Поскольку распределение потерь двигателя варьируется в зависимости от мощности и количества полюсов, чтобы уменьшить потери, мы должны сосредоточиться на принятии мер для основных компонентов потерь различной мощности и числа полюсов. Некоторые способы уменьшения потерь кратко описаны следующим образом:

1. Увеличение количества эффективных материалов для снижения потерь в обмотке и железа.

Согласно принципу подобия двигателей, когда электромагнитная нагрузка остается неизменной и механические потери не учитываются, потери двигателя примерно пропорциональны кубу линейного размера двигателя, а входная мощность двигателя примерно равна пропорционален четвертой степени линейного размера. Отсюда можно приблизительно определить взаимосвязь между эффективностью и эффективным использованием материалов. Чтобы получить большее пространство при определенных условиях установки, чтобы можно было разместить более эффективные материалы для повышения эффективности двигателя, размер внешнего диаметра штамповки статора становится важным фактором. В пределах одного и того же диапазона машин американские двигатели имеют большую мощность, чем европейские двигатели. Чтобы облегчить отвод тепла и снизить повышение температуры, в американских двигателях обычно используются штамповки статора с большим внешним диаметром, тогда как в европейских двигателях обычно используются штамповки статора с меньшим внешним диаметром из-за необходимости использования конструктивных модификаций, таких как взрывозащищенные двигатели, и для уменьшения количество меди, используемой на конце обмотки, и затраты на производство.

2. Используйте более качественные магнитные материалы и технологические меры для уменьшения потерь в железе.

Магнитные свойства (магнитная проницаемость и потери в железе) материала сердечника оказывают большое влияние на эффективность и другие характеристики двигателя. При этом стоимость материала сердечника составляет основную часть стоимости двигателя. Поэтому выбор подходящих магнитных материалов является ключом к проектированию и производству высокоэффективных двигателей. В двигателях большей мощности потери в железе составляют значительную часть общих потерь. Следовательно, уменьшение удельных потерь материала сердечника поможет уменьшить потери в железе двигателя. Из-за конструкции и производства двигателя потери в железе двигателя значительно превышают значение, рассчитанное на основе значения удельных потерь в железе, предоставленного сталелитейным заводом. Поэтому значение удельных потерь в железе обычно увеличивается в 1,5–2 раза при проектировании, чтобы принять во внимание увеличение потерь в железе.

Основная причина увеличения потерь в железе заключается в том, что значение удельных потерь в железе на сталелитейном заводе получается путем испытания образца полосового материала по методу квадрата и круга Эпштейна. Однако после штамповки, резки и ламинирования материал подвергается большим нагрузкам, и потери увеличиваются. Кроме того, наличие зубчатой ​​прорези приводит к появлению воздушных зазоров, что приводит к потерям холостого хода на поверхности сердечника, вызванным гармоническим магнитным полем зубца. Это приведет к значительному увеличению потерь в железе двигателя после его изготовления. Поэтому, помимо выбора магнитных материалов с меньшими удельными потерями в железе, необходимо контролировать давление ламинирования и принимать необходимые технологические меры для снижения потерь в железе. С учетом ценовых и технологических факторов листы из высококачественной кремнистой стали и листы из кремниевой стали толщиной менее 0,5 мм не используются в производстве высокоэффективных двигателей. Обычно используются листы из низкоуглеродистой электротехнической стали, не содержащей кремния, или холоднокатаные листы из кремнистой стали с низким содержанием кремния. Некоторые производители небольших европейских двигателей используют листы электротехнической стали, не содержащей кремния, с удельным значением потерь в железе 6,5 Вт/кг. В последние годы сталелитейные заводы начали выпуск листов электротехнической стали Polycor420 со средними удельными потерями 4,0 Вт/кг, что даже ниже, чем у некоторых листов стали с низким содержанием кремния. Материал также имеет более высокую магнитную проницаемость.

В последние годы Япония разработала холоднокатаный стальной лист с низким содержанием кремния марки 50RMA350, в состав которого добавлено небольшое количество алюминия и редкоземельных металлов, что позволяет поддерживать высокую магнитную проницаемость при одновременном снижении потерь и Удельное значение потерь в железе составляет 3,12 Вт/кг. Вероятно, они создадут хорошую материальную базу для производства и продвижения высокоэффективных двигателей.

3. Уменьшите размер вентилятора, чтобы уменьшить потери на вентиляцию.

Для более мощных 2-полюсных и 4-полюсных двигателей значительную долю составляет трение ветра. Например, трение ветра 2-полюсного двигателя мощностью 90 кВт может достигать около 30% общих потерь. Трение ветра в основном состоит из мощности, потребляемой вентилятором. Поскольку теплопотери высокоэффективных двигателей, как правило, невелики, объем охлаждающего воздуха можно уменьшить, а, следовательно, и мощность вентиляции. Мощность вентиляции примерно пропорциональна 4-5 степени диаметра вентилятора. Следовательно, если позволяет повышение температуры, уменьшение размера вентилятора может эффективно снизить трение ветра. Кроме того, разумная конструкция вентиляционной конструкции также важна для повышения эффективности вентиляции и снижения трения ветра. Испытания показали, что трение ветра мощной 2-полюсной части высокоэффективного двигателя может быть уменьшено примерно на 30% по сравнению с обычными двигателями. Поскольку потери на вентиляцию значительно сокращаются и не требуют больших дополнительных затрат, изменение конструкции вентилятора часто является одним из основных мероприятий, принимаемых для этой части высокоэффективных двигателей.

4. Снижение паразитных потерь за счет конструктивных и технологических мер.

Паразитные потери асинхронных двигателей в основном вызваны высокочастотными потерями в сердечниках и обмотках статора и ротора, вызванными гармониками магнитного поля высших порядков. Чтобы уменьшить паразитные потери нагрузки, амплитуду каждой фазовой гармоники можно уменьшить с помощью синусоидальных обмоток, соединенных последовательно Y-Δ, или других обмоток с низкими гармониками, тем самым уменьшая паразитные потери. Испытания показали, что использование синусоидальных обмоток позволяет снизить паразитные потери в среднем более чем на 30%.

5. Улучшите процесс литья под давлением, чтобы уменьшить потери ротора.

Контролируя давление, температуру и путь выпуска газа в процессе литья алюминия ротора, можно уменьшить содержание газа в стержнях ротора, тем самым улучшая проводимость и снижая расход алюминия ротором. В последние годы Соединенные Штаты успешно разработали оборудование для литья под давлением медных роторов и соответствующие процессы и в настоящее время проводят мелкосерийное пробное производство. Расчеты показывают, что если медные роторы заменят алюминиевые, потери ротора можно снизить примерно на 38%.

6. Примените компьютерную оптимизацию, чтобы уменьшить потери и повысить эффективность.

Помимо увеличения количества материалов, улучшения характеристик материалов и улучшения процессов, компьютерная оптимизация используется для разумного определения различных параметров с учетом ограничений стоимости, производительности и т. Д., Чтобы получить максимально возможное повышение эффективности. Использование оптимизационного проектирования позволяет значительно сократить время проектирования двигателя и повысить качество проектирования двигателя.

---

Время публикации: 12 августа 2024 г.