חוק השינוי היחסי של אובדן מוטורי ואמצעי הנגד שלו

ניתן לחלק את אובדן מנוע AC תלת פאזי לאובדן נחושת, אובדן אלומיניום, אובדן ברזל, אובדן תועה ואובדן רוח.ארבעת הראשונים הם אובדן חימום, והסכום נקרא אובדן חימום כולל.היחס של אובדן נחושת, אובדן אלומיניום, אובדן ברזל ואובדן תועה לאובדן החום הכולל נפרש כאשר ההספק משתנה מקטן לגדול.דרך הדוגמה, למרות שהשיעור של צריכת הנחושת וצריכת האלומיניום מכלל אובדן החום משתנה, הוא יורד בדרך כלל מגדול לקטן, ומראה מגמת ירידה.להיפך, אובדן ברזל ואובדן תועה, למרות שיש תנודות, בדרך כלל גדלים מקטן לגדול, מראה מגמת עלייה.כאשר ההספק גדול מספיק, אובדן התועה של אובדן הברזל עולה על אובדן הנחושת.לפעמים אובדן תועה עולה על אובדן נחושת ואיבוד ברזל והופך לגורם הראשון לאובדן חום.ניתוח מחדש של מנוע Y2 והתבוננות בשינוי היחסי של הפסדים שונים לאובדן הכולל מגלה חוקים דומים.מתוך הכרה בכללים לעיל, המסקנה היא שלמנועי כוח שונים יש דגש שונה על הפחתת עליית הטמפרטורה ואיבוד חום.עבור מנועים קטנים, יש להפחית תחילה את אובדן הנחושת;עבור מנועים בעוצמה בינונית וגבוהה, אובדן ברזל צריך להיות ממוקד בהפחתת הפסדי תועה.הדעה ש"אובדן תועה קטן בהרבה מאובדן נחושת ואיבוד ברזל" היא חד צדדית.מודגש במיוחד שככל שהכוח המנוע גדול יותר, יש להקדיש תשומת לב רבה יותר לצמצום הפסדי תועה.מנועים בקיבולת בינונית וגדולה משתמשים בפיתולים סינוסואידיים כדי להפחית פוטנציאל מגנטי הרמוני והפסדים תועים, והאפקט הוא לרוב טוב מאוד.אמצעים שונים להפחתת אובדן תועה בדרך כלל אינם צריכים להגדיל חומרים יעילים.

מבוא

ניתן לחלק את האובדן של מנוע AC תלת פאזי לאובדן נחושת PCu, אובדן אלומיניום PAl, אובדן ברזל PFe, אובדן תועה Ps, בלאי רוח Pfw, ארבעת הראשונים הם אובדן חימום, שסכומם נקרא אובדן חימום כולל PQ, מהם אובדן תועה זה הגורם לכל ההפסדים למעט אובדן נחושת PCu, אובדן אלומיניום PAl, אובדן ברזל PFe ובלאי רוח Pfw, כולל פוטנציאל מגנטי הרמוני, שדה מגנטי דליפה וזרם לרוחב של המצנח.

בשל הקושי בחישוב ההפסד התועה ומורכבות הבדיקה, מדינות רבות קובעות שהפסד התועה מחושב כ-0.5% מהספק המבוא של המנוע, מה שמפשט את הסתירה.עם זאת, ערך זה גס מאוד, ועיצובים שונים ותהליכים שונים הם לעתים קרובות שונים מאוד, מה שגם מסתיר את הסתירה ואינו יכול לשקף באמת את תנאי העבודה בפועל של המנוע.לאחרונה, פיזור התועים הנמדד הפך ליותר ויותר פופולרי.בעידן של אינטגרציה כלכלית גלובלית, זו המגמה הכללית שיש צופה פני עתיד מסוים כיצד להשתלב עם סטנדרטים בינלאומיים.

במאמר זה נחקר מנוע AC תלת פאזי.כאשר ההספק משתנה מקטן לגדול, משתנה היחס בין אובדן הנחושת PCu, אובדן אלומיניום PAl, אובדן הברזל PFe ואובדן תועה Ps לאובדן החום הכולל PQ, ומתקבלות אמצעי הנגד.עיצוב וייצור סביר וטוב יותר.

1. ניתוח אובדן של המנוע

1.1 ראשית התבונן במופע.מפעל מייצא מוצרים מסדרת E של מנועים חשמליים, והתנאים הטכניים קובעים את הפסדי התועים הנמדדים.כדי להקל על ההשוואה, בואו נסתכל תחילה על מנועים דו-קוטביים, שטווח הספקם נע בין 0.75kW ל-315kW.על פי תוצאות הבדיקה, מחושב היחס בין אובדן נחושת PCu, אובדן אלומיניום PAl, אובדן ברזל PFe ואובדן תועה Ps לבין אובדן החום הכולל PQ, כפי שמוצג באיור 1.האורדינאטה באיור היא היחס בין הפסדי חימום שונים לאובדן החימום הכולל (%), האבססיס הוא הספק המנוע (kW), הקו השבור עם יהלומים הוא היחס של צריכת הנחושת, הקו השבור עם הריבועים הוא היחס של צריכת האלומיניום, והקו השבור של המשולש הוא יחס אובדן הברזל, והקו השבור עם הצלב הוא היחס בין אובדן התועה.

איור 1. תרשים קו שבור של הפרופורציה של צריכת נחושת, צריכת אלומיניום, צריכת ברזל, פיזור תועה ואיבוד חימום כולל של מנועים דו-קוטביים מסדרת E

(1) כאשר כוח המנוע משתנה מקטן לגדול, למרות ששיעור צריכת הנחושת משתנה, הוא משתנה בדרך כלל מגדול לקטן, ומראה מגמת ירידה.0.75kW ו-1.1kW מהווים כ-50%, בעוד 250kW ו-315kW הם פחות משיעור צריכת האלומיניום של 20% השתנה גם הוא מגדול לקטן באופן כללי, מראה מגמת ירידה, אך השינוי אינו גדול.

(2) מכוח מנוע קטן לגדול, שיעור אובדן הברזל משתנה, למרות שיש תנודות, הוא בדרך כלל עולה מקטן לגדול, מראה מגמת עלייה.0.75kW~2.2kW הוא כ-15%, וכאשר הוא גדול מ-90kW, הוא עולה על 30%, שהוא גדול מצריכת נחושת.

(3) השינוי היחסי של פיזור תועה, למרות שהוא משתנה, עולה בדרך כלל מקטן לגדול, מראה מגמת עלייה.0.75kW ~ 1.5kW זה בערך 10%, בעוד 110kW קרוב לצריכת נחושת.עבור מפרט גדול מ-132 קילוואט, רוב ההפסדים התועים עולים על צריכת הנחושת.הפסדי התועים של 250kW ו-315kW עולים על הפסדי הנחושת והברזל, והופכים לגורם הראשון באובדן החום.

מנוע 4 קוטבי (דיאגרמת קווים הושמטה).איבוד הברזל מעל 110kW גדול יותר מאובדן הנחושת, ואובדן התועה של 250kW ו-315kW עולה על אובדן הנחושת ואיבוד הברזל, והופך לגורם הראשון לאובדן החום.סכום צריכת הנחושת וצריכת האלומיניום של סדרה זו של מנועים 2-6 קוטבים, המנוע הקטן מהווה כ-65% עד 84% מכלל איבוד החום, בעוד המנוע הגדול מפחית ל-35% עד 50%, בעוד הברזל. הצריכה הפוכה, המנוע הקטן מהווה כ-65% עד 84% מכלל אובדן החום.אובדן החום הכולל הוא 10% עד 25%, בעוד המנוע הגדול גדל לכ-26% עד 38%.אובדן תועה, מנועים קטנים מהווים כ-6% עד 15%, בעוד מנועים גדולים גדלים ל-21% עד 35%.כאשר ההספק גדול מספיק, אובדן התועה של אובדן הברזל עולה על אובדן הנחושת.לפעמים אובדן התועה עולה על אובדן הנחושת ואיבוד הברזל, והופך לגורם הראשון לאובדן החום.

מנוע דו-קוטבי מסדרת 1.2 R, אובדן תועה נמדד

על פי תוצאות הבדיקה מתקבל היחס בין איבוד נחושת, איבוד ברזל, אובדן תועה וכו' לבין אובדן החום הכולל PQ.איור 2 מציג את השינוי היחסי בהספק המנוע לאובדן נחושת תועה.האורדינאטה באיור היא היחס בין אובדן הנחושת התועה לאובדן החום הכולל (%), האבשיסה היא הספק המנוע (kW), הקו השבור עם יהלומים הוא היחס בין אובדן הנחושת, והקו השבור עם הריבועים הוא היחס בין הפסדים תועים.איור 2 מראה בבירור שבאופן כללי, ככל שההספק המנוע גדול יותר, כך גדל היחס בין הפסדי התועים לאובדן החום הכולל, שנמצא במגמת עלייה.איור 2 גם מראה שעבור גדלים גדולים מ-150 קילוואט, הפסדי תועה עולים על הפסדי הנחושת.ישנם מספר גדלים של מנועים, ואובדן התועה הוא אפילו פי 1.5 עד 1.7 מאובדן הנחושת.

ההספק של סדרה זו של מנועים דו-קוטביים נע בין 22kW ל-450kW.היחס בין אובדן התועה הנמדד ל-PQ גדל מפחות מ-20% לכמעט 40%, וטווח השינויים גדול מאוד.אם מבוטא על ידי היחס בין אובדן התועה הנמדד להספק המוצא המדורג, הוא בערך (1.1~1.3)%;אם מבוטא על ידי היחס בין אובדן התועה הנמדד להספק המבוא, הוא בערך (1.0~1.2)%, השניים האחרונים היחס של הביטוי לא משתנה הרבה, וקשה לראות את השינוי היחסי של התועה הפסד ל-PQ.לכן, התבוננות באובדן החימום, במיוחד היחס בין אובדן תועה ל-PQ, יכולה להבין טוב יותר את החוק המשתנה של איבוד החימום.

אובדן התועה שנמדד בשני המקרים לעיל מאמץ את שיטת IEEE 112B בארצות הברית

איור 2. תרשים קו של היחס בין אובדן תועה נחושת לאובדן חימום כולל של מנוע דו-קוטבי מסדרת R

מנועים מסדרת Y2 1.3

התנאים הטכניים קובעים שהפסד התועה הוא 0.5% מהספק המבוא, בעוד GB/T1032-2005 קובע את הערך המומלץ של אובדן התועה.כעת קח את שיטה 1, והנוסחה היא Ps=(0.025-0.005×lg(PN))×P1 הנוסחה PN- הוא הספק מדורג;P1- הוא כוח כניסה.

אנו מניחים שהערך הנמדד של אובדן התועה שווה לערך המומלץ, ונחשב מחדש את החישוב האלקטרומגנטי, וכך נקבל את היחס בין ארבעת הפסדי החימום של צריכת נחושת, צריכת אלומיניום וצריכת ברזל לבין אובדן החימום הכולל PQ .גם שינוי הפרופורציה שלו עולה בקנה אחד עם הכללים הנ"ל.

כלומר: כאשר ההספק משתנה מקטן לגדול, שיעור צריכת הנחושת וצריכת האלומיניום יורד בדרך כלל מגדול לקטן, ומראה מגמת ירידה.מצד שני, שיעור איבוד הברזל ואיבוד תועה בדרך כלל עולה מקטן לגדול, מראה מגמת עלייה.ללא קשר ל-2 קוטבים, 4-קטבים או 6-קטבים, אם ההספק גדול מהספק מסוים, אובדן הברזל יעלה על אובדן הנחושת;גם שיעור אובדן התועה יגדל מקטן לגדול, יתקרב בהדרגה לאובדן הנחושת, או אפילו יעלה על אובדן הנחושת.פיזור תועה של יותר מ-110kW ב-2 קטבים הופך לגורם הראשון באיבוד החום.

איור 3 הוא גרף קו שבור של היחס בין ארבעה הפסדי חום ל-PQ עבור מנועים 4-קוטביים מסדרת Y2 (בהנחה שהערך הנמדד של אובדן תועה שווה לערך המומלץ לעיל, והפסדים אחרים מחושבים לפי הערך) .האוריינטה היא היחס בין הפסדי חימום שונים ל-PQ (%), והאבססיס היא הספק המנוע (kW).ברור שהפסדי ברזל תועים מעל 90 קילוואט גדולים יותר מאשר הפסדי נחושת.

איור 3. תרשים הקו השבור של היחס בין צריכת נחושת, צריכת אלומיניום, צריכת ברזל ופיזור תועה לאובדן החימום הכולל של מנועים 4 קוטבים מסדרת Y2

1.4 הספרות חוקרת את היחס בין הפסדים שונים לסך הפסדים (כולל חיכוך רוח)

נמצא כי צריכת נחושת וצריכת אלומיניום מהוות 60% עד 70% מסך ההפסד במנועים קטנים, וכשהקיבולת עולה היא יורדת ל-30% עד 40%, בעוד שצריכת הברזל הפוכה.%מֵעַל.עבור הפסדי תועה, מנועים קטנים מהווים כ-5% עד 10% מסך ההפסדים, בעוד מנועים גדולים מהווים יותר מ-15%.החוקים שנחשפו דומים: כלומר, כאשר ההספק משתנה מקטן לגדול, שיעור אובדן הנחושת ואובדן האלומיניום יורד בדרך כלל מגדול לקטן, מראה מגמת ירידה, בעוד ששיעור אובדן הברזל ואובדן התועה גדל בדרך כלל מ. קטן עד גדול, מראה מגמת עלייה..

1.5 נוסחת חישוב של ערך מומלץ של אובדן תועה לפי GB/T1032-2005 שיטה 1

המונה הוא ערך ההפסד התועה הנמדד.מהספק מנוע קטן לגדול, שיעור אובדן תועה להספק קלט משתנה, ויורד בהדרגה, וטווח השינוי אינו קטן, כ-2.5% עד 1.1%.אם המכנה משתנה להפסד הכולל ∑P, כלומר, Ps/∑P=Ps/P1/(1-η), אם יעילות המנוע היא 0.667~0.967, ההדדיות של (1-η) היא 3~ 30, כלומר, הטומאה הנמדדת בהשוואה ליחס הספק המבוא, היחס בין אובדן הפיזור לאובדן הכולל מוגבר פי 3 עד 30.ככל שהעוצמה גבוהה יותר, כך הקו השבור עולה מהר יותר.ברור שאם לוקחים את היחס בין אובדן התועה לאובדן החום הכולל, "מקדם ההגדלה" גדול יותר.עבור מנוע 2-קוטבי 450kW מסדרת R בדוגמה לעיל, היחס בין אובדן תועה להספק מבוא Ps/P1 קטן במעט מהערך המחושב המומלץ לעיל, והיחס בין אובדן תועה לאובדן כולל ∑P ואיבוד חום כולל PQ הוא 32.8%, בהתאמה.39.5%, בהשוואה ליחס הספק המבוא P1, "מוגבר" בערך פי 28 ופי 34 בהתאמה.

שיטת התצפית והניתוח במאמר זה היא לקחת את היחס בין 4 סוגי אובדן חום לאובדן החום הכולל PQ.ערך היחס גדול, וניתן לראות בבירור את הפרופורציה וחוק השינוי של הפסדים שונים, כלומר את ההספק מקטן לגדול, צריכת נחושת וצריכת אלומיניום באופן כללי, היחס השתנה מגדול לקטן, מראה כלפי מטה מגמה, בעוד השיעור של איבוד ברזל ואובדן תועה השתנה בדרך כלל מקטן לגדול, והראה מגמת עלייה.בפרט, נצפה שככל שהספק המנוע גדול יותר, כך גדל שיעור הפסדי התועים ב-PQ, שהתקרב בהדרגה לאובדן הנחושת, עלה על אובדן הנחושת, ואף הפך לגורם הראשון לאובדן החום.הפסדים תועים.בהשוואה ליחס אובדן תועה להספק מבוא, היחס בין אובדן התועה הנמדד לאובדן החום הכולל מתבטא רק בדרך אחרת, ואינו משנה את אופיו הפיזי.

2. אמצעים

הכרת הכלל לעיל מועילה לתכנון וייצור רציונלי של המנוע.עוצמת המנוע שונה, והאמצעים להפחתת עליית הטמפרטורה ואיבוד החום שונים, והפוקוס שונה.

2.1 עבור מנועים בעלי הספק נמוך, צריכת הנחושת מהווה חלק גבוה מאובדן החום הכולל

לכן, הפחתת עליית הטמפרטורה צריכה קודם כל להפחית את צריכת הנחושת, כגון הגדלת חתך החוט, הפחתת מספר המוליכים לכל חריץ, הגדלת צורת חריץ הסטטור והארכת ליבת הברזל.במפעל, עליית הטמפרטורה נשלטת לרוב על ידי שליטה בעומס החום AJ, שהוא נכון לחלוטין למנועים קטנים.שליטה ב-AJ היא בעצם שליטה באובדן הנחושת.לא קשה למצוא את אובדן הנחושת של הסטטור של המנוע כולו לפי AJ, הקוטר הפנימי של הסטטור, אורך חצי הסיבוב של הסליל, וההתנגדות של חוט הנחושת.

2.2 כאשר ההספק משתנה מקטן לגדול, איבוד הברזל מתקרב בהדרגה לאובדן הנחושת

צריכת הברזל בדרך כלל עולה על צריכת הנחושת כאשר היא גדולה מ-100 קילוואט.לכן, מנועים גדולים צריכים לשים לב להפחתת צריכת הברזל.עבור אמצעים ספציפיים, ניתן להשתמש ביריעות פלדת סיליקון בהפסד נמוך, הצפיפות המגנטית של הסטטור לא צריכה להיות גבוהה מדי, ויש לשים לב לפיזור הסביר של הצפיפות המגנטית של כל חלק.

מפעלים מסוימים מעצבים מחדש כמה מנועים בעלי הספק גבוה ומצמצמים כראוי את צורת חריץ הסטטור.חלוקת הצפיפות המגנטית סבירה, והיחס בין אובדן הנחושת לאובדן הברזל מותאם כראוי.למרות שצפיפות זרם הסטטור עולה, העומס התרמי גדל ואובדן הנחושת גדל, הצפיפות המגנטית של הסטטור יורדת ואובדן הברזל יורד יותר מאשר גדל אובדן הנחושת.הביצועים שווים לעיצוב המקורי, לא רק עליית הטמפרטורה מצטמצמת, אלא גם כמות הנחושת המשמשת בסטטור נחסכת.

2.3 לצמצום הפסדי תועה

מאמר זה מדגיש כיאם כוח המנוע גדול יותר, יש להקדיש יותר תשומת לב לצמצום הפסדי תועה.הדעה כי "הפסדי תועה קטנים בהרבה מהפסדי נחושת" חלה רק על מנועים קטנים.ברור שלפי התצפית והניתוח לעיל, ככל שההספק גבוה יותר, כך הוא פחות מתאים.הדעה לפיה "הפסדי תועה קטנים בהרבה מהפסדי ברזל" אינה ראויה אף היא.

היחס בין הערך הנמדד של אובדן תועה להספק המבוא גבוה יותר עבור מנועים קטנים, והיחס נמוך יותר כאשר ההספק גדול יותר, אך לא ניתן להסיק שמנועים קטנים צריכים לשים לב להפחתת הפסדי תועה, בעוד מנועים גדולים כן. לא צריך לצמצם הפסדים תועים.הֶפסֵד.להיפך, על פי הדוגמה והניתוח לעיל, ככל שהספק המנוע גדול יותר, כך שיעור אובדן התועה בהפסד החום הכולל גבוה יותר, אובדן התועה ואיבוד הברזל קרובים או אפילו עולים על אובדן הנחושת, כך גדול יותר. כוח המנוע, יש להקדיש לו יותר תשומת לב.צמצום הפסדים תועים.

2.4 אמצעים לצמצום הפסדי תועה

דרכים לצמצום הפסדי תועה, כגון הגדלת מרווח האוויר, מכיוון שהפסד התועה עומד ביחס הפוך בערך לריבוע מרווח האוויר;הפחתת הפוטנציאל המגנטי ההרמוני, כגון שימוש בפיתולים סינוסואידיים (הרמוניים נמוכים);התאמה נכונה של חריץ;הפחתת גלגלי שיניים, הרוטור מאמץ חריץ סגור, והחריץ הפתוח של מנוע במתח גבוה מאמץ חריץ מגנטי;טיפול הפגזה רוטור אלומיניום יצוק מפחית זרם רוחבי, וכן הלאה.ראוי לציין כי האמצעים לעיל בדרך כלל אינם דורשים תוספת של חומרים יעילים.צריכה שונה קשורה גם למצב החימום של המנוע, כגון פיזור חום טוב של הפיתול, טמפרטורה פנימית נמוכה של המנוע וצריכה שונה נמוכה.

דוגמה: מפעל מתקן מנוע עם 6 קטבים ו-250kW.לאחר בדיקת התיקון, עליית הטמפרטורה הגיעה ל-125K מתחת ל-75% מהעומס המדורג.לאחר מכן מעובד מרווח האוויר לפי 1.3 מהגודל המקורי.בבדיקה בעומס מדורג, עליית הטמפרטורה ירדה למעשה ל-81K, מה שמראה באופן מלא שפער האוויר גדל ופיזור התועים הצטמצם מאוד.פוטנציאל מגנטי הרמוני הוא גורם חשוב לאובדן תועה.מנועים בקיבולת בינונית וגדולה משתמשים בפיתולים סינוסואידים כדי להפחית פוטנציאל מגנטי הרמוני, והאפקט הוא לרוב טוב מאוד.פיתולים סינוסואידים מעוצבים היטב משמשים למנועים בעוצמה בינונית וגבוהה.כאשר המשרעת והמשרעת ההרמונית מופחתים ב-45% עד 55% בהשוואה לתכנון המקורי, ניתן להפחית את אובדן התועה ב-32% עד 55%, אחרת עליית הטמפרטורה תפחת, והיעילות תגדל., הרעש מופחת, וזה יכול לחסוך בנחושת ובברזל.

3. מסקנה

3.1 מנוע AC תלת פאזי

כאשר ההספק משתנה מקטן לגדול, שיעור צריכת הנחושת וצריכת האלומיניום להפסד החום הכולל עולה בדרך כלל מגדול לקטן, בעוד ששיעור אובדן צריכת הברזל התועה בדרך כלל עולה מקטן לגדול.עבור מנועים קטנים, אובדן הנחושת מהווה את השיעור הגבוה ביותר של אובדן החום הכולל.כאשר קיבולת המנוע עולה, אובדן תועה ואובדן ברזל מתקרבים ועולים על אובדן הנחושת.

3.2 כדי להפחית את איבוד החום

עוצמת המנוע שונה, וגם הפוקוס של האמצעים שננקטו שונה.עבור מנועים קטנים, יש להפחית תחילה את צריכת הנחושת.עבור מנועים בעוצמה בינונית וגבוהה, יש להקדיש תשומת לב רבה יותר להפחתת אובדן ברזל ואובדן תועה.הדעה כי "הפסדי תועה קטנים בהרבה מהפסדי נחושת ומפסדי ברזל" היא חד צדדית.

3.3 שיעור הפסדי התועים באובדן החום הכולל של מנועים גדולים גבוה יותר

מאמר זה מדגיש שככל שהכוח המנוע גדול יותר, כך יש להקדיש תשומת לב רבה יותר להפחתת הפסדים תועים.