmteafvoer te vergemakkelijken en de temperatuurstijging te verminderen, gebruiken Amerikaanse motoren over het algemeen statorponsen met grotere buitendiameters, terwijl Europese motoren over het algemeen statorponsen met kleinere buitendiameters gebruiken vanwege de behoefte aan structurele afgeleiden zoals explosieveilige motoren en om de hoeveelheid koper gebruikt aan het wikkeleinde en productiekosten.

2. Gebruik betere magnetische materialen en procesmaatregelen om ijzerverlies te verminderen

De magnetische eigenschappen (magnetische permeabiliteit en eenheidsijzerverlies) van het kernmateriaal hebben een grote invloed op het rendement en andere prestaties van de motor. Tegelijkertijd vormen de kosten van het kernmateriaal het grootste deel van de kosten van de motor. Daarom is de selectie van geschikte magnetische materialen de sleutel tot het ontwerpen en produceren van hoogrendementmotoren. Bij motoren met een hoger vermogen is het ijzerverlies verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel van het totale verlies. Daarom zal het verminderen van de eenheidsverlieswaarde van het kernmateriaal het ijzerverlies van de motor helpen verminderen. Als gevolg van het ontwerp en de fabricage van de motor overschrijdt het ijzerverlies van de motor aanzienlijk de waarde die is berekend op basis van de eenheidswaarde voor ijzerverlies die door de staalfabriek wordt verstrekt. Daarom wordt de eenheidswaarde voor ijzerverlies tijdens het ontwerp doorgaans 1,5 tot 2 keer verhoogd om rekening te houden met de toename van het ijzerverlies.

De belangrijkste reden voor de toename van het ijzerverlies is dat de eenheidswaarde voor ijzerverlies van de staalfabriek wordt verkregen door het testen van het stripmateriaalmonster volgens de Epstein-vierkantecirkelmethode. Het materiaal wordt echter na het ponsen, knippen en lamineren aan grote spanningen blootgesteld, waardoor de verliezen zullen toenemen. Bovendien veroorzaakt de aanwezigheid van de tandsleuf luchtspleten, wat leidt tot nullastverliezen op het oppervlak van de kern, veroorzaakt door het harmonische magnetische veld van de tand. Deze zullen leiden tot een aanzienlijke toename van het ijzerverlies van de motor nadat deze is vervaardigd. Daarom is het, naast het selecteren van magnetische materialen met een lager ijzerverlies, noodzakelijk om de lamineerdruk te controleren en de nodige procesmaatregelen te nemen om ijzerverlies te verminderen. Vanwege prijs- en procesfactoren worden hoogwaardige siliciumstaalplaten en siliciumstaalplaten dunner dan 0,5 mm niet veel gebruikt bij de productie van hoogrendementsmotoren. Over het algemeen worden siliciumvrije elektrische staalplaten met een laag koolstofgehalte of koudgewalste siliciumstaalplaten met een laag siliciumgehalte gebruikt. Sommige fabrikanten van kleine Europese motoren hebben siliciumvrije elektrische staalplaten gebruikt met een ijzerverlieswaarde van 6,5 w/kg. De afgelopen jaren hebben staalfabrieken Polycor420 elektrische staalplaten op de markt gebracht met een gemiddeld eenheidsverlies van 4,0 W/kg, zelfs lager dan sommige staalplaten met een laag siliciumgehalte. Het materiaal heeft ook een hogere magnetische permeabiliteit.

De afgelopen jaren heeft Japan een koudgewalste staalplaat met een laag siliciumgehalte ontwikkeld met een kwaliteit van 50RMA350, waaraan een kleine hoeveelheid aluminium en zeldzame aardmetalen aan de samenstelling is toegevoegd, waardoor een hoge magnetische permeabiliteit behouden blijft terwijl de verliezen worden verminderd. De eenheidswaarde voor ijzerverlies is 3,12 w/kg. Deze zullen waarschijnlijk een goede materiële basis vormen voor de productie en promotie van hoogrendementsmotoren.

3. Verklein de grootte van de ventilator om ventilatieverliezen te verminderen

Bij 2-polige en 4-polige motoren met een groter vermogen is de windwrijving verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel. De windwrijving van een 2-polige motor van 90 kW kan bijvoorbeeld ongeveer 30% van het totale verlies bedragen. Windwrijving bestaat voornamelijk uit het vermogen dat door de ventilator wordt verbruikt. Omdat het warmteverlies bij hoogrendementmotoren over het algemeen laag is, kan het koelluchtvolume worden verminderd en daarmee ook het ventilatievermogen. Het ventilatievermogen is ongeveer evenredig met de 4e tot 5e macht van de ventilatordiameter. Daarom kan het verkleinen van de ventilatorgrootte, als de temperatuurstijging het toelaat, de windwrijving effectief verminderen. Daarnaast is het redelijke ontwerp van de ventilatiestructuur ook belangrijk voor het verbeteren van de ventilatie-efficiëntie en het verminderen van windwrijving. Uit tests is gebleken dat de windwrijving van het krachtige 2-polige deel van een hoogrendementsmotor met ongeveer 30% kan worden verminderd in vergelijking met gewone motoren. Omdat het ventilatieverlies aanzienlijk wordt verminderd en niet veel extra kosten met zich meebrengen, is het veranderen van het ventilatorontwerp vaak een van de belangrijkste maatregelen die voor dit onderdeel van hoogrendementmotoren worden genomen.

4. Reduceer zwerfverliezen door ontwerp- en procesmaatregelen

Het strooiverlies van asynchrone motoren wordt voornamelijk veroorzaakt door hoogfrequente verliezen in de stator- en rotorkernen en wikkelingen, veroorzaakt door hogere harmonischen van het magnetische veld. Om het strooiverlies door belasting te verminderen, kan de amplitude van elke faseharmonische worden verminderd door gebruik te maken van Y-Δ in serie geschakelde sinusoïdale wikkelingen of andere laag-harmonische wikkelingen, waardoor het strooiverlies wordt verminderd. Tests hebben aangetoond dat het gebruik van sinusoïdale wikkelingen de zwerfverliezen gemiddeld met meer dan 30% kan verminderen.

5. Verbeter het spuitgietproces om rotorverlies te verminderen

Door tijdens het aluminiumgietproces van de rotor de druk, de temperatuur en het gasafvoerpad te regelen, kan het gas in de rotorstaven worden verminderd, waardoor de geleidbaarheid wordt verbeterd en het aluminiumverbruik van de rotor wordt verminderd. De afgelopen jaren hebben de Verenigde Staten met succes spuitgietapparatuur voor koperen rotoren en bijbehorende processen ontwikkeld, en voeren momenteel kleinschalige proefproductie uit. Uit berekeningen blijkt dat als koperen rotoren de aluminium rotoren vervangen, de rotorverliezen met ongeveer 38% kunnen worden verminderd.

6. Pas het computeroptimalisatieontwerp toe om verliezen te verminderen en de efficiëntie te verbeteren

Naast het vergroten van materialen, het verbeteren van materiaalprestaties en het verbeteren van processen, wordt computeroptimalisatieontwerp gebruikt om verschillende parameters redelijkerwijs te bepalen onder de beperkingen van kosten, prestaties, enz., om zo de maximaal mogelijke verbetering in efficiëntie te verkrijgen. Het gebruik van optimalisatieontwerp kan de tijd voor motorontwerp aanzienlijk verkorten en de kwaliteit van het motorontwerp verbeteren.

---

Posttijd: 12 augustus 2024