Ponieważ rozkład strat silnika zmienia się w zależności od wielkości mocy i liczby biegunów, aby zmniejszyć straty, powinniśmy skupić się na podejmowaniu pomiarów dla głównych składników strat o różnej mocy i liczbie biegunów. Niektóre sposoby ograniczenia strat opisano pokrótce w następujący sposób:

1. Zwiększ skuteczność materiałów, aby zmniejszyć straty uzwojenia i straty żelaza

Zgodnie z zasadą podobieństwa silników, gdy obciążenie elektromagnetyczne pozostaje niezmienione i nie uwzględnia się strat mechanicznych, straty w silniku są w przybliżeniu proporcjonalne do sześcianu wymiaru liniowego silnika, a moc wejściowa silnika wynosi w przybliżeniu proporcjonalna do czwartej potęgi rozmiaru liniowego. Na tej podstawie można w przybliżeniu oszacować związek między wydajnością a efektywnym zużyciem materiałów. Aby uzyskać większą przestrzeń przy określonych warunkach wielkości instalacji, aby można było umieścić bardziej efektywne materiały w celu poprawy wydajności silnika, ważnym czynnikiem staje się średnica zewnętrzna wybicia stojana. W tym samym zakresie maszyn, silniki amerykańskie mają większą moc wyjściową niż silniki europejskie. Aby ułatwić odprowadzanie ciepła i ograniczyć wzrost temperatury, w silnikach amerykańskich zazwyczaj stosuje się stemple stojana o większych średnicach zewnętrznych, podczas gdy w silnikach europejskich zazwyczaj stosuje się stemple stojana o mniejszych średnicach zewnętrznych ze względu na potrzebę stosowania rozwiązań konstrukcyjnych, takich jak silniki przeciwwybuchowe, oraz w celu zmniejszenia ilość miedzi zużytej na końcu uzwojenia i koszty produkcji.

2. Używaj lepszych materiałów magnetycznych i środków procesowych, aby zmniejszyć straty żelaza

Właściwości magnetyczne (przepuszczalność magnetyczna i jednostkowa utrata żelaza) materiału rdzenia mają ogromny wpływ na sprawność i inne osiągi silnika. Jednocześnie koszt materiału rdzenia stanowi główną część kosztu silnika. Dlatego dobór odpowiednich materiałów magnetycznych jest kluczem do projektowania i produkcji silników o wysokiej sprawności. W silnikach o większej mocy straty żelaza stanowią znaczną część strat całkowitych. Dlatego zmniejszenie wartości strat jednostkowych materiału rdzenia pomoże zmniejszyć straty żelaza w silniku. Ze względu na konstrukcję i produkcję silnika, straty żelaza w silniku znacznie przekraczają wartość obliczoną na podstawie jednostkowej wartości strat żelaza dostarczonej przez hutę. Dlatego też wartość jednostkowej utraty żelaza jest zwykle zwiększana podczas projektowania o 1,5–2 razy, aby uwzględnić wzrost utraty żelaza.

Główną przyczyną wzrostu strat żelaza jest to, że jednostkową wartość strat żelaza w hucie uzyskuje się poprzez badanie próbki materiału taśmy zgodnie z metodą kwadratowego koła Epsteina. Jednakże materiał poddawany jest dużym naprężeniom po wykrawaniu, ścinaniu i laminowaniu, a straty będą wzrastać. Dodatkowo istnienie szczeliny zęba powoduje powstawanie szczelin powietrznych, co prowadzi do strat jałowych na powierzchni rdzenia spowodowanych polem magnetycznym harmonicznej zęba. Doprowadzi to do znacznego wzrostu strat żelaza w silniku po jego wyprodukowaniu. Dlatego oprócz wyboru materiałów magnetycznych o niższych jednostkowych stratach żelaza, należy kontrolować ciśnienie laminowania i podejmować niezbędne działania technologiczne w celu ograniczenia strat żelaza. Ze względu na cenę i czynniki technologiczne, wysokiej jakości blachy ze stali krzemowej i blachy ze stali krzemowej cieńsze niż 0,5 mm nie są zbyt często stosowane w produkcji silników o wysokiej wydajności. Powszechnie stosuje się blachy ze stali elektrotechnicznej bezkrzemowej o niskiej zawartości węgla lub blachy ze stali krzemowej walcowanej na zimno o niskiej zawartości krzemu. Niektórzy producenci małych europejskich silników stosują niezawierające krzemu blachy ze stali elektrotechnicznej o jednostkowej wartości utraty żelaza wynoszącej 6,5 w/kg. W ostatnich latach huty wprowadziły na rynek arkusze stali elektrotechnicznej Polycor420 o średniej utracie jednostkowej wynoszącej 4,0 w/kg, czyli nawet mniej niż w przypadku niektórych blach ze stali o niskiej zawartości krzemu. Materiał ma również wyższą przenikalność magnetyczną.

W ostatnich latach Japonia opracowała walcowaną na zimno blachę stalową o niskiej zawartości krzemu w gatunku 50RMA350, która zawiera w swoim składzie niewielką ilość aluminium i metali ziem rzadkich, dzięki czemu utrzymuje wysoką przenikalność magnetyczną przy jednoczesnym zmniejszeniu strat, a jej jednostkowa wartość utraty żelaza wynosi 3,12 w/kg. Prawdopodobnie zapewnią one dobrą bazę materialną do produkcji i promocji silników o wysokiej sprawności.

3. Zmniejsz rozmiar wentylatora, aby zmniejszyć straty wentylacyjne

W przypadku silników 2-biegunowych i 4-biegunowych o większej mocy tarcie wiatru ma znaczny udział. Na przykład tarcie wiatru w 2-biegunowym silniku o mocy 90 kW może osiągnąć około 30% całkowitych strat. Na tarcie wiatru składa się głównie moc pobierana przez wentylator. Ponieważ straty ciepła w silnikach o wysokiej sprawności są na ogół niskie, można zmniejszyć ilość powietrza chłodzącego, a co za tym idzie, również moc wentylacji. Moc wentylacji jest w przybliżeniu proporcjonalna do 4. do 5. potęgi średnicy wentylatora. Dlatego też, jeśli pozwala na to wzrost temperatury, zmniejszenie rozmiaru wentylatora może skutecznie zmniejszyć tarcie wiatru. Ponadto rozsądne zaprojektowanie konstrukcji wentylacyjnej jest również ważne dla poprawy wydajności wentylacji i zmniejszenia tarcia wiatru. Testy wykazały, że tarcie wiatru w 2-biegunowej części dużej mocy silnika o wysokiej sprawności można zmniejszyć o około 30% w porównaniu ze zwykłymi silnikami. Ponieważ straty wentylacji są znacznie zmniejszone i nie wymagają dużych dodatkowych kosztów, zmiana konstrukcji wentylatora jest często jednym z głównych działań podejmowanych w przypadku tej części silników o wysokiej wydajności.

4. Ogranicz straty bezpańskie poprzez środki projektowe i procesowe

Straty błądzące w silnikach asynchronicznych są spowodowane głównie stratami o wysokiej częstotliwości w rdzeniach i uzwojeniach stojana i wirnika, spowodowanymi harmonicznymi wyższego rzędu pola magnetycznego. Aby zmniejszyć straty błądzące obciążenia, amplitudę każdej harmonicznej fazowej można zmniejszyć, stosując uzwojenia sinusoidalne połączone szeregowo Y-Δ lub inne uzwojenia o niskiej zawartości harmonicznych, zmniejszając w ten sposób straty błądzące. Testy wykazały, że zastosowanie uzwojeń sinusoidalnych może zmniejszyć straty błądzące średnio o ponad 30%.

5. Ulepsz proces odlewania ciśnieniowego, aby zmniejszyć straty wirnika

Kontrolując ciśnienie, temperaturę i ścieżkę wypływu gazu podczas procesu odlewania aluminium wirnika, można zredukować ilość gazu w prętach wirnika, poprawiając w ten sposób przewodność i zmniejszając zużycie aluminium przez wirnik. W ostatnich latach Stany Zjednoczone z sukcesem opracowały urządzenia do odlewania ciśnieniowego z wirnikiem miedzianym i powiązane procesy, a obecnie prowadzą produkcję próbną na małą skalę. Obliczenia pokazują, że jeśli miedziane wirniki zastąpią aluminiowe, straty w wirniku można zmniejszyć o około 38%.

6. Zastosuj projekt optymalizacji komputera, aby zmniejszyć straty i poprawić wydajność

Oprócz zwiększania ilości materiałów, ulepszania wydajności materiałów i ulepszania procesów, stosuje się projektowanie optymalizacji komputerowej w celu rozsądnego określenia różnych parametrów w ramach ograniczeń kosztów, wydajności itp., Aby uzyskać maksymalną możliwą poprawę wydajności. Zastosowanie projektowania optymalizacyjnego może znacznie skrócić czas projektowania silnika i poprawić jego jakość.

---

Czas publikacji: 12 sierpnia 2024 r