Motor Verimliliği ve Enerji Kayıpları
Standart bir elektrik motorunun, çalışma aralığının büyük bir bölümünde %80'in üzerinde bir verimlilik sağladığı ve tam yükte %90'ı aşan bir verimliliğe ulaştığı vurgulanmalıdır. Ancak, yüksek enerji tüketimi ve çok sayıda kurulu ünite göz önünde bulundurulduğunda, motor verimliliğindeki küçük bir iyileşmenin bile maliyetler üzerinde önemli bir etkisi olabilir.
Elektrik motorunun verimliliği, çekirdek ve sargılar için seçilen malzemeler, bu malzemelerin fiziksel yerleşimi ve taşıma ile montaj sırasında gösterilen dikkat ve hassasiyete dayanır.
Kayıplar iki gruba ayrılabilir. Yükten nispeten bağımsız olanlar (sabit kayıplar) ve yük ile artanlar (yüke bağlı kayıplar).
Motor Verimliliği Etkileyen Faktörler:
İletken İçeriği – Yüke bağlıdır
Manyetik Çelik - Esas olarak sabittir
Termal Tasarım – Esas olarak yüke bağlıdır
Aerodinamik Tasarım – Sabittir
Üretim ve Kalite Kontrol - Süreklidir
1. İletken İçeriği
Sargılardaki direnç kayıpları, akımın karesiyle orantılı olarak artar (yük arttıkça artar) ve genellikle toplam kayıpların yaklaşık %35'ini teşkil eder.
Bu direnç kayıpları, sargılara daha fazla bakır ekleyerek (daha kalın tel kullanarak) ve uç sargılarını kısaltacak üretim tekniklerini geliştirerek (bu teknikler çıkış gücüne katkı sağlamaz, ancak kayıpları azaltır) düşürülebilir.
Daha fazla bakır kullanımı, hem uç sargıları hem de stator yuvaları için daha geniş alan gerektirdiği için manyetik devredeki malzeme hacmini azaltır. Bu durum, daha hızlı doygunluğa ve demir kayıplarının artışına neden olur. Bu nedenle, manyetik çekirdeğin uzunluğunun ve bazen çapının artırılması gerekmektedir.
Genellikle, bir ünitenin artan uzunluğu, tahriksiz ucundaki çıkıntının büyütülmesiyle dengeye getirilir. Bakır kayıpları yük ile orantılı olduğu için, bakır içeriğinin artırılması özellikle yüksek yük altında daha belirgin faydalar sağlar. Bakırın direnç katsayısı pozitif olduğundan, sıcaklık yükseldikçe kayıplar da artar.
2. Manyetik Çelik
Manyetik çelik, motorun en maliyetli bileşenidir; bu nedenle, kullanılan miktarın artması maliyetler açısından istenmeyen bir durum yaratır. Demir kayıpları ise iki türde gerçekleşir: histerezis ve girdap akımı kayıpları.
Histerezis kaybı, akı yoğunluğu ile mıknatıslama kuvveti eğrisinin doğrusal olmamasından kaynaklanan ve çeliğe özgü bir özelliktir. Bu kaybı en aza indirmek için çeliğin düşük enerji kaybına sahip olması ve yüksek alan geçirgenliğine sahip olması, yani kolayca mıknatıslanabilmesi ve 1,8 Tesla'ya kadar yüksek akı yoğunluklarında doymaması gereklidir.
Bu, umut vaat eden ilerlemelerin kaydedildiği süregelen araştırmaların odak noktasıdır. Girdap akımı kayıpları, stator laminasyonlarında indüklenen akımlardan kaynaklanır ve laminasyonların inceltilmesi ile yan yana laminasyonlar arasında etkin bir yalıtım sağlanarak azaltılabilir.
Daha ince laminasyonların üretimi, maliyeti ve işlemeyi zorlaştırdığı için genellikle daha pahalıdır; bu yüzden tercih edilen kalınlık bir denge unsuru olmaktadır. Besleme harmonikleri nedeniyle manyetik kayıpların bozulması, girdap akımı kayıplarının frekansın karesiyle, histerezis kayıplarının ise frekansla doğru orantılı olarak artması sebebiyle kritik bir öneme sahiptir.
İyileştirilmiş manyetik çeliğin kullanımının avantajı, çalışma aralığının tamamında kayıpların azalmasıdır; bu, yük bağımlı olmadığı için özellikle düşük yüklerde daha belirgindir.
3. Termal Tasarım
Yeni modelleme teknikleri sayesinde, optimize edilmiş soğutma akışı, azaltılmış boşluklar (manyetik devrenin verimliliğini artırır) ve daha düşük bakır kayıpları ile motor üretimi mümkün hale gelmiştir. Daha az kayıp ve etkin termal tasarım, motorların daha düşük çalışma sıcaklıklarında çalışmasını ve böylece daha uzun ömürlü olmasını sağlar.
4. Aerodinamik Tasarım
Birçok elektrik motoru, entegre bir fan yardımıyla sargılardan hava çekerek ve dış yüzeydeki nervürlü kasadan dışarı atarak soğutulmaktadır. Hava akışı karmaşık olduğundan, daha sessiz ve verimli bir soğutma sağlamak için fan ve kaput tasarımının optimizasyonunda bilgisayar modellemesi kullanılmaktadır.
Rotorun dikkatli tasarımıyla rüzgar kayıpları azaltılabilir.
5. Üretim ve Kalite Kontrol
Motor montajı sırasında manyetik çeliğe uygulanan gerilim, demir kaybını yüzde 50'ye kadar artırabilir. Tasarım aşamasında, montaj ve taşıma tekniklerine özen gösterilerek, üretim sırasındaki demir kaybı artışı ihmal edilebilir düzeylere indirgenmiştir. Stator ile rotor arasındaki eksantriklik, harmonik akım üretiminde daha yüksek kayıplara yol açar.
Bu iyileştirmelerin genel sonucu, tam yükte verimlilikte yaklaşık %3'lük bir artışa (bu, kayıplarda %30 civarında bir düşüşe denk gelir) ve düşük yüklerde kayıpların yarı yarıya azalmasına işaret ediyor. Şekil 4, 75 kW'lık standart ve yüksek verimli motorların verimliliği ile gerçek yük arasındaki karşılaştırmayı göstermektedir.
Birçok motor, düşük yükte veya rölantideyken önemli miktarda zaman geçirdiği için, yüksek verimlilik sağlayan ünitelerin tasarımcıları, sabit kayıpları azaltmaya büyük önem vermektedirler.
Sonuç olarak, yükün %25'inden daha azı için kayıpların yarı yarıya azaltılması ve tam yükte %3 ile %5 arasında bir verimlilik artışı, yaklaşık %28'lik bir kayıp azalması anlamına gelmektedir. Bu, etkileyici bir başarıdır.
Motor Geri Sarma İşlemi (VIDEO)
Bir motor arızalanırsa geri sarma senaryosu nedir?
Referans Doküman:
Referans: | A Good Practice Guide to Electrical Design by Copper Development Association |
Format: | |
Boyut: | 660 kB |
Sayfa: | 92 |
İndirme: |
