Оскільки розподіл втрат двигуна змінюється залежно від величини потужності та кількості полюсів, щоб зменшити втрати, ми повинні зосередитися на вживанні заходів для основних компонентів втрат різних потужностей і номерів полюсів. Нижче наведено короткий опис деяких способів зменшення втрат:

1. Збільште кількість ефективних матеріалів для зменшення втрат обмотки та втрати заліза

Відповідно до принципу подібності двигунів, коли електромагнітне навантаження залишається незмінним і механічні втрати не враховуються, втрати двигуна приблизно пропорційні кубу лінійного розміру двигуна, а вхідна потужність двигуна приблизно дорівнює пропорційна четвертому степеню лінійного розміру. З цього можна приблизно визначити співвідношення між ефективністю та ефективним використанням матеріалу. Щоб отримати більший простір за певних умов розміру установки, щоб можна було розмістити більш ефективні матеріали для підвищення ефективності двигуна, розмір зовнішнього діаметра перфорації статора стає важливим фактором. У тому ж базовому діапазоні машин американські двигуни мають більшу продуктивність, ніж європейські. Щоб полегшити розсіювання тепла та зменшити підвищення температури, американські двигуни зазвичай використовують штампи статора з більшим зовнішнім діаметром, тоді як європейські двигуни зазвичай використовують штампи статора з меншим зовнішнім діаметром через потребу в конструктивних похідних, таких як вибухозахищені двигуни, і для зменшення кількість міді, що використовується на кінці обмотки, і витрати на виробництво.

2. Використовуйте кращі магнітні матеріали та технологічні заходи для зменшення втрат заліза

Магнітні властивості (магнітна проникність і втрати заліза) матеріалу сердечника мають великий вплив на ефективність та інші характеристики двигуна. При цьому вартість матеріалу сердечника становить основну частину вартості двигуна. Тому вибір відповідних магнітних матеріалів є ключем до розробки та виробництва високоефективних двигунів. У двигунах більшої потужності втрати заліза складають значну частку загальних втрат. Таким чином, зменшення значення одиничних втрат матеріалу сердечника допоможе зменшити втрати заліза двигуна. Завдяки конструкції та виготовленню двигуна втрати чавуну в двигуні значно перевищують значення, розраховане відповідно до одиничного значення втрат чавуну, наданого сталеливарним заводом. Тому значення одиничних втрат заліза зазвичай збільшують у 1,5-2 рази під час проектування, щоб врахувати збільшення втрат заліза.

Основною причиною збільшення втрат чавуну є те, що одиничне значення втрат чавуну сталеливарного заводу отримано шляхом випробування зразка смугового матеріалу за методом квадратного кола Епштейна. Однак матеріал піддається великому навантаженню після штампування, різання та ламінування, і втрати збільшаться. Крім того, наявність зубчастої щілини викликає повітряні проміжки, що призводить до втрат холостого ходу на поверхні сердечника, спричинених гармонічним магнітним полем зуба. Це призведе до значного збільшення втрат заліза в двигуні після його виготовлення. Тому, окрім вибору магнітних матеріалів із меншими втратами заліза, необхідно контролювати тиск ламінування та вживати необхідних технологічних заходів для зменшення втрат заліза. З огляду на ціну та технологічні фактори, листи високоякісної кремнієвої сталі та листи кремнієвої сталі тонше ніж 0,5 мм рідко використовуються у виробництві високоефективних двигунів. Зазвичай використовуються електротехнічні сталеві листи з низьким вмістом вуглецю без кремнію або холоднокатані листи з кремнію з низьким вмістом кремнію. Деякі виробники невеликих європейських двигунів використовували листи електротехнічної сталі без кремнію з одиничним значенням втрати заліза 6,5 Вт/кг. Останніми роками металургійні заводи почали випуск електротехнічної сталі Polycor420 із середніми одиничними втратами 4,0 Вт/кг, що навіть нижче, ніж у деяких листів сталі з низьким вмістом кремнію. Також матеріал має більш високу магнітну проникність.

Останніми роками Японія розробила холоднокатаний сталевий лист із низьким вмістом кремнію марки 50RMA350, до складу якого додано невелику кількість алюмінію та рідкоземельних металів, завдяки чому зберігається висока магнітна проникність при зменшенні втрат. одиничне значення втрати заліза становить 3,12 Вт/кг. Ймовірно, вони створять гарну матеріальну основу для виробництва та просування високоефективних двигунів.

3. Зменшіть розмір вентилятора, щоб зменшити втрати вентиляції

Для потужніших 2-полюсних і 4-полюсних двигунів значну частку становить тертя вітру. Наприклад, тертя від вітру 2-полюсного двигуна потужністю 90 кВт може досягати приблизно 30% загальних втрат. Тертя вітру в основному складається з потужності, споживаної вентилятором. Оскільки втрати тепла високоефективних двигунів, як правило, низькі, об’єм охолоджуючого повітря можна зменшити, а отже, і потужність вентиляції. Потужність вентиляції приблизно пропорційна 4-5 ступеням діаметра вентилятора. Тому, якщо дозволяє підвищення температури, зменшення розміру вентилятора може ефективно зменшити тертя вітру. Крім того, розумна конструкція вентиляційної конструкції також важлива для підвищення ефективності вентиляції та зменшення тертя від вітру. Випробування показали, що тертя вітру потужної 2-полюсної частини високоефективного двигуна можна зменшити приблизно на 30% порівняно зі звичайними двигунами. Оскільки втрати вентиляції значно зменшуються і не потребують значних додаткових витрат, зміна конструкції вентилятора часто є одним із основних заходів, які застосовуються для цієї частини високоефективних двигунів.

4. Зменшення паразитних втрат за допомогою проектних і технологічних заходів

Блукаючі втрати асинхронних двигунів в основному викликані високочастотними втратами в сердечниках статора і ротора та обмотках, спричинених високими гармоніками магнітного поля. Щоб зменшити втрати на розсіяні навантаження, амплітуду кожної фазової гармоніки можна зменшити за допомогою послідовно з’єднаних синусоїдальних обмоток Y-Δ або інших обмоток з низькими гармоніками, таким чином зменшивши втрати на розсіяні гармоніки. Випробування показали, що використання синусоїдальних обмоток може зменшити паразитні втрати в середньому більш ніж на 30%.

5. Покращити процес лиття під тиском, щоб зменшити втрати ротора

Контролюючи тиск, температуру та шлях випуску газу під час процесу лиття алюмінію ротора, можна зменшити газ у стержнях ротора, тим самим покращуючи провідність і зменшуючи споживання алюмінію ротором. В останні роки Сполучені Штати успішно розробили обладнання для лиття під тиском мідного ротора та відповідні процеси, і зараз проводять невелике пробне виробництво. Розрахунки показують, що якщо мідні ротори замінити алюмінієві, втрати роторів можна зменшити приблизно на 38%.

6. Застосуйте дизайн комп'ютерної оптимізації для зменшення втрат і підвищення ефективності

На додаток до збільшення кількості матеріалів, покращення продуктивності матеріалів і вдосконалення процесів, комп’ютерна оптимізація проектування використовується для обґрунтованого визначення різних параметрів з урахуванням обмежень вартості, продуктивності тощо, щоб отримати максимально можливе підвищення ефективності. Застосування оптимізаційного проектування дозволяє значно скоротити час проектування двигуна та підвищити якість проектування двигуна.

---

Час публікації: 12 серпня 2024 р