Dva hladnjaka zraka izlaze iz iste tvornice s istom oštricom, istim kućištem i istom snagom protoka zraka. Jedan troši 42 W; drugi troši 34 W. Na papiru razlika je u motoru, ali u praksi je to motor, pogonska elektronika i točna točka na krivulji gdje uređaj drži motor dok radi.
Prvi zaključak: učinkovitost a DC motor bez četkica odlučuju tri stvari koje zapravo možete projektirati i provjeriti - proračun gubitaka unutar motora, proračun gubitaka u elektronici koja ga prebacuje i radna točka na kojoj ga aplikacija prisiljava da radi. Vrh podatkovne tablice je jedna točka na krivulji. Ono što kupac plaća za više od deset godina je ponderirani prosjek za stvarne cikluse rada, temperaturu okoline i otpor protoka zraka.
Uskladite ta tri i mali BLDC motor obično će smanjiti ulaznu snagu za četvrtinu do trećine u usporedbi s osjenčanim polom ili osnovnim jednofaznim indukcijskim motorom slične veličine okvira u primjeni ventilatora. Pogrešno ih shvatite - predimenzionirajte motor, zanemarite pokretač, pustite ga da radi s 15% opterećenja - i motor "visoke učinkovitosti" tiho se ponaša kao običan.
Učinkovitost je krivulja, a ne broj
Učinkovitost se navodi kao jedna brojka jer je pojedinačne brojke lako usporediti. U uređaju se ponaša kao krivulja sa širokim, ali ograničenim vrhom. U malim motorima bez četkica koji se koriste u hladnjacima zraka, ventilatorima i kuhinjskim napama, vršna učinkovitost obično pada u opseg od 80-90% kada se snaga osovine mjeri s uključenim pokretačkim programom motora. Isti motor gurnut na 15-20% nazivnog zakretnog momenta često pada u raspon od 50-60%, jer se gubitak željeza, vjetrovitost i gubitak pri prebacivanju ne smanjuju kada se opterećenje smanji. Motor sa zasjenjenim polovima usporedive veličine obično se kotira negdje između 20% i 40%, zbog čega se zamjena uopće isplati.
Vrh krivulje obično se nalazi u gornjoj polovici raspona brzine, na otprilike 60-85% nazivnog momenta, i ostaje ravniji kroz sredinu raspona nego što većina kupaca očekuje. Ta ravnost je koristan dio: motor dimenzioniran za stvarnu radnu točku, a ne za najgore moguće pokretanje, većinu svog životnog vijeka provodi pri vrhu umjesto na padini.
Četiri stvari vrijedi zahtijevati od dobavljača prije nego što se razgovor prijeđe na cijenu:
- Karta učinkovitosti ili najmanje tri točke - nisko, srednje i nazivno opterećenje - umjesto jedne vršne brojke.
- Ulazna snaga izmjerena u točki dizajna uređaja, s proizvodnim rotorom i kućištem, a ne na goloj osovini.
- Jasna izjava o tome nalaze li se vozač i njegovi gubici unutar ili izvan navedenog broja.
- Temperatura namota i magneta nakon toplinskog stabilnog stanja - dva sata, ne dvije minute.
Ako se terminologija još sređuje, naš osnovna znanja o motorima je razumno mjesto za provjeru definicija prije nego što usporedite ponude različitih dobavljača.
Vršna brojka izmjerena na 24 V na otvorenom vratilu s laboratorijskim pokretačem nije usporediva s onom izmjerenom na 12 V kroz proizvodnu ploču unutar zatvorenog kućišta. Dva dobavljača koji navode "učinkovitost od 88%" možda opisuju dva različita stroja.
Gdje gubici zapravo idu
Motori bez četkica pobjeđuju na učinkovitosti iz određenog razloga: uklanjanjem četkica uklanjaju se dva puta gubitka odjednom. Kontakt četkice stvara trenje, a također stvara približno konstantan pad napona, koji postaje veći udio u ulaznoj snazi što je niži napon napajanja. Na brušenom motoru od 12 V, samo sučelje četkica može potrošiti nekoliko postotaka ulazne snage prije nego što se uzme u obzir ostatak stroja.
Ono što zamjenjuje četke je inverter, a nije besplatan. Trofazni most sa šest MOSFET-a dodaje gubitak kondukcije i gubitak pri prebacivanju, a loše usklađen pokretač može biti uzrok 10-20% ukupnih gubitaka. Komutacija u šest koraka je jeftina i savršeno prikladna za ventilator fiksne brzine; upravljanje orijentirano na polje može povratiti nekoliko točaka u kojima motor provodi vrijeme pod djelomičnim opterećenjem, po cijenu bržeg mikrokontrolera i više inženjerskog vremena.
| Mehanizam gubitka | Tipični udio ukupnih gubitaka | Primarna konstrukcijska poluga |
|---|---|---|
| Stator bakar (otporni) | 30-45% | Faktor punjenja bakrom, gustoća struje, toplinski put do kućišta |
| Željezo (histereza i vrtložna struja) | 15-25% | Stupanj i debljina laminacije, gustoća fluksa, geometrija utora |
| Pogonska elektronika (provodljivost i sklopka) | 10-20% | MOSFET otpor, sklopna frekvencija, modulacijska shema |
| Ležajevi, otpor vjetra i otpor rotora | 5-15% | Tip ležaja i predopterećenje, poravnanje vratila, ravnoteža impelera |
| Lutajući i harmonijski gubici | 3-10% | Kombinacija utor-pol, nagib, proizvodne tolerancije |
Dva su detalja važnija nego što to sugerira većina specifikacija. Stupanj laminacije je prvi: prelazak na tanji čelik s većim otporom smanjuje dio gubitka željeza uzrokovan vrtložnim strujama, na koji je najlakše utjecati. Kombinacija proreznih polova i nagib je drugi: oni oblikuju lutajuće i harmonijske gubitke i, što je jednako važno, buku koju uređaj proizvodi pri najtišoj postavci brzine.
Motor koji mjeri osam bodova više na stolu može izgubiti tu prednost u trenutku kada se učvrsti u kućište s drugim propelerom i dužim kanalom.
Kako opterećenje i temperatura pomiču radnu točku
Opterećenja ventilatora i puhala slijede dva približna pravila: okretni moment raste s kvadratom brzine, a snaga osovine s kubom. Prepolovljavanje brzine smanjuje protok zraka na otprilike polovicu i smanjuje snagu osovine na otprilike jednu osminu. To je najjači argument za promjenjivu brzinu u kuhinjskim napama i hladnjacima zraka, jer se većina energije troši na vrhu raspona brzina, dok se većina radnog vremena provodi znatno ispod njega.
Vrijedi i obrnuto. U uređaju, učinkovitost nije svojstvo samo motora; to je svojstvo motora plus zračni put. Začepljen filtar, savijena cijev ili malo manja rešetka podižu statički tlak, povećavaju okretni moment koji impeler zahtijeva pri istoj brzini i klizi motor niz desnu stranu svoje krivulje. Motor s izdašnom vršnom snagom još uvijek može završiti svoj životni vijek sa 60% učinkovitosti jer put zraka nikada nije bio usklađen s njim.
Temperatura mijenja i brojke. Otpor bakrenog namota raste oko 0,39% po stupnju Celzijusa, tako da namot koji se zagrijava od 25 do 90 stupnjeva dodaje otprilike jednu četvrtinu svom gubitku otpora pri istoj struji. Trajni magneti gube tok dok se zagrijavaju - sinterirani NdFeB oko 0,11-0,12% po stupnju Celzijusa - tako da je zakretni moment dostupan na 100 stupnjeva mjerljivo niži od kataloškog zakretnog momenta izmjerenog na sobnoj temperaturi. Odabir jačeg magneta ili boljeg toplinskog puta do kućišta troškovna je odluka, a ne tehnička.
Svaki motor ima fiksni prag gubitaka: otpor ležaja, vjetar i gubici pri prebacivanju koji nikada ne nestaju pri niskom opterećenju. To je razlog zašto učinkovitost pada prema nuli kako se brzina približava nuli i zašto je "učinkovitost pri vrlo maloj brzini" pogrešno pitanje. Korisno pitanje je ukupna energija potrošena tijekom radnog ciklusa.
Hladnjaci zraka dobro ilustriraju problem. Rade satima u uvjetima koji se mijenjaju s vremenom, tako da motor mora održavati razumnu učinkovitost u širokom pojasu, a ne u jednoj laskavoj točki. To je ukratko prema kojem dizajniramo motore za hlađenje zraka.
AC ili BLDC: Usklađivanje motora s uređajem
Bez četkica nije automatski pravi izbor. Jednofazni kondenzatorski motor nema elektroniku, nema senzor položaja rotora, nema firmware i ima vrlo malo dijelova. U uređaju fiksne brzine s kratkim dnevnim radnim ciklusom, energija koju uštedi BLDC možda neće nadoknaditi dodatne troškove tijekom životnog vijeka proizvoda. Taj se izračun mijenja čim opterećenje varira, radni ciklus postane dug ili se očekuje da uređaj bude tih pri maloj brzini.
Kad AC alternativa ipak pobjeđuje
Rad s fiksnom brzinom, agresivni ciljni troškovi, prljava ili nestabilna opskrba električnom energijom i kratki radni ciklus pogoduju jednofaznom asinkronom motoru. Ako uređaj uvijek treba samo jedan protok zraka i radi dvadeset minuta dnevno, pošteni inženjerski odgovor obično je jednostavniji stroj.
Nape se nalaze s druge strane te linije. Potreba za usisom raste i pada s onim što je na ploči za kuhanje, a razmak između laganog kuhanja i vruće tave faktor je nekoliko u protoku zraka. DC motor plus kontrola omogućuje napi da prati opterećenje umjesto da se prebacuje između tri slavine, i to je mjesto gdje većina uštede energije potječe - ne od motora u izolaciji. Usporedbu smo detaljnije pogledali u članku o kako istosmjerni motori nape poboljšavaju energetsku učinkovitost u usporedbi s tradicionalnim izmjeničnim motorima .
Što provjeriti prije nego što odobrite motor
Provjera je jeftinija od prerade. Ispitivanje u fazi dizajna traje pola dana i daje odgovore na pitanja koja podatkovna tablica ne može.
- Izmjerite ulaznu snagu pri normalnom naponu napajanja uređaja, s proizvodnim pokretačem, na projektiranoj radnoj točki, a ne na nazivnoj točki motora.
- Izmjerite moment osovine i brzinu u isto vrijeme. Učinkovitost je okretni moment pomnožen s kutnom brzinom podijeljen s električnom ulaznom snagom; procjena momenta iz struje prihvatljiva je samo kao prvi prolaz.
- Pustite najmanje 90 minuta prije snimanja podataka, tako da namoti i magneti dostignu temperaturno stabilno stanje.
- Ponovite na niskim i visokim granicama kontrolnog raspona i pri najgorem slučaju temperature okoline.
- Usporedite trenutnu potrošnju s odobrenim uzorkom, koristeći raspon tolerancije koji ste voljni primijeniti; plus ili minus 10% na struju i 5% na brzinu pokriva normalan proizvodni raspon u malim motorima.
Jedan sat testiranja na stvarnom radnom mjestu obično košta manje od jedne serije koja se vraća na teren. Ako se navedena učinkovitost ne može reproducirati u vašem vlastitom kućištu, neće se pojaviti ni na računu za električnu energiju krajnjeg korisnika.
Izrađujemo linije motora za izmjeničnu i istosmjernu struju za ove primjene - motore na hladni zrak, motore za grijanje, motore s uljnim dimom obložene plastikom i raspon istosmjerne struje - i razvijamo prema crtežima ili uzorcima kupaca gdje standardna serija ne odgovara.
Dnevni kapacitet iznad 80.000 jedinica ovdje je bitan u drugačijem smislu: uzorak koji odobrite mora biti ponovljiv u količini, a dosljednost u isporuci vrijedi više od vrhunske brojke koju samo prototip može doseći.
Učinkovitost istosmjernog motora bez četkica je svojstvo sustava. Motor pridonosi jednom proračunu gubitaka, pokretač drugom, a impeler, kanal i temperatura okoline odlučuju gdje na krivulji uređaj zapravo živi. Ništa od toga ne može se riješiti usporedbom vršnih brojeva u dva citata. Radni nalog je jednostavan: definirajte stvarnu radnu točku, zatražite učinkovitost u toj točki s proizvodnim pogonom, testirajte ga toplo i unutar stvarnog kućišta i tretirajte jaz između vršne i radne učinkovitosti kao broj koji se prikazuje na mjeraču.
Ako nijedna standardna serija ne odgovara toj radnoj točki, motor se obično može razviti prema njoj - tako je većina motora za male uređaje na tržištu uopće došla do svog sadašnjeg oblika.
++86 13524608688
