Da die Verlustverteilung des Motors mit der Leistungsgröße und der Anzahl der Pole variiert, sollten wir uns zur Reduzierung des Verlusts auf Maßnahmen für die Hauptverlustkomponenten unterschiedlicher Leistungen und Polzahlen konzentrieren. Einige Möglichkeiten zur Reduzierung des Verlusts werden im Folgenden kurz beschrieben:
1. Erhöhen Sie die Wirksamkeit der Materialien, reduzieren Sie Wicklungsverluste und Eisenverluste
Gemäß 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 4. Potenz der linearen Größe. Daraus lässt sich die Beziehung zwischen Wirkungsgrad und effektiver Materialnutzung näherungsweise ableiten. Um unter bestimmten Installationsgrößenbedingungen mehr Platz zu erhalten, sodass effektivere Materialien platziert werden können, um den Wirkungsgrad des Motors zu verbessern, wird die Größe des Außendurchmessers der Statorausstanzung zu einem wichtigen Faktor. Amerikanische Motoren haben innerhalb derselben Maschinenbasisspanne 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 Ableitungen 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 sonstige Leistung des Motors. Gleichzeitig machen die Kosten des Kernmaterials den Hauptteil 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 eine 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 Streifenmaterialprobe gemäß der Epstein-Quadratkreismethode ermittelt wird. Das Material wird jedoch nach dem Stanzen, Scheren und Laminieren großen Belastungen ausgesetzt, wodurch der Verlust zunimmt. Darüber hinaus führt der durch die Zahnschlitze verursachte Luftspalt dazu, dass das harmonische Magnetfeld des Zahns Leerlaufverluste auf der Kernoberfläche verursacht. 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 Stapeldruck zu kontrollieren und die erforderlichen Prozessmaßnahmen zu ergreifen, um den Eisenverlust zu verringern. Aufgrund von Preis- und Prozessfaktoren werden hochwertige Siliziumstahlbleche und Siliziumstahlbleche mit einer Dicke von weniger als 0.5 mm bei der Herstellung von hocheffizienten Motoren nicht häufig verwendet. Im Allgemeinen werden kohlenstoffarme, siliziumfreie Elektrostahlbleche oder kaltgewalzte Siliziumstahlbleche mit niedrigem Siliziumgehalt verwendet.
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 Rotoraluminiumverlust verringert wird. In den letzten Jahren haben die Vereinigten Staaten erfolgreich Druckgussanlagen für Kupferrotoren und entsprechende Verfahren entwickelt und führen derzeit eine Versuchsproduktion im kleinen Maßstab durch. Berechnungen zeigen, dass die Rotorverluste um etwa 38 % reduziert werden können, wenn Rotoren aus Kupferguss Rotoren aus Aluminiumguss ersetzen.
6. Wenden Sie Computeroptimierungsdesign an, um Verluste zu reduzieren und die Effizienz zu verbessern
Neben der Erhöhung der Materialqualität, der Verbesserung der Materialleistung und der Verbesserung der Prozesse wird das computergestützte Optimierungsdesign verwendet, um verschiedene Parameter unter Kosten- und Leistungseinschränkungen sinnvoll zu bestimmen und die größtmögliche Effizienzsteigerung zu erzielen. Der Einsatz des Optimierungsdesigns kann die Zeit für das Motordesign erheblich verkürzen und die Qualität des Motordesigns verbessern.
