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. Увеличьте количество эффективных материалов, уменьшите потери в обмотке и потери в железе.
В соответствии с принципом подобия двигателя, когда электромагнитная нагрузка остается неизменной и механические потери не учитываются, потери двигателя примерно пропорциональны кубической мощности линейного размера двигателя, а входная мощность двигателя примерно пропорциональна 4-й степени линейный размер. 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. Американские двигатели имеют большую мощность, чем европейские двигатели в том же диапазоне машин. 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 количества медь, используемая 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 большой мощности потери в железе составляют значительную долю 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 во время проектирования, чтобы учесть увеличение потерь в железе.
Причина увеличения потерь в железе заключается главным образом в том, что значение удельных потерь в железе на сталелитейном заводе получено путем испытания образца полосового материала в соответствии с методом квадратного круга Эпштейна. Однако после штамповки, резки и ламинирования материал подвергается большим нагрузкам, и потери увеличиваются; кроме того, воздушный зазор, вызванный наличием паза зуба, приводит к появлению гармонического магнитного поля зуба, вызывающего потери холостого хода на поверхности сердечника. Это приведет к значительному увеличению потерь в железе после изготовления двигателя. Поэтому, помимо выбора магнитных материалов с меньшими удельными потерями в железе, необходимо также контролировать давление укладки и принимать необходимые технологические меры для снижения потерь в железе. Учитывая ценовые и технологические факторы, листы из высококачественной кремнистой стали и листы из кремнистой 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.
3. Уменьшите размер вентилятора, чтобы уменьшить потери вентиляции.
Для более мощных 2- и 4-полюсных двигателей значительную долю составляет трение ветра. Например, трение ветра 90-полюсного двигателя мощностью 2 кВт может достигать около 30% общих потерь. Трение ветра в основном состоит из мощности, потребляемой вентилятором. Поскольку тепловые потери 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 трением обычного двигателя. 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 высокоэффективного двигателя.
4. Снижение паразитных потерь за счет конструктивных и технологических мер.
Паразитные потери асинхронных двигателей представляют собой в основном высокочастотные потери, порождаемые высшими гармониками магнитного поля в сердечниках и обмотках статора и ротора. Чтобы уменьшить паразитные потери нагрузки, амплитуду каждой гармоники фазового диапазона можно уменьшить с помощью синусоидальной обмотки, соединенной последовательно Y-Δ, или другой обмотки с низкими гармониками, тем самым уменьшая паразитные потери. Эксперименты показали, что использование синусоидальных обмоток позволяет снизить паразитные потери в среднем более чем на 30%.
5. Усовершенствовать технологию литья под давлением для снижения потерь в роторе.
Контролируя давление, температуру и путь выпуска газа во время литья алюминия в роторе, можно уменьшить содержание газа в стержнях ротора, тем самым увеличивая проводимость и уменьшая потери алюминия в роторе. В последние годы в США успешно разработано оборудование для литья под давлением медных роторов и соответствующие процессы, а в настоящее время ведется мелкосерийное опытное производство. Расчеты показывают, что если роторы из литой меди заменить литые 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 и производительности, чтобы получить максимально возможное повышение эффективности. Использование оптимизационного проектирования позволяет значительно сократить время проектирования двигателя и повысить качество проектирования двигателя.
