Da die Verlustverteilung von Motoren je nach Leistung und Polzahl variiert, sollten zur Reduzierung der Verluste Maßnahmen ergriffen werden, die sich auf die Hauptverlustkomponenten unterschiedlicher Leistung und Polzahl konzentrieren. Einige Möglichkeiten zur Verlustreduzierung werden im Folgenden kurz beschrieben:
1. Erhöhen Sie die Wirksamkeit der Materialien, reduzieren Sie Wicklungsverluste und Eisenverluste
Nach dem Motorähnlichkeitsprinzip ist der Motorverlust bei unveränderter elektromagnetischer Last und unberücksichtigter mechanischer Verluste ungefähr proportional zur dritten Potenz der linearen Größe des Motors und die Motoreingangsleistung ungefähr proportional zur vierten Potenz der linearen Größe. Daraus lässt sich die Beziehung zwischen Effizienz und effektiver Materialnutzung ableiten. Um unter bestimmten Installationsgrößenbedingungen mehr Platz zu erhalten, damit effektivere Materialien platziert werden können, um die Motoreffizienz zu verbessern, wird die Größe des Außendurchmessers der Statorausstanzung zu einem wichtigen Faktor. Innerhalb desselben Maschinenbasisbereichs haben amerikanische Motoren eine höhere Leistung als europäische Motoren. Um die Wärmeableitung zu erleichtern und den Temperaturanstieg zu verringern, verwenden amerikanische Motoren im Allgemeinen Statorausstanzungen mit größerem Außendurchmesser, während europäische Motoren im Allgemeinen Statorausstanzungen mit kleinerem Außendurchmesser verwenden, da strukturelle Derivate wie explosionsgeschützte Motoren erforderlich sind und die Kupfermenge am Wicklungsende sowie die Produktionskosten reduziert werden sollen.
2. Verwenden Sie bessere magnetische Materialien und Prozessmaßnahmen, um den Eisenverlust zu reduzieren.
Die magnetischen Eigenschaften (magnetische Permeabilität und Einheitseisenverlust) des Kernmaterials haben einen großen Einfluss auf die Effizienz und andere Leistungen des Motors. Gleichzeitig machen die Kosten des Kernmaterials den größten Teil der Motorkosten aus. Daher ist die Auswahl geeigneter magnetischer Materialien der Schlüssel zur Entwicklung und Herstellung hocheffizienter Motoren. Bei Hochleistungsmotoren macht der Eisenverlust einen erheblichen Anteil des Gesamtverlusts aus. Daher trägt die Reduzierung des Einheitsverlustwerts des Kernmaterials dazu bei, den Eisenverlust des Motors zu reduzieren. Aufgrund der Konstruktion und Herstellung des Motors übersteigt der Eisenverlust des Motors den Wert, der anhand des vom Stahlwerk bereitgestellten Einheitseisenverlustwerts berechnet wird, erheblich. Daher wird der Einheitseisenverlustwert während der Konstruktion im Allgemeinen um das 1.5- bis 2-fache erhöht, um den Anstieg des Eisenverlusts zu berücksichtigen. Der Grund für den Anstieg des Eisenverlusts liegt hauptsächlich darin, dass der Einheitseisenverlustwert des Stahlwerks durch Testen der Streifenprobe gemäß der Epstein-Quadratringmethode ermittelt wird. Das Material wird jedoch nach dem Stanzen, Scheren und Laminieren großen Belastungen ausgesetzt, und der Verlust steigt. Darüber hinaus führt der durch die Zahnnuten verursachte Luftspalt zu Leerlaufverlusten, die durch das harmonische Magnetfeld des Zahns auf der Oberfläche des Kerns verursacht werden. Dies führt zu einem erheblichen Anstieg des Eisenverlusts nach der Herstellung des Motors. Daher ist es neben der Auswahl magnetischer Materialien mit geringerem Einheitseisenverlust auch erforderlich, den Laminierungsdruck zu kontrollieren und die erforderlichen Prozessmaßnahmen zu ergreifen, um den Eisenverlust zu verringern. In Anbetracht der Preis- und Prozessfaktoren werden bei der Herstellung hocheffizienter Motoren nur selten hochwertige Siliziumstahlbleche und Siliziumstahlbleche mit einer Dicke von weniger als 0.5 mm verwendet. Im Allgemeinen werden kohlenstoffarme, siliziumfreie Elektrostahlbleche oder kaltgewalzte Siliziumstahlbleche mit niedrigem Siliziumgehalt verwendet. Einige Hersteller kleiner europäischer Motoren haben siliziumfreie Elektrostahlbleche mit einem Einheitseisenverlustwert von 6.5 W/kg verwendet. In den letzten Jahren haben Stahlwerke Polycor420-Elektrostahlbleche mit einem durchschnittlichen Einheitsverlust von 4.0 W/kg auf den Markt gebracht, der sogar niedriger ist als bei einigen siliziumarmen Stahlblechen. Das Material hat auch eine höhere magnetische Permeabilität. In den letzten Jahren hat Japan ein kaltgewalztes Stahlblech mit niedrigem Siliziumgehalt der Güteklasse 50RMA350 entwickelt. Seiner Zusammensetzung wird eine kleine Menge Aluminium und Seltenerdmetalle zugesetzt, wodurch eine höhere magnetische Permeabilität erhalten bleibt und gleichzeitig Verluste reduziert werden. Sein Einheitswert für den Eisenverlust beträgt 3.12 W/kg. Diese dürften eine bessere Materialbasis für die Produktion und Förderung hocheffizienter Motoren bieten.
3. Reduzieren Sie die Größe des Lüfters, um den Belüftungsverlust zu verringern
Bei 2- und 4-poligen Motoren mit höherer Leistung macht die Windreibung einen erheblichen Anteil aus. Beispielsweise kann die Windreibung eines 90-kW-2-poligen Motors etwa 30 % des Gesamtverlusts ausmachen. Die Windreibung besteht hauptsächlich aus der vom Lüfter verbrauchten Leistung. Da der Wärmeverlust von Hocheffizienzmotoren im Allgemeinen gering ist, kann das Kühlluftvolumen reduziert und somit auch die Lüftungsleistung verringert werden. Die Lüftungsleistung ist ungefähr proportional zur 4. bis 5. Potenz des Lüfterdurchmessers. Wenn der Temperaturanstieg es zulässt, kann daher die Windreibung durch eine Reduzierung der Lüftergröße effektiv reduziert werden. Darüber hinaus ist auch das vernünftige Design der Lüftungsstruktur wichtig, um die Lüftungseffizienz zu verbessern und die Windreibung zu reduzieren. Tests haben gezeigt, dass die Windreibung des Hochleistungs-2-Pol-Teils eines Hocheffizienzmotors im Vergleich zu einem gewöhnlichen Motor um etwa 30 % reduziert werden kann. Da der Lüftungsverlust erheblich reduziert wird und keine großen zusätzlichen Kosten verursacht, ist die Änderung des Lüfterdesigns häufig eine der Hauptmaßnahmen für diesen Teil des Hocheffizienzmotors.
4. Streuverluste durch Design- und Prozessmaßnahmen reduzieren
Die Streuverluste von Asynchronmotoren sind hauptsächlich Hochfrequenzverluste, die durch Harmonische höherer Ordnung des Magnetfelds in den Stator- und Rotorkernen und -wicklungen erzeugt werden. Um die Streuverluste unter Last zu reduzieren, kann die Amplitude jeder Phasenbandharmonischen durch Verwendung einer Y-Δ-Reihenschaltung einer Sinuswicklung oder einer anderen Wicklung mit niedriger Harmonischer reduziert werden, wodurch die Streuverluste reduziert werden. Experimente haben gezeigt, dass die Verwendung von Sinuswicklungen die Streuverluste im Durchschnitt um mehr als 30 % reduzieren kann.
5. Verbesserung der Druckgusstechnologie zur Reduzierung der Rotorverluste
Durch die Kontrolle von Druck, Temperatur und Gasentladungspfad während des Rotoraluminiumgusses kann das Gas in den Rotorstäben reduziert werden, wodurch die Leitfähigkeit erhöht und der Rotoraluminiumverbrauch reduziert wird. In den letzten Jahren haben die Vereinigten Staaten erfolgreich Druckgussanlagen für Kupferrotoren und entsprechende Verfahren entwickelt und führen derzeit eine Probeproduktion im kleinen Maßstab durch. Berechnungen zeigen, dass die Rotorverluste um etwa 38 % reduziert werden können, wenn Rotoren aus Kupferguss durch Rotoren aus Aluminiumguss ersetzt werden.
6. Wenden Sie Computeroptimierungsdesign an, um Verluste zu reduzieren und die Effizienz zu verbessern
Neben dem Hinzufügen von Materialien, der Verbesserung von Materialeigenschaften und der Verbesserung von Prozessen wird das computeroptimierte Design verwendet, um verschiedene Parameter sinnvoll zu bestimmen und gleichzeitig Kosten-, Leistungs- und andere Einschränkungen einzuhalten, um die größtmögliche Verbesserung der Effizienz zu erzielen. Die Einführung eines optimierten Designs kann die Zeit für das Motordesign erheblich verkürzen und die Qualität des Motordesigns verbessern.
