Энергоэффективность электродвигателя способы , От чего зависит, как повысить эффективность Опции

[astrahard]

От чего зависит энергоэффективность электродвигателя? Только ли от геометрической точности исполнения. Все упирается в немагнитный зазор? А если залить в немагнитный зазор магнитную жидкость, предварительно опрессовав все щели пластиком?

Представим себе, что геометрическая точность изготовления статора и ротора асинхронного двигателя столь совершенна, что представит из себя гидродинамический подшипник (немагнитный зазор на порядок меньше). Будет-ли такой двигатель в большей степени энергоэффективным чем серийный. Ведь нужная напряженность магнитного поля для создания момента будет достигнута при меньшей плотности тока в обмотках и, следовательно, потери на нагрев будут меньше.?

P.S. В замен затрат на достижение высокой геометрической точности получим экономию меди, лучшую энегроэффективность и, экономию на подшипниках (только упорные низкой стоимости и несущей способности).

Сообщение отредактировал astrahard - 21.6.2017, 17:12

[Pantryk]

А как же остановки и пуски, когда весь поперечный момент вала будет "помогать" тормозить ротор о статор. Но для генераторов, которые постоянно в работе и пуски-остановки редки, то может и пойдет. На микротурбинах используются аэроподшипники. Уж не помню статические или динамические, и на микротурбинах это у всех или только ноу-хау конкретной конторы, но такие турбины предлагали одному пром.предприятию для электростанции.

[astrahard]

А как же остановки и пуски, когда весь поперечный момент вала будет "помогать" тормозить ротор о статор.

Серьезное возражение но, сейчас модно векторное FOC и прямое управление моментом. Помятуя как тестируют в этой парадигме положение ротора синхронного мотора перед запуском, я думаю, что можно, аналогично, заставить ротор подвсплыть в масле (прилагая чисто радиальный вектор без вращения), тем более, что заранее известно, где он (ротор) приземлится, а также его вес и момент инерции. Учитывая вязкость масла, этот процесс легко контролировать, так-как он, относительно, продолжительный. Как этот расклад?

P.S. Я уже представляю, как в арсенал электродвигателестроителей попадают технологические приемчики от ДВС -хонингование цилиндров, установка уплотнительных колец (магнитная жидкость), нутромеры для ловли овальности И.Т.Д. и.т.п. Впрочем, изначально, хотел поинтересоваться технологическими приемчиками при производстве двигателей класса ультра-премиум, кто знает? Что касается турбогенераторов к электростанциям, то там, вроде, сверхпроводимость "юзают" активно.

Сообщение отредактировал astrahard - 22.6.2017, 7:51

[чукча]

Представим себе, что геометрическая точность изготовления статора и ротора асинхронного двигателя столь совершенна...

Если вы истиный борец за энергоэффективность, то не стоит зацикливаться на асинхронных двигателях с к.з. ротором. Смотрите шырше, есть лектрические машины в принципе более энергоэффективные.

Сообщение отредактировал чукча - 10.7.2017, 9:11

[astrahard]

Если вы истиный борец за энергоэффективность, то не стоит зацикливаться на асинхронных двигателях с к.з. ротором. Смотрите шырше, есть лектрические машины в принципе более энергоэффективные.

Ширше смотреть? В BLDC двигателях КПД выше, отнюдь, не принципиально а, за счет постоянных магнитов высокой стоимости, которые и, преодолевают сопротивление воздушного зазора задорого . Теоретик из Вас не очень
Речь идет ТОЛЬКО о асинхронных двигателях, 1 января 2017 года все европейские производители двигателей, согласно принятой директиве, будут производить электродвигатели класса энергоэффективности не ниже IE3. Вот меня и заинтересовали конструктивные особенности асинхронников класса IE3 и IE4 в сравнении с прежними сериями. Ну и вообще, конструктивные особенности разных серий и пути их совершенствования?

Сообщение отредактировал astrahard - 13.7.2017, 22:47

[astrahard]

Вот нашел, конструктивные меры по повышению энергоэффективности, жаль только, что не указан весовой вклад по пунктам, кстати, кто располагает данными о распределении потерь (сталь, медь, подшипники в процентах)
Далее с моими комментариями:

В асинхронных двигателях повышение энергоэффективности достигается:

- Применением новых марок электротехнической стали с меньшими удельными потерями и меньшей толщиной листов сердечников. (очень сомнительно по-моему вклад стали в потери самый меньший)

- Уменьшением воздушного зазора между статором и ротором и обеспечением его равномерности (способствует снижению намагничивающей составляющей тока обмотки статора, уменьшению дифференциального рассеяния и снижению электрических потерь). (вот это я одобряю)

- Снижением электромагнитных нагрузок, т.е. увеличением массы активных материалов при уменьшении количества витков и увеличении сечения проводника обмотки (приводит к снижению сопротивлений обмоток и электрических потерь). (предыдущий пункт влияет на текущий и, вообще, взаимосвязь очень сильная между последними двумя тезисами, то-есть уменьшение зазора автоматически снижает электромагнитные нагрузки и повышает относительную массу активных материалов)

- Оптимизацией геометрии зубцовой зоны, применением современной изоляции и пропиточного лака, новых марок обмоточного провода (увеличивает коэффициент заполнения паза медью до 0,78…0,85 вместо 0,72…0,75 в электродвигателях стандартной энергоэффективности). Приводит к снижению сопротивлений обмоток и электрических потерь. (да это необходимая мера)

- Применением меди для изготовления короткозамкнутой обмотки ротора взамен алюминия (приводит к снижению электрического сопротивления обмотки ротора на 33% и соответствующему снижению электрических потерь).
(прикольно, это все, что автор мог выразить цифрами)

- Применением высококачественных подшипников и стабильных маловязких смазок, выносом подшипников за пределы подшипникового щита (улучшает обдув подшипников и теплоотдачу, снижает уровень шума и механические потери). (да и ликвидация скошенности зубцов ротора в случае частотного привода)

- Оптимизацией конструкции и производительности вентиляционного узла с учетом меньшего нагрева электродвигателей повышенной энергоэффективности (снижает уровень шума и механические потери).
(да и конструкция вентилятора обеспечивающего постоянный воздушный поток при изменении скорости в широких пределах )

- Применением более высокого класса нагревостойкости изоляции F при обеспечении перегрева по классу В (позволяет избежать переустановленной мощности в приводе с систематическими перегрузками до 15%, эксплуатировать двигатели в сетях с существенными колебаниями напряжения, а также при повышенной температуре окружающей среды без снижения нагрузки). (само собой в силу общего совершенствования полимерных пленок представленных на рынке)

- Учёт при проектировании возможности работы с преобразователем частоты.

Сообщение отредактировал astrahard - 13.7.2017, 22:56

[Pantryk]

увеличением массы активных материалов при уменьшении количества витков и увеличении сечения проводника обмотки

При прочих равных чтобы сохранить МДС при уменьшении количества витков ток должен быть увеличен пропорционально уменьшению витков при этом потери растут в квадрате тока. чтобы сохранить постоянными потери придется увеличить сечение в квадрат раз от уменьшения количества витков, что приведет к увеличению материалоемкости.

[astrahard]

При прочих равных чтобы сохранить МДС при уменьшении количества витков ток должен быть увеличен пропорционально уменьшению витков при этом потери растут в квадрате тока. чтобы сохранить постоянными потери придется увеличить сечение в квадрат раз от уменьшения количества витков, что приведет к увеличению материалоемкости.

Не я автор этих тезисов и, Вы правильно заметили что уровень понимания у "наших людей" ниже плинтуса. О численных оценках речи не идет вообще. Поэтому вопрос остается открытым.

Одно мне понятно, что применительно к асинхронным двигателям общепромышленного назначения, следует уже сейчас, менять конструкцию ротора, а именно: отказ от мер, которые в прошлом улучшали пусковые характеристики, в настоящее время, с широким распространением устройств плавного пуска не актуально, а КПД снижается (глубокопазный ротор со скошенными зубцами) следует перейти к прямым зубцам, неглубоким пазам и полому ротору уменьшенному воздушному зазору- МДС возрастет уже от этого и, плотность тока обмоток можно снизить. Это все соответствует конструкции современного асинхронного сервомотора.
Видимо, просто все перейдут на конструкцию асинхронного сервомотора и, понятие общепромышленный асинхронник уйдет в прошлое.

Сообщение отредактировал astrahard - 14.7.2017, 15:46

[чукча]

Ширше смотреть? В BLDC двигателях КПД выше, отнюдь, не принципиально а, за счет постоянных магнитов высокой стоимости, которые и, преодолевают сопротивление воздушного зазора задорого . Теоретик из Вас не очень

В BLDC и прочих EC моторах принципиально например то, что у них потери на перемагничивание ротора и вихревые токи в нём отсутствуют вообще в принципе.
А если вы о цыферках к.п.д., то у этих моторов он выше на 5-6% по сравнению с асинхронниками. Если это для вас не принципиально, то откуда такая принципиальность в плане всех этих оптимизаций асинхронников, они ведь дадут прирост к.п.д. не больший.

[Pantryk]

Подскажите, а у коллекторных двигателей по сравнению с BLDC КПД меньше за счет сопротивления щеточного узла?

[astrahard]

Подскажите, а у коллекторных двигателей по сравнению с BLDC КПД меньше за счет сопротивления щеточного узла?

У коллекторных двигателей КПД больше чем у BLDC, коллектор имеет КПД больше чем полупроводники в районе до киловатта. При условии, что применяются те-же материалы, например магниты редкоземельные. А насчет срока службы вопрос спорный, что проживет дольше коллектор или IGBT? В конце концов, коллекторных двигателей до киловатта производиться больше чем каких-либо других. А если коллекторный узел усовершенствовать, то

В BLDC и прочих EC моторах принципиально например то, что у них потери на перемагничивание ротора и вихревые токи в нём отсутствуют вообще в принципе.
А если вы о цыферках к.п.д., то у этих моторов он выше на 5-6% по сравнению с асинхронниками. Если это для вас не принципиально, то откуда такая принципиальность в плане всех этих оптимизаций асинхронников, они ведь дадут прирост к.п.д. не больший.

И зачем это нехорошее слово ВПРИНЦИПЕ ? Имейте в виду, что так как Вы говорите не бывает НИКОГДА.

1. Асинхронный мотор отличается отсутствием постоянных магнитов, редкие земли монополизированы Китаем и, эксперты сходятся во мнении, что их доступность непостоянна и сильно обусловлена;
2. КПД двигла с постоянными магнитами выше, но значительно дороже;
3. Потери на перемагничивание, неожиданно, есть в роторе BLDC и EC;
4. Есть примеры и устремления производителей AC к повышению энергоэффективности и, асинхронники СУЩЕСТВУЮТ ;
5. КПД EC моторов выше AC, в случае мощностей до 500 Вт, на 20-25% а не на 5-6%;
6. На 5-6% выше КПД AC серво современной конструкции, по сравнению с AC серии АИР, например 1 кВт.

Сообщение отредактировал astrahard - 19.7.2017, 0:35

[чукча]

...
5. КПД EC моторов выше AC, в случае мощностей до 500 Вт, на 20-25% а не на 5-6%;
...

Нашёл с чем сравнивать. У совсем маломощных асинхронников к.п.д. может быть и 40-50%, и меньше.

[astrahard]

Впрочем, цель я преследовал именно такую, владеть циферками КПД для разных категорий мощности.

Вот, к примеру, захотелось мне сравнить серводвигатель и шаговый гибрид. Сперва, находил ответы типа КПД для шагового двигателя не имеет смысла. Но, затем сравнив гибридный шаговик с векторным драйвером и серву (все категории 2-3 кг. веса) пришел к выводу, что шаговик не уступает серве, а в некоторых моментах превосходит по КПД.

Сообщение отредактировал astrahard - 21.7.2017, 12:44

[Ваня Иванов]

Уважаемый astrahard! Вы так прекрасно начали развивать свою тему, что я уж было подумал: "Ну вот, наконец-то, свершилось! Есть ещё люди в нашей необъятной стране, которых серьёзно волнует проблема повышения энергоэффективности и энергосбережения!" Однако, просматривая далее обсуждение данной темы, обнаружил истинный масштаб Ваших "великих" начинаний - коллекторные и шаговые двигатели мощностью до 500 Вт... О чём это я? Да всё о том же, об энергоэффективности. Только начинать надо не с "шибздиков" мощностью в несколько Ватт, а с монстров мощностью от единиц до десятков МЕГАВАТТ ! Вот где непаханное поле для совершенствования! Страшно подумать, но снижение необоснованных потерь даже на 1% в синхронном двигателе мощностью 10 МВт позволит сэкономить 100 кВт электроэнергии в час, а при непрерывной работе в течение года умножим эту цифру на 8760 часов и получим 876 000 кВт*часов халявной электроэнергии, которой достаточно, чтобы бесплатно питать небольшой посёлок! Чувствуете размах? А Вы заладили о каких-то шаговых двигателях мощностью несколько Ватт...