如何减少无刷电机损耗的实用技巧
定子损耗
定子I^2R损耗,亦称定子铜耗,与输出功率密切相关。随着输出功率的增加,输入电流和温度升高,定子铜耗也相应增大。在效率较高的电机中,可占比总损耗的30%以上。
减少定子I^2R损耗的手段包括:
增加定子的槽截面积,以降低磁路面积并提高齿部磁密。
提高槽满槽率,对于低压小型无刷电机效果显著,可以通过最佳绕线尺寸和绝缘材料来实现。
缩短定子绕组端部长度,使其占比在1/4到1/2之间,从而提高效率。实验表明,每减少20%,可节省10%能源。
转子损耗
转子的I^2R损失主要与转子电流和电阻有关。优化转子的设计可以降低这一部分消能:
降低转子的额外负荷,这可以通过提高电压或改善功率因数来实现。
增加转子的槽截面积。
选择具有较低电阻的材料制作导线,如对于小型无刷电机来说使用铸铝更为经济,因为虽然采用铸铜可能会进一步降低总体消能,但生产成本更高。
铁芯损失
电动机铁芯中的交变磁场产生涡流造成了额外消能。当涡流过大时,整体温升会增加绕组散热速度下降导致过热甚至烧毁。这方面可采取以下措施:
减小磁密度,同时增加铁芯长度以控制磁通密度,但这将导致更多铁质使用。
减薄硅钢片厚度以减轻感应现象,并且冷轧硅钢片通常具有更好的导磁性能。此方法对成本有一定的影响,因为需要更多片数但每个片薄。
采用冷轧硅钢片进行热处理,以达到最佳性能状态。
杂散消能
电动机运行过程中的杂散消能由空载杂费和负载杂费构成。空载杂费指的是除基本铁支撑以外的其他各种支出;负载杂费则是除了铁、机械及转、定各自之金属支出的其他支出。
风摩障碍
电机旋转过程中,由于风扇等原因产生的一系列摩擦所引起的人为阻力也是不可忽视的一项考虑点,它们通常占据约25%总消费量。可以采取以下措施来降低这个问题:
(1) 尝试缩小轴径,但是必须确保能够提供足够扭矩以及合适动力学特性;
(2) 使用更加有效的轴承;
(3) 优化润滑系统及其润滑剂;
(4) 应用先进技术进行密封处理;
通过上述多种策略,我们不仅能够提升无刷電機效率,还能够减少能源浪费,为我们的日常生活带來長遠利益。