Оптимизация асинхронных двигателей

асинхронные двигатели Groschopp

В одном из совместных проектов компания Groschopp AG и рабочая группа инженеров из Университета Дюссельдорфа таким образом изменяли двигатели, что их энергоэффективность значительно возрастала без увеличения стоимости производства. Инженеры меняли конфигурации магнитных и электрических контуров.

Установки с хорошим энергетическим балансом, а значит, и высоким КПД, в современной литературе обычно описываются как экономически выгодные в первую очередь благодаря низкой стоимости жизненного цикла. Чем резче возрастает стоимость энергии, тем быстрее повышается стоимость дорогих машин. Способы повышения энергоэффективности двигателей, которые требуют повышения затрат на производство, состоят в увеличении эффективности работы электрической и магнитной систем мотора. Однако такие меры требуют дополнительных затрат материала. Замена алюминия на медь при изготовлении якоря также повышает расходы на приобретение материала и подразумевает использование других инструментов.

Таким образом, главная проблема повышения энергоэффективности заключается в стоимости производства, которая не должна возрастать из-за расходов на материалы. Однако специалисты нашли способ, как эта проблема может быть решена: на примере асинхронного двигателя IG 100 они расположили магнитный и электрический контуры в соответствии с новой научной концепцией.

Для асинхронного двигателя важны не только равномерное использование магнитных контуров, но и правильный выбор количества пазов ротора и статора. Дополнительные потери при начале работы машины могут быть снижены, если количество пазов ротора меньше количества пазов статора. Нечетное количество пазов ротора снижает провал в кривой вращающего момента при разгоне машины и может быть полезно при различных количествах пар полюсов. Однако необходимо учитывать магнитные шумы, особенно при большой длине конструкции. Исходный мотор имел 24 паза на статоре и 17 – на роторе, поэтому мог использоваться как двухполюсный или четырёхполюсный. С учетом неизменности количества материалов конфигурация обмотки была изменена – количество пазов ротора нового четерёхполюсного мотора стало 22, в то время как для двухполюсных моторов максимальное количество пазов составляет 18.

Оптимизация магнитных контуров

Оптимизация магнитных контуров была проведена успешно при сохранении наружного диаметра 100 мм благодаря использованию числового метода конечных элементов. На основе вычисленной конфигурации аналитическая программа быстро и точно вычисляет характеристики двигателя, осевые и радиальные силы и шумовые характеристики.

Высокая плотность потока в спинке сердечника двухполюсного двигателя обусловливает высокий ток намагничивания и дополнительные потери в сердечнике. Новая конфигурация позволяет увеличить площадь поперечного сечения спинки благодаря снижению диаметра ротора.

Неравномерное распределение плотности потока появляется в четырёхполюсных моторах при существующей конфигурации. В то время как в спинке статора имеются сравнительно малые плотности потока, зубцы насыщены магнитным полем довольно сильно. При увеличении диаметра ротора при приблизительно одинаковых пазах статора увеличиваются зубцы, и поперечное сечение спинки уменьшается. Результатом является равномерная нагрузка магнитного поля на электротехническую сталь.

С существующей конфигурацией двигателя в двухполюсном исполнении при длине сердечника 100 мм будет достигнута мощность 710 Вт при КПД 72,4%. Мощность и КПД при новой конфигурации возрастают до 740 Вт и 79% соответственно. Эти значения достигаются при снижении длины сердечника до 80 мм.

Это означает, что при выборе оптимального магнитного контура можно снизить потери приблизительно на 28%, одновременно снизив затраты на материалы путем уменьшения длины сердечника. При рассмотрении четырёхполюсных двигателей показатели могут быть оптимизированы приблизительно с таким же соотношением.

При анализе энергоэффективности необходимо учитывать, что оптимальный КПД асинхронных двигателей с каждым видом конфигурации обмотки может быть достигнут только при определенных производительности и напряжении на клеммах. При работе в системе с частотным преобразователем оптимальная конфигурация позволит еще больше экономить энергию. Усовершенствованная программа обработки информации компании Groschopp позволила получить точные данные. Асинхронные двигатели, работающие от сети, будут иметь оптимальный КПД только при адаптации обмотки мотора. Компания уже предлагает своим клиентам двигатели с нестандартной обмоткой – можно заказать даже небольшое количество двигателей по доступным ценам.  

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?