Két léghűtő távozik ugyanabból a gyárból, ugyanazzal a lapáttal, ugyanazzal a házzal és azonos légmennyiséggel. Az egyik 42 W-ot vesz fel; a másik 34 W-ot vesz fel. Papíron a különbség a motor, de a gyakorlatban ez a motor, a meghajtó elektronika és a görbe pontos pontja, ahol a készülék a motort tartja működés közben.
A következtetés először: a hatékonysága a kefe nélküli DC motor három dolog dönti el, amit ténylegesen megtervezhet és ellenőrizhet - a veszteség költségvetése a motorban, a veszteség költségvetése a kapcsoló elektronikában, és az a működési pont, ahol az alkalmazás kényszeríti a működést. Az adatlap csúcsa egy pont a görbén. Amit az ügyfél tíz éven túl fizet, az a valós munkaciklusok, a környezeti hőmérséklet és a légáramlási ellenállás súlyozott átlaga.
Állítsa be ezt a hármat, és egy kis BLDC motor jellemzően negyedével-harmadával csökkenti a bemeneti teljesítményt egy árnyékolt pólusú vagy egyfázisú, hasonló keretméretű alapmotorral szemben ventilátoros alkalmazásban. Tedd félre őket – méretezd túl a motort, figyelmen kívül hagyd a vezetőt, hagyd, hogy 15%-os terheléssel járjon – és egy „nagy hatásfokú” motor csendesen úgy viselkedik, mint egy közönséges motor.
A hatékonyság egy görbe, nem egy szám
A hatékonyságot egyetlen számjegyként adjuk meg, mert az egyes számadatokat könnyű összehasonlítani. Egy készülékben úgy viselkedik, mint egy széles, de véges tetejű görbe. A léghűtőkben, hűtőventilátorokban és páraelszívókban használt kis kefe nélküli motorokban a csúcshatásfok általában a 80-90%-os sávba esik, ha a tengelyteljesítményt a motor saját meghajtójával mérik. Ugyanaz a motor a névleges nyomaték 15-20%-ára tolva gyakran az 50-60%-os tartományba esik, mert a vasveszteség, a tekercselés és a kapcsolási veszteség nem zsugorodik a terhelés hatására. Egy hasonló méretű árnyékolt pólusú motort általában valahol 20% és 40% között jegyeznek, ezért egyáltalán megéri a cserét.
A görbe teteje általában a fordulatszám-tartomány felső felében helyezkedik el, nagyjából a névleges nyomaték 60-85%-ánál, és a tartomány közepén laposabb marad, mint azt a legtöbb vásárló elvárná. Ez a laposság a hasznos rész: a valódi munkapontra méretezett motor, nem a legrosszabb induláshoz, élete nagy részét a csúcs közelében tölti, nem pedig a lejtőn.
Négy dolgot érdemes megkövetelni a beszállítótól, mielőtt az árról beszélnénk:
- Hatékonysági térkép, vagy legalább három ponton – alacsony, közepes és névleges terhelés – egy csúcsérték helyett.
- Bemeneti teljesítmény a készülék tervezési pontján, a gyártó járókerékkel és házzal mérve, nem csupasz tengelyen.
- Egyértelmű nyilatkozat arról, hogy a vezető és veszteségei a megadott számon belül vagy kívül vannak.
- A tekercs és a mágnes hőmérséklete a termikus állandósult állapot után - két óra, nem két perc.
Ha a terminológia még rendeződik, a mi alapismeretek a motorokról ésszerű hely a definíciók ellenőrzésére, mielőtt összehasonlítaná a különböző szállítóktól származó árajánlatokat.
A nyitott tengelyen, laboratóriumi meghajtóval 24 V-on mért csúcsérték nem összehasonlítható azzal, amelyet 12 V-on mértek egy tömített házban lévő gyártótáblán keresztül. Két beszállító, akik a "88%-os hatékonyságot" idézik, lehet, hogy két különböző gépet ír le.
Ahová a veszteségek valójában mennek
A kefe nélküli motorok egy bizonyos okból nyerik meg a hatékonyságot: a kefék eltávolítása egyszerre két veszteségi útvonalat távolít el. A kefeérintkező súrlódást hoz létre, és nagyjából állandó feszültségesést is létrehoz, ami minél kisebb a tápfeszültség, annál nagyobb részaránya lesz a bemeneti teljesítménynek. Egy 12 V-os kefés motoron a kefe interfész önmagában a bemeneti teljesítmény több százalékát fogyaszthatja, mielőtt a gép többi részét figyelembe vesszük.
Ami a keféket helyettesíti, az egy inverter, és nem ingyenes. Egy háromfázisú híd hat MOSFET-tel növeli a vezetési veszteséget és a kapcsolási veszteséget, és egy rosszul illeszkedő meghajtó a teljes veszteség 10-20%-át teheti ki. A hatfokozatú kommutáció olcsó és tökéletesen megfelelő egy fix sebességű ventilátorhoz; a mezőorientált vezérlés visszaállíthat néhány olyan pontot, ahol a motor részleges terhelés mellett tölt időt, gyorsabb mikrokontroller és több tervezési idő árán.
| Veszteség mechanizmusa | Az összes veszteség tipikus része | Elsődleges kialakítású kar |
|---|---|---|
| Állórész réz (ellenálló) | 30-45% | Réz töltési tényező, áramsűrűség, hőút a házhoz |
| Vas (hiszterézis és örvényáram) | 15-25% | Laminálás minősége és vastagsága, fluxussűrűség, résgeometria |
| Hajtáselektronika (vezetés és kapcsolás) | 10-20% | MOSFET bekapcsolási ellenállás, kapcsolási frekvencia, modulációs séma |
| Csapágyak, szél és forgórész ellenállás | 5-15% | Csapágytípus és előfeszítés, tengelybeállítás, járókerék kiegyensúlyozás |
| Kóbor és harmonikus veszteségek | 3-10% | Rés-pólus kombináció, ferdeség, gyártási tűrések |
Két részlet fontosabb, mint azt a legtöbb adatlap sugallja. A laminálási fokozat az első: a vékonyabb, nagyobb ellenállású acélra való átállás csökkenti a vasveszteség örvényáramos részét, amely a legkönnyebben befolyásolható rész. A rés-pólus kombináció és a ferdeség a második: alakítják a szórt és harmonikus veszteségeket, és ami ugyanilyen fontos, azt a zajt, amelyet a készülék a leghalkabb fordulatszám beállítása mellett ad ki.
Az a motor, amely nyolc ponttal magasabban van a padon, elveszítheti ezt az előnyt abban a pillanatban, amikor egy másik járókerékkel és hosszabb csatornával rendelkező házba csavarozzák.
Hogyan mozgatja a terhelés és a hőmérséklet a működési pontot
A ventilátor és a ventilátor terhelése két hozzávetőleges szabályt követ: a forgatónyomaték a fordulatszám négyzetével nő, a tengely teljesítménye pedig a kockával. A fordulatszám felére csökkentve a légáramlás körülbelül felére, a tengelyteljesítmény pedig nagyjából a nyolcadára csökken. Ez a legerősebb érv a páraelszívók és léghűtők változó fordulatszáma mellett, mivel az energia nagy része a fordulatszám-tartomány tetején, míg a működési idő nagy része jóval alatta telik el.
Ennek a fordítottja is igaz. Egy készülékben a hatékonyság nem csak a motor sajátossága; ez a motor plusz a légút tulajdonsága. Az eltömődött szűrő, megtört csatorna vagy kissé alulméretezett rács növeli a statikus nyomást, növeli a járókerék által igényelt nyomatékot azonos fordulatszám mellett, és lecsúsztatja a motort a görbe jobb oldalán. Egy nagylelkű motor még mindig 60%-os hatásfokkal fejezheti be élettartamát, mert a légút soha nem volt hozzá igazítva.
A hőmérséklet megváltoztatja a számokat is. A réztekercs ellenállása körülbelül 0,39%-kal nő Celsius-fokonként, így a 25-90 fokra felmelegedett tekercs nagyjából negyedével növeli az ellenállási veszteséget ugyanazon az áram mellett. Az állandó mágnesek a melegedés során veszítenek fluxusukból – a szinterezett NdFeB 0,11-0,12% körüli Celsius-fokon –, így a 100 fokon elérhető nyomaték mérhetően alacsonyabb, mint a szobahőmérsékleten mért katalógus nyomatéka. A nehezebb mágnesminőség vagy a házhoz vezető jobb hőút kiválasztása költséges, nem műszaki jellegű.
Minden motornak fix veszteségszintje van: csapágyellenállás, tekercselés és kapcsolási veszteség, amelyek alacsony terhelésnél soha nem tűnnek el. Ez az oka annak, hogy a hatékonyság nulla felé esik, amikor a sebesség nullához közelít, és ezért félrevezető kérdés a "hatékonyság nagyon alacsony sebességnél". A hasznos kérdés a teljes munkaciklus során felhasznált energia.
A léghűtők jól szemléltetik a problémát. Órákig működnek az időjárástól eltérő körülmények között, így a motornak széles sávban ésszerű hatékonyságot kell tartania, nem pedig egy hízelgő ponton. Ez az a rövidség, amelyre a léghűtő motorokat tervezzük.
AC vagy BLDC: A motor és a készülék összehangolása
A kefe nélküli nem automatikusan a megfelelő választás. Az egyfázisú kondenzátoros motorban nincs elektronika, nincs rotor helyzetérzékelés, nincs firmware és nagyon kevés alkatrész. Egy rövid napi működési ciklusú, rögzített sebességű készülékben előfordulhat, hogy a BLDC által megtakarított energia nem téríti meg a többletköltséget a termék élettartama alatt. Ez a számítás megváltozik, amint a terhelés változik, a munkaciklus meghosszabbodik, vagy a készülék várhatóan csendes lesz alacsony fordulatszámon.
Amikor az AC alternatíva még mindig nyer
A fix fordulatszámú működés, az agresszív költségcélok, a piszkos vagy instabil hálózati tápellátás és a rövid munkaciklus mind az egyfázisú aszinkron motort részesítik előnyben. Ha a készüléknek mindig csak egy légáramlásra van szüksége, és napi húsz percig üzemel, a becsületes mérnöki válasz általában az egyszerűbb gép.
A páraelszívók a vonal másik oldalán helyezkednek el. A szívásigény a főzőlapon lévő mennyiségtől függően nő és csökken, az enyhe párolás és a forró serpenyő közötti távolság pedig többszöröse a légáramlásnak. Az egyenáramú motor plusz vezérlés lehetővé teszi, hogy a páraelszívó kövesse a terhelést ahelyett, hogy három csap között váltana, és innen származik a legtöbb energiamegtakarítás – nem a motortól elszigetelten. Az összehasonlítást részletesebben egy cikkünkben néztük meg hogyan javítják a páraelszívó egyenáramú motorok az energiahatékonyságot a hagyományos AC motorokhoz képest .
Mit kell ellenőrizni a motor jóváhagyása előtt
Az ellenőrzés olcsóbb, mint az átdolgozás. A tervezési ponton egy próbapadi teszt fél napig tart, és olyan kérdésekre ad választ, amelyekre az adatlap nem képes.
- Mérje meg a bemeneti teljesítményt a készülék normál tápfeszültségén, a gyártói meghajtóval, a tervezési munkaponton, nem pedig a motor névleges pontján.
- Mérje meg a tengely nyomatékát és fordulatszámát egyszerre. A hatásfok a nyomaték és a szögsebesség szorzata, osztva az elektromos bemeneti teljesítménnyel; a nyomaték áram alapján történő becslése csak első lépésként elfogadható.
- Az adatok rögzítése előtt futtasson legalább 90 percet, hogy a tekercsek és a mágnesek elérjék a termikus egyensúlyi állapotot.
- Ismételje meg a szabályozási tartomány alsó és felső végén, valamint a legrosszabb környezeti hőmérsékleten.
- Hasonlítsa össze az áramfelvételt a jóváhagyott mintával egy olyan tűréssáv használatával, amelyet hajlandó érvényesíteni; Az áramerősség plusz-mínusz 10%-a és a fordulatszám 5%-a fedezi a kismotorok normál termelési megoszlását.
Egy óra tesztelés a valós szolgálati helyen általában kevesebbe kerül, mint egyetlen helyszíni visszaküldés. Ha egy feltüntetett hatásfok nem reprodukálható a saját házában, az nem jelenik meg a végfelhasználó villanyszámláján sem.
Mind az AC, mind az egyenáramú motorsorokat gyártunk ezekhez az alkalmazásokhoz - hideglevegős motorok, fűtőmotorok, műanyag tokozású olajfüstmotorok és egyenáramú motorok -, és vevői rajzok vagy minták alapján fejlesztünk, ahol egy szabványos sorozat nem fér el.
A 80 000 egység feletti napi kapacitás itt más értelemben számít: az Ön által jóváhagyott mintának reprodukálhatónak kell lennie a mennyiségben, és a szállítmány konzisztenciája többet ér, mint egy csúcsérték, amelyet csak a prototípus érhet el.
A kefe nélküli egyenáramú motor hatékonysága a rendszer tulajdonsága. A motor hozzájárul egy veszteségkerethez, a vezető hozzájárul egy másikhoz, és a járókerék, a légcsatorna és a környezeti hőmérséklet dönti el, hogy a készülék valójában hol található a görbén. Ezek egyike sem oldható meg a csúcsok számainak két idézetben történő összehasonlításával. A munkarend egyszerű: határozza meg a valós munkapontot, kérje le a hatékonyságot ezen a ponton a gyártási meghajtással, tesztelje melegen és a valódi házon belül, és kezelje a csúcs és az üzemi hatékonyság közötti különbséget a mérőn megjelenő számként.
Ha erre a működési pontra egyetlen szabványos sorozat sem illeszkedik, akkor a motort általában hozzá lehet fejleszteni – így érkezett el a legtöbb kisgép a piacon a jelenlegi formájába.
++86 13524608688
