Nasze silniki IE4 to silniki asynchroniczne, które działają zgodnie z zasadą indukcji. Nieruchomy stojan generuje pole magnetyczne i indukuje przepływ prądu w poruszającym się wirniku; pożądany ruch obrotowy jest generowany przez interakcję między stojanem a wirnikiem. Część energii jest tracona w różnych punktach podczas transmisji i konwersji.
Przegląd potencjału optymalizacji
| 1 | Grubsze przewody uzwojenia zmniejszają rezystancję omową, a tym samym bieżące straty ciepła w stojanie. |
| 2 | Grubsze pręty wirnika i pierścienie zwarciowe zmniejszają opór omowy i bieżące straty ciepła w wirniku. Efekt ten można zwiększyć stosując miedziany rdzeń (widoczny tylko w przypadku prętów wirnika). |
| 3 | Mniejsza szczelina powietrzna między wirnikiem a stojanem zmniejsza reluktancję magnetyczną. |
| 4 | Zoptymalizowana geometria cięcia blachy w wirniku (widoczna) i stojanie (niewidoczna) zmniejsza straty upływu magnetycznego. |
| 5 | Zoptymalizowany kształt koła wentylatora i osłony wentylatora poprawia przepływ powietrza chłodzącego przy zmniejszonym oporze powietrza. |
| 6 | Dłuższy stojan zmniejsza gęstość strumienia magnetycznego, a tym samym straty ciepła w żelazie. Ciepło jest również lepiej odprowadzane do obudowy. |
| 7 | Cieńsze laminacje elektryczne w wirniku i stojanie zmniejszają straty wiroprądowe. |
| 8 | Wyższej jakości stal elektryczna o ulepszonej strukturze krystalograficznej w wirniku i stojanie zmniejsza straty histerezy. |
Bieżące straty ciepła w stojanie
W stojanie nawiniętych jest wiele metrów drutu miedzianego. Gdy przez drut przepływa prąd, nagrzewa się on. Cieńszy drut jest zwykle używany w masowej produkcji silników elektrycznych, ponieważ jest łatwiejszy w obróbce, co obniża koszty. Grubszy drut ma jednak niższą rezystancję omową. W silnikach o wyższej sprawności zwiększa się grubość drutu miedzianego [1] i zoptymalizowana tak, aby jak najmniej energii było tracone na ogrzewanie uzwojenia podczas generowania pola magnetycznego.
Zoptymalizowana konstrukcja wirnika
Wirnik, obracająca się część silnika, jest umieszczony wokół wału silnika. Pole magnetyczne generowane w stojanie indukuje w nim prąd. Prąd ten przepływa przez pręty wirnika i pierścienie zwarciowe po okręgu. Aby zoptymalizować koszty produkcji, części te są zwykle węższe i wykonane wyłącznie z aluminium. Jeśli wydajność ma być zoptymalizowana, grubość i materiał muszą być dostosowane, np. poprzez zastosowanie prętów miedzianych [2]które muszą być wkładane ręcznie. Zmniejsza to opór, a także wytwarza mniej ciepła odpadowego.
Aby wirnik mógł się obracać, musi istnieć szczelina do stojana, zwana “szczeliną powietrzną”. Pole magnetyczne słabo rozprzestrzenia się w powietrzu, dlatego szczelina powinna być jak najwęższa, co wyraźnie widać na rysunku [3]. Jednak mniejsza przestrzeń między dwiema częściami oznacza również, że zarówno wirnik, jak i stojan muszą być obrabiane bardziej precyzyjnie, aby nic nie zgrzytało podczas pracy. Silnik musi być również znacznie staranniej zmontowany.
Wspomniane wyżej pręty wirnika są osadzone w jego “laminowanym rdzeniu”, czyli stosie namagnesowanych arkuszy stali. Każdy z tych arkuszy ma otwory, “rowki”, na pręty. Pręty wirnika są zwykle wykonane z aluminium, które jest wlewane do otworów laminowanego rdzenia, gdy jest jeszcze płynne. Kształt rowków determinuje zatem kształt prętów wirnika. Wcześniej powszechnie stosowane okrągłe lub prostokątne otwory zostały zastąpione skomplikowanymi kształtami, ponieważ kształt ma duży wpływ na krzywą momentu obrotowego silnika. W silnikach IE4 kształt jest zoptymalizowany pod kątem maksymalnej wydajności; obraz przedstawia kształt strzałki [4].
Wydajna wentylacja
Ruch obrotowy silnika jest przenoszony na aplikację za pośrednictwem wału silnika, znajdującego się z przodu po lewej stronie rysunku. Po przeciwnej stronie wał również wystaje z obudowy silnika i obraca wentylator, który zasysa powietrze z tyłu, nadmuchuje je na silnik i chłodzi go. Optymalizacja polega tutaj na zachowaniu równowagi. Jeśli silnik jest chłodniejszy, pracuje wydajniej. Jednak większe koło wentylatora ma większy opór powietrza, a zatem zużywa więcej energii. Każdy producent ma własne pomysły na dostosowanie kształtu wentylatora i osłony wentylatora [5]aby osiągnąć dobre chłodzenie przy jak najmniejszym oporze powietrza.
Długość stojana
Do tej pory wspomniano o wielu optymalizacjach, ale innym sposobem na poprawę wydajności jest po prostu zwiększenie rozmiaru istniejących elementów. Wysokość silnika jest określona przez normę, ale każdy producent może samodzielnie wybrać jego długość. Dlatego wielu producentów decyduje się na dłuższy stojan dla silników IE4 [6]. Pozwala to na rozłożenie pola magnetycznego na większym obszarze, zmniejszając gęstość strumienia magnetycznego. Zmniejsza to również straty ciepła w żelazie. Ponadto zwiększa się powierzchnia styku z obudową silnika, dzięki czemu ciepło jest lepiej odprowadzane.
Jakość blachy
Szczególnie skuteczną metodą zmniejszenia strat żelaza jest zastosowanie cieńszych laminatów elektrycznych o lepszych właściwościach magnetycznych w stojanie i wirniku. W pokazanym tutaj silniku IE4 są one tak cienkie, że poszczególne laminaty nie są już rozpoznawalne na zdjęciu [7]. Struktura krystalograficzna powstaje już podczas chłodzenia w hucie i determinuje magnetyczność; tylko kilku dostawców specjalizuje się w tej stali [8] [8]. Cieńsze arkusze zwiększają nakłady pracy: są one walcowane częściej, aż staną się cienkie, więcej arkuszy musi być wykrawanych, aby wyprodukować stos arkuszy o tym samym rozmiarze, narzędzia wykrawające muszą być częściej zmieniane, ponieważ cienkie arkusze są szybciej zginane przez tępe narzędzia. Jeśli stosuje się więcej arkuszy, powłoka izolacyjna każdego pojedynczego arkusza również musi być cieńsza.
Wszystkie te specjalne cechy techniczne stanowią wyzwanie, któremu nie każdy producent jest w stanie sprostać. Ale w MOLL-MOTOR jesteś pod dobrą opieką, możemy dostarczyć silniki IE4 zarówno pod naszą własną marką, jak i od producenta SIEMENS. Bardziej wydajny silnik jest znacznie droższy, ale dodatkowa cena się opłaca, ponieważ silnik szybko zwraca wyższe koszty zakupu przez cały okres użytkowania. Nasi inżynierowie sprzedaży MOLL-MOTOR chętnie pomogą w obliczeniu oszczędności.
