Straty trójfazowych silników prądu przemiennego można podzielić na straty miedzi, straty aluminium, straty żelaza, straty błądzące i straty wiatru. Pierwsze cztery to straty ciepła, a ich suma nazywana jest całkowitymi stratami ciepła.Proporcję strat miedzi, strat aluminium, strat żelaza i strat błądzących do całkowitej straty ciepła wyjaśnia się, gdy moc zmienia się z małej na dużą.Na przykładzie, chociaż udział zużycia miedzi i aluminium w całkowitej stracie ciepła ulega wahaniom, generalnie maleje od dużego do małego, wykazując tendencję spadkową.Wręcz przeciwnie, straty żelaza i straty bezpańskie, chociaż występują wahania, generalnie rosną od małych do dużych, wykazując tendencję wzrostową.Gdy moc jest wystarczająco duża, rozpraszanie żelaza przekracza rozpraszanie miedzi.Czasami straty bezpańskie przewyższają straty miedzi i żelaza i stają się pierwszym czynnikiem utraty ciepła.Ponowna analiza silnika Y2 i obserwacja proporcjonalnej zmiany różnych strat w stratach całkowitych ujawnia podobne prawa.Uznając powyższe zasady, stwierdza się, że różne silniki mocy kładą różny nacisk na ograniczenie wzrostu temperatury i strat ciepła.W przypadku małych silników należy najpierw zmniejszyć straty miedzi; w przypadku silników średniej i dużej mocy straty żelaza powinny być skupione na zmniejszeniu strat błądzących.Pogląd, że „straty bezpańskie są znacznie mniejsze niż straty miedzi i straty żelaza” jest jednostronny.Szczególnie podkreśla się, że im większa moc silnika, tym większą uwagę należy zwrócić na zmniejszenie strat błądzących.Silniki o średniej i dużej mocy wykorzystują uzwojenia sinusoidalne, aby zmniejszyć harmoniczny potencjał magnetyczny i straty błądzące, a efekt jest często bardzo dobry.Różne środki mające na celu zmniejszenie strat bezpańskich na ogół nie wymagają zwiększania efektywności materiałów.
Wstęp
Straty w trójfazowym silniku prądu przemiennego można podzielić na straty miedzi PCu, straty aluminium PAl, straty żelaza PFe, straty błądzące Ps, zużycie wiatru Pfw, pierwsze cztery to straty ciepła, których suma nazywana jest całkowitą stratą ciepła PQ, w tym straty bezpańskie Jest przyczyną wszystkich strat z wyjątkiem strat miedzi PCu, strat aluminium PAl, strat żelaza PFe i zużycia wiatrowego Pfw, w tym harmonicznych potencjału magnetycznego, upływu pola magnetycznego i prądu bocznego rynny.
Ze względu na trudności w obliczeniu strat błądzących i złożoność testu wiele krajów przewiduje, że straty błądzące oblicza się jako 0,5% mocy wejściowej silnika, co upraszcza sprzeczność.Jednak ta wartość jest bardzo przybliżona, a różne projekty i różne procesy są często bardzo różne, co również ukrywa sprzeczność i nie może w pełni odzwierciedlać rzeczywistych warunków pracy silnika.Ostatnio pomiary rozproszenia błądzącego stają się coraz bardziej popularne.W dobie globalnej integracji gospodarczej ogólną tendencją jest pewne wybieganie w przyszłość w zakresie integracji z międzynarodowymi standardami.
W artykule zbadano silnik trójfazowy prądu przemiennego. Kiedy moc zmienia się z małej na dużą, zmienia się proporcja strat miedzi PCu, strat aluminium PAl, strat żelaza PFe i strat błądzących Ps do całkowitej straty ciepła PQ i uzyskuje się środki zaradcze. Projektuj i produkuj bardziej rozsądnie i lepiej.
1. Analiza strat silnika
1.1 Najpierw obserwuj instancję.Fabryka eksportuje produkty silników elektrycznych serii E, a warunki techniczne określają zmierzone straty błądzące.Dla ułatwienia porównania przyjrzyjmy się najpierw silnikom 2-biegunowym, których moc waha się od 0,75 kW do 315 kW.Zgodnie z wynikami testu oblicza się stosunek strat miedzi PCu, strat aluminium PAl, strat żelaza PFe i strat błądzących Ps do całkowitej straty ciepła PQ, jak pokazano na rysunku 1.Rzędna na rysunku to stosunek różnych strat ciepła do całkowitej straty ciepła (%), odcięta to moc silnika (kW), linia przerywana z rombami to proporcja zużycia miedzi, linia przerywana z kwadratami to proporcja zużycia aluminium, a linia przerywana trójkąta to współczynnik strat żelaza, a linia przerywana z krzyżykiem to stosunek strat bezpańskich.
Rysunek 1. Wykres przerywany proporcji zużycia miedzi, zużycia aluminium, zużycia żelaza, rozpraszania błądzącego i całkowitych strat ciepła w 2-biegunowych silnikach serii E
(1) Kiedy moc silnika zmienia się z małej na dużą, udział zużycia miedzi, chociaż się zmienia, generalnie maleje z dużej na małą, wykazując tendencję spadkową. 0,75 kW i 1,1 kW stanowią około 50%, natomiast 250 kW i 315 kW to mniej niż 20%. Udział zużycia aluminium w wysokości 20% również zmienił się z dużego na małe, wykazując tendencję spadkową, ale zmiana nie jest duża.
(2) Od małej do dużej mocy silnika, proporcja strat żelaza zmienia się, chociaż występują wahania, generalnie wzrasta od małej do dużej, wykazując tendencję wzrostową.0,75 kW ~ 2,2 kW wynosi około 15%, a gdy jest większe niż 90 kW, przekracza 30%, czyli jest większe niż zużycie miedzi.
(3) Proporcjonalna zmiana rozpraszania błądzącego, chociaż zmienna, generalnie wzrasta od małego do dużego, wykazując tendencję wzrostową.0,75 kW ~ 1,5 kW to około 10%, podczas gdy 110 kW jest bliskie zużyciu miedzi. W przypadku specyfikacji większych niż 132 kW większość strat błądzących przekracza zużycie miedzi.Straty błądzące o mocy 250 kW i 315 kW przewyższają straty miedzi i żelaza i stają się pierwszym czynnikiem utraty ciepła.
Silnik 4-biegunowy (pominięto schemat połączeń).Strata żelaza powyżej 110 kW jest większa niż strata miedzi, a strata błądząca 250 kW i 315 kW przewyższa stratę miedzi i utratę żelaza, stając się pierwszym czynnikiem utraty ciepła.Suma zużycia miedzi i aluminium w tej serii silników 2-6-biegunowych, mały silnik odpowiada za około 65% do 84% całkowitych strat ciepła, podczas gdy duży silnik zmniejsza się do 35% do 50%, podczas gdy żelazny zużycie jest odwrotne, mały silnik odpowiada za około 65% do 84% całkowitych strat ciepła. Całkowita strata ciepła wynosi od 10% do 25%, podczas gdy w przypadku dużego silnika wzrasta do około 26% do 38%.Straty bezpańskie, małe silniki stanowią około 6% do 15%, podczas gdy duże silniki rosną do 21% do 35%.Gdy moc jest wystarczająco duża, strata rozproszona w żelazie przekracza stratę w miedzi.Czasami straty bezpańskie przewyższają straty miedzi i żelaza, stając się pierwszym czynnikiem utraty ciepła.
Silnik 2-biegunowy serii 1.2 R, zmierzone straty błądzące
Zgodnie z wynikami testu uzyskuje się stosunek strat miedzi, strat żelaza, strat błądzących itp. do całkowitej straty ciepła PQ.Rysunek 2 pokazuje proporcjonalną zmianę mocy silnika do strat miedzi błądzącej.Współrzędna na rysunku to stosunek (%) strat miedzi rozproszonej do całkowitej straty ciepła, odcięta to moc silnika (kW), linia przerywana z rombami to stosunek strat miedzi, a linia przerywana z kwadratami to stosunek strat bezpańskich.Rysunek 2 wyraźnie pokazuje, że ogólnie rzecz biorąc, im większa moc silnika, tym większy udział strat błądzących w całkowitej utracie ciepła, która rośnie.Rysunek 2 pokazuje również, że dla rozmiarów większych niż 150 kW straty błądzące przewyższają straty miedzi.Istnieje kilka rozmiarów silników, a straty bezpańskie są nawet 1,5 do 1,7 razy większe niż straty miedzi.
Moc tej serii silników 2-biegunowych waha się od 22kW do 450kW. Stosunek zmierzonej straty błądzącej do PQ wzrósł z niecałych 20% do prawie 40%, a zakres zmian jest bardzo duży.Jeśli jest wyrażona jako stosunek zmierzonej straty rozproszenia do znamionowej mocy wyjściowej, wynosi około (1,1 ~ 1,3)%; jeśli jest wyrażony stosunkiem zmierzonej straty rozproszonej do mocy wejściowej, wynosi około (1,0 ~ 1,2)%, dwa ostatnie. Stosunek wyrażenia nie zmienia się zbytnio i trudno jest dostrzec proporcjonalną zmianę straty rozproszonej porażka z PQ.Dlatego obserwacja strat ciepła, zwłaszcza stosunku strat bezpańskich do PQ, może lepiej zrozumieć zmieniające się prawo strat ciepła.
Zmierzona strata błądząca w powyższych dwóch przypadkach została przyjęta metodą IEEE 112B w Stanach Zjednoczonych
Rysunek 2. Wykres liniowy stosunku strat błądzących w miedzi do całkowitych strat ciepła w 2-biegunowym silniku serii R
Silniki serii 1.3 Y2
Warunki techniczne określają, że strata błądząca wynosi 0,5% mocy wejściowej, natomiast GB/T1032-2005 określa zalecaną wartość strat błądzących. Teraz weźmy metodę 1 i wzór będzie następujący: Ps=(0,025-0,005×lg(PN))×P1 wzór PN- to moc znamionowa; P1- to moc wejściowa.
Zakładamy, że zmierzona wartość strat błądzących jest równa wartości zalecanej i ponownie obliczamy obliczenia elektromagnetyczne, a następnie obliczamy stosunek czterech strat cieplnych zużycia miedzi, zużycia aluminium i zużycia żelaza do całkowitej straty ciepła PQ .Zmiana jego proporcji jest również zgodna z powyższymi zasadami.
Oznacza to, że gdy moc zmienia się z małej na dużą, proporcja zużycia miedzi i aluminium generalnie spada z dużej do małej, wykazując tendencję spadkową.Z drugiej strony odsetek strat żelaza i strat bezpańskich generalnie wzrasta od małych do dużych, wykazując tendencję wzrostową.Niezależnie od tego, czy jest to wersja 2-, 4- czy 6-biegunowa, jeśli moc jest większa niż określona moc, straty w żelazie przewyższą straty w miedzi; odsetek strat bezpańskich również wzrośnie z małych do dużych, stopniowo zbliżając się do utraty miedzi lub nawet ją przekraczając.Rozproszenie rozproszone o mocy ponad 110 kW na 2 biegunach staje się pierwszym czynnikiem powodującym straty ciepła.
Rysunek 3 przedstawia wykres linii przerywanej stosunku czterech strat cieplnych do PQ dla 4-biegunowych silników serii Y2 (zakładając, że zmierzona wartość strat błądzących jest równa powyższej zalecanej wartości, a pozostałe straty są obliczane zgodnie z tą wartością) .Współrzędna to stosunek różnych strat ciepła do PQ (%), a odcięta to moc silnika (kW).Oczywiście straty w żelazie powyżej 90 kW są większe niż straty w miedzi.
Rysunek 3. Wykres przerywany stosunku zużycia miedzi, zużycia aluminium, zużycia żelaza i rozpraszania światła do całkowitych strat ciepła 4-biegunowych silników serii Y2
1.4 W literaturze bada się stosunek różnych strat do strat całkowitych (w tym tarcia wiatru)
Stwierdzono, że zużycie miedzi i aluminium odpowiadało od 60% do 70% całkowitych strat w małych silnikach i spadało do 30% do 40% wraz ze wzrostem mocy, podczas gdy zużycie żelaza było odwrotne. %powyżej.W przypadku strat błądzących małe silniki odpowiadają za około 5–10% strat całkowitych, podczas gdy duże silniki stanowią ponad 15%.Ujawnione prawa są podobne: to znaczy, gdy moc zmienia się z małej na dużą, proporcja strat miedzi i strat aluminium na ogół maleje z dużych do małych, wykazując tendencję spadkową, podczas gdy proporcja strat żelaza i strat błądzących na ogół wzrasta od małych i dużych, wykazując tendencję wzrostową. .
1.5 Wzór obliczeniowy zalecanej wartości strat błądzących zgodnie z GB/T1032-2005 Metoda 1
Licznik to zmierzona wartość strat bezpańskich.Od małej do dużej mocy silnika, proporcja strat błądzących do mocy wejściowej zmienia się i stopniowo maleje, a zakres zmian nie jest mały, około 2,5% do 1,1%.Jeśli mianownik zostanie zmieniony na całkowitą stratę ∑P, to znaczy Ps/∑P=Ps/P1/(1-η), jeśli sprawność silnika wynosi 0,667~0,967, odwrotność (1-η) wynosi 3~ 30, czyli zmierzone zanieczyszczenie. W porównaniu ze stosunkiem mocy wejściowej, stosunek strat rozproszenia do strat całkowitych wzrasta od 3 do 30 razy. Im wyższa moc, tym szybciej rośnie linia przerywana.Oczywiście, jeśli weźmiemy pod uwagę stosunek strat błądzących do całkowitej utraty ciepła, „współczynnik powiększenia” będzie większy.Dla 2-biegunowego silnika 450 kW serii R w powyższym przykładzie stosunek strat błądzących do mocy wejściowej Ps/P1 jest nieco mniejszy niż obliczona wartość zalecana powyżej, a stosunek strat błądzących do strat całkowitych ∑P i całkowitych strat ciepła PQ wynosi odpowiednio 32,8%. 39,5% w porównaniu do stosunku mocy wejściowej P1, „wzmocnionej” odpowiednio około 28 i 34 razy.
Metodą obserwacji i analizy w tym artykule jest przyjęcie stosunku 4 rodzajów strat ciepła do całkowitej straty ciepła PQ. Wartość współczynnika jest duża i wyraźnie widać proporcję i prawo zmian różnych strat, to znaczy moc od małej do dużej, zużycie miedzi i zużycie aluminium. Ogólnie proporcja zmieniła się z dużej na małą, wykazując spadek trend, podczas gdy odsetek strat żelaza i strat bezpańskich zasadniczo zmienił się z małych na duże, wykazując tendencję wzrostową.W szczególności zaobserwowano, że im większa moc silnika, tym wyższy stosunek strat błądzących do PQ, stopniowo zbliżając się do straty miedzi, przekraczając stratę miedzi, a nawet stając się pierwszym czynnikiem utraty ciepła, więc możemy poprawnie zrozumieć zgodnie z prawem i zwróć uwagę na zmniejszenie dużego silnika. bezpańskie straty.W porównaniu ze stosunkiem strat błądzących do mocy wejściowej, stosunek zmierzonych strat błądzących do całkowitych strat ciepła jest wyrażany tylko w inny sposób i nie zmienia jego natury fizycznej.
2. Środki
Znajomość powyższej zasady jest pomocna przy racjonalnym projektowaniu i wytwarzaniu silnika.Moc silnika jest inna, środki mające na celu zmniejszenie wzrostu temperatury i utraty ciepła są różne, a nacisk jest inny.
2.1 W przypadku silników małej mocy zużycie miedzi stanowi dużą część całkowitych strat ciepła
Dlatego zmniejszenie wzrostu temperatury powinno w pierwszej kolejności zmniejszyć zużycie miedzi, na przykład zwiększyć przekrój drutu, zmniejszyć liczbę przewodów w żłobku, zwiększyć kształt żłobka stojana i wydłużyć żelazny rdzeń.W fabryce wzrost temperatury jest często kontrolowany poprzez kontrolowanie obciążenia cieplnego AJ, co jest całkowicie prawidłowe w przypadku małych silników.Kontrolowanie AJ zasadniczo oznacza kontrolowanie strat miedzi. Znalezienie ubytku miedzi w stojanie całego silnika według AJ, wewnętrznej średnicy stojana, długości półobrotu cewki i rezystywności drutu miedzianego nie jest trudne.
2.2 Kiedy moc zmienia się z małej na dużą, utrata żelaza stopniowo zbliża się do utraty miedzi
Zużycie żelaza na ogół przekracza zużycie miedzi, gdy jest większe niż 100 kW.Dlatego duże silniki powinny zwracać uwagę na zmniejszenie zużycia żelaza.W przypadku specjalnych pomiarów można zastosować blachy ze stali krzemowej o niskiej stratności, gęstość magnetyczna stojana nie powinna być zbyt duża i należy zwrócić uwagę na rozsądny rozkład gęstości magnetycznej każdej części.
Niektóre fabryki przeprojektowują niektóre silniki dużej mocy i odpowiednio zmniejszają kształt żłobka stojana.Rozkład gęstości magnetycznej jest rozsądny, a stosunek strat miedzi i żelaza jest odpowiednio dostosowany.Chociaż gęstość prądu stojana wzrasta, obciążenie cieplne wzrasta, a straty miedzi rosną, gęstość magnetyczna stojana maleje, a straty w żelazie zmniejszają się bardziej niż zwiększają się straty miedzi.Wydajność jest porównywalna z oryginalną konstrukcją, nie tylko zmniejsza się wzrost temperatury, ale także oszczędzana jest ilość miedzi użytej w stojanie.
2.3 Ograniczanie strat bezpańskich
W artykule tym podkreślono, żeim większa moc silnika, tym większą uwagę należy zwrócić na zmniejszenie strat błądzących.Opinia, że „straty błądzące są znacznie mniejsze niż straty miedzi” dotyczy tylko małych silników.Oczywiście, zgodnie z powyższymi obserwacjami i analizami, im większa moc, tym mniej odpowiednia.Niewłaściwy jest również pogląd, że „straty bezpańskie są znacznie mniejsze niż straty żelaza”.
Stosunek zmierzonej wartości strat błądzących do mocy wejściowej jest wyższy dla małych silników, a niższy przy większej mocy, ale nie można stwierdzić, że małe silniki powinny zwracać uwagę na redukcję strat błądzących, podczas gdy duże silniki tak nie ma potrzeby redukowania strat bezpańskich. strata.Wręcz przeciwnie, zgodnie z powyższym przykładem i analizą, im większa moc silnika, tym wyższy stosunek strat błądzących do całkowitych strat ciepła, a straty błądzące i straty żelaza są bliskie lub nawet przekraczają straty miedzi, zatem im większa moc silnika, tym więcej uwagi należy na nią zwrócić. Zmniejsz straty bezpańskie.
2.4 Środki mające na celu ograniczenie strat przypadkowych
Sposoby ograniczenia strat błądzących, takie jak zwiększenie szczeliny powietrznej, ponieważ strata błądząca jest w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalna do kwadratu szczeliny powietrznej; zmniejszanie harmonicznego potencjału magnetycznego, na przykład poprzez stosowanie uzwojeń sinusoidalnych (niskich harmonicznych); odpowiednie dopasowanie szczeliny; redukując zazębienie, Wirnik przyjmuje zamkniętą szczelinę, a otwarta szczelina silnika wysokiego napięcia przyjmuje magnetyczny klin szczelinowy; Obróbka osłony wirnika z odlewanego aluminium zmniejsza prąd boczny i tak dalej.Warto zaznaczyć, że powyższe środki z reguły nie wymagają dodatku skutecznych materiałów.Zużycie różne jest również związane ze stanem nagrzania silnika, takim jak dobre odprowadzanie ciepła przez uzwojenie, niska temperatura wewnętrzna silnika i niskie zużycie różne.
Przykład: Fabryka naprawia silnik o 6 biegunach i mocy 250 kW.Po teście naprawy wzrost temperatury osiągnął 125 K przy 75% obciążenia znamionowego.Następnie szczelina powietrzna jest obrabiana maszynowo do 1,3-krotności pierwotnego rozmiaru.W teście pod obciążeniem znamionowym wzrost temperatury faktycznie spadł do 81 K, co w pełni pokazuje, że szczelina powietrzna wzrosła, a rozpraszanie błądzące zostało znacznie zmniejszone.Harmoniczny potencjał magnetyczny jest ważnym czynnikiem utraty mocy. Silniki średniej i dużej mocy wykorzystują uzwojenia sinusoidalne w celu zmniejszenia harmonicznego potencjału magnetycznego, a efekt jest często bardzo dobry.Dobrze zaprojektowane uzwojenia sinusoidalne stosowane są w silnikach średniej i dużej mocy. Gdy amplituda i amplituda harmonicznych zostaną zmniejszone o 45% do 55% w porównaniu z oryginalnym projektem, straty błądzące można zmniejszyć o 32% do 55%, w przeciwnym razie wzrost temperatury zostanie zmniejszony, a wydajność wzrośnie. , hałas jest zmniejszony i może zaoszczędzić miedź i żelazo.
3. Wniosek
3.1 Silnik trójfazowy prądu przemiennego
Kiedy moc zmienia się z małej na dużą, proporcja zużycia miedzi i aluminium do całkowitej straty ciepła na ogół wzrasta od dużej do małej, podczas gdy proporcja strat bezpańskich związanych ze zużyciem żelaza generalnie wzrasta od małej do dużej.W przypadku małych silników straty miedzi stanowią największą część całkowitych strat ciepła. Wraz ze wzrostem mocy silnika, straty błądzące i straty żelaza zbliżają się i przekraczają straty miedzi.
3.2 Aby zmniejszyć straty ciepła
Moc silnika jest inna, inny jest także cel podejmowanych działań.W przypadku małych silników należy najpierw zmniejszyć zużycie miedzi.W przypadku silników średniej i dużej mocy należy zwrócić większą uwagę na zmniejszenie strat żelaza i strat bezpańskich.Pogląd, że „straty bezpańskie są znacznie mniejsze niż straty miedzi i straty żelaza” jest jednostronny.
3.3 Udział strat błądzących w całkowitych stratach ciepła w dużych silnikach jest wyższy
W artykule podkreślono, że im większa moc silnika, tym większą uwagę należy zwrócić na ograniczenie strat błądzących.
Czas publikacji: 16 czerwca 2022 r