Dado que la distribución de pérdidas de los motores varía con la potencia y el número de polos, para reducir las pérdidas se deben tomar medidas que se centren en los componentes principales de las pérdidas de las distintas potencias y números de polos. A continuación se describen brevemente algunas formas de reducir las pérdidas:
1. Aumente los materiales efectivos, reduzca la pérdida de bobinado y la pérdida de hierro.
Según el principio de similitud del motor, cuando la carga electromagnética permanece invariable y no se considera la pérdida mecánica, la pérdida del motor es aproximadamente proporcional a la potencia cúbica del tamaño lineal del motor, y la potencia de entrada del motor es aproximadamente proporcional a la cuarta potencia del tamaño lineal. A partir de esto, se puede aproximar la relación entre la eficiencia y el uso efectivo del material. Para obtener un espacio más grande bajo ciertas condiciones de tamaño de instalación para que se puedan colocar materiales más efectivos para mejorar la eficiencia del motor, el tamaño del diámetro exterior del punzonado del estator se convierte en un factor importante. Dentro del mismo rango de base de la máquina, los motores estadounidenses tienen mayor potencia que los motores europeos. Para facilitar la disipación de calor y reducir el aumento de temperatura, los motores estadounidenses generalmente usan punzonados de estator con diámetros exteriores más grandes, mientras que los motores europeos generalmente usan punzonados de estator con diámetros exteriores más pequeños debido a la necesidad de derivados estructurales como motores a prueba de explosión y para reducir la cantidad de cobre utilizado en el extremo del bobinado y los costos de producción.
2. Utilizar mejores materiales magnéticos y medidas de proceso para reducir la pérdida de hierro.
Las propiedades magnéticas (permeabilidad magnética y pérdida de hierro unitaria) del material del núcleo tienen una gran influencia en la eficiencia y otros rendimientos del motor. Al mismo tiempo, el costo del material del núcleo es la parte principal del costo del motor. Por lo tanto, la selección de materiales magnéticos adecuados es la clave para diseñar y fabricar motores de alta eficiencia. En motores de alta potencia, la pérdida de hierro representa una proporción considerable de la pérdida total. Por lo tanto, reducir el valor de pérdida unitaria del material del núcleo ayudará a reducir la pérdida de hierro del motor. Debido al diseño y la fabricación del motor, la pérdida de hierro del motor excede en gran medida el valor calculado de acuerdo con el valor de pérdida de hierro unitaria proporcionado por la acería. Por lo tanto, el valor de pérdida de hierro unitaria generalmente se incrementa entre 1.5 y 2 veces durante el diseño para considerar el aumento de la pérdida de hierro. La razón del aumento de la pérdida de hierro se debe principalmente a que el valor de pérdida de hierro unitaria de la acería se obtiene probando la muestra de tira de acuerdo con el método de anillo cuadrado de Epstein. Sin embargo, el material está sujeto a una gran tensión después del punzonado, cizallamiento y laminado, y la pérdida aumentará. Además, el espacio de aire causado por la presencia de la ranura del diente conduce a una pérdida sin carga causada por el campo magnético armónico del diente en la superficie del núcleo. Esto conducirá a un aumento significativo en la pérdida de hierro después de que se fabrique el motor. Por lo tanto, además de seleccionar materiales magnéticos con menor pérdida de hierro unitario, también es necesario controlar la presión de laminación y tomar las medidas de proceso necesarias para reducir la pérdida de hierro. En vista de los factores de precio y proceso, las láminas de acero al silicio de alta calidad y las láminas de acero al silicio más delgadas de 0.5 mm no se utilizan mucho en la producción de motores de alta eficiencia. Generalmente se utilizan láminas de acero eléctrico sin silicio con bajo contenido de carbono o láminas de acero al silicio laminadas en frío con bajo contenido de silicio. Algunos fabricantes de pequeños motores europeos han utilizado láminas de acero eléctrico sin silicio con un valor de pérdida de hierro unitario de 6.5 w/kg. En los últimos años, las acerías han lanzado láminas de acero eléctrico Polycor420 con una pérdida unitaria promedio de 4.0 w/kg, que es incluso inferior a algunas láminas de acero con bajo contenido de silicio. El material también tiene una mayor permeabilidad magnética. En los últimos años, Japón ha desarrollado una lámina de acero laminado en frío con bajo contenido de silicio con un grado de 50RMA350. Se añade una pequeña cantidad de aluminio y metales de tierras raras a su composición, manteniendo así una mayor permeabilidad magnética al tiempo que se reducen las pérdidas. Su valor de pérdida unitaria de hierro es de 3.12 w/kg. Es probable que estos proporcionen una mejor base material para la producción y promoción de motores de alta eficiencia.
3. Reduzca el tamaño del ventilador para reducir la pérdida de ventilación.
En motores de 2 y 4 polos de mayor potencia, la fricción del viento representa una proporción considerable. Por ejemplo, la fricción del viento de un motor de 90 polos de 2 kW puede alcanzar aproximadamente el 30% de la pérdida total. La fricción del viento se compone principalmente de la potencia consumida por el ventilador. Dado que la pérdida de calor de los motores de alta eficiencia es generalmente baja, se puede reducir el volumen de aire de refrigeración y, por tanto, también la potencia de ventilación. La potencia de ventilación es aproximadamente proporcional a la cuarta o quinta potencia del diámetro del ventilador. Por lo tanto, si el aumento de temperatura lo permite, reducir el tamaño del ventilador puede reducir efectivamente la fricción del viento. Además, el diseño razonable de la estructura de ventilación también es importante para mejorar la eficiencia de la ventilación y reducir la fricción del viento. Las pruebas han demostrado que la fricción del viento de la parte bipolar de alta potencia de un motor de alta eficiencia se puede reducir en aproximadamente un 4% en comparación con la de un motor normal. Dado que la pérdida de ventilación se reduce significativamente y no requiere mucho costo adicional, cambiar el diseño del ventilador suele ser una de las principales medidas que se toman para esta parte del motor de alta eficiencia.
4. Reducir las pérdidas perdidas mediante medidas de diseño y proceso.
Las pérdidas parásitas de los motores asíncronos son principalmente pérdidas de alta frecuencia generadas por armónicos de alto orden del campo magnético en los núcleos y devanados del estator y del rotor. Para reducir las pérdidas parásitas de carga, la amplitud de cada armónico de banda de fase se puede reducir utilizando un devanado sinusoidal conectado en serie Y-Δ u otro devanado de bajos armónicos, reduciendo así las pérdidas parásitas. Los experimentos han demostrado que el uso de devanados sinusoidales puede reducir las pérdidas parásitas en una media de más del 30%.
5. Mejorar la tecnología de fundición a presión para reducir las pérdidas del rotor.
Al controlar la presión, la temperatura y la ruta de descarga de gas durante la fundición de aluminio del rotor, se puede reducir el gas en las barras del rotor, lo que aumenta la conductividad y reduce el consumo de aluminio del rotor. En los últimos años, Estados Unidos ha desarrollado con éxito equipos de fundición a presión para rotores de cobre y procesos correspondientes, y actualmente está realizando una producción de prueba a pequeña escala. Los cálculos muestran que si los rotores de cobre fundido reemplazan los rotores de aluminio fundido, las pérdidas del rotor se pueden reducir en aproximadamente un 38%.
6. Aplicar el diseño de optimización informática para reducir las pérdidas y mejorar la eficiencia.
Además de agregar materiales, mejorar las propiedades de los materiales y mejorar los procesos, el diseño optimizado por computadora se utiliza para determinar de manera razonable varios parámetros, al tiempo que se cumplen las restricciones de costo, rendimiento y otras para lograr la mayor mejora posible en la eficiencia. La adopción de un diseño optimizado puede acortar significativamente el tiempo de diseño del motor y mejorar la calidad del diseño del motor.
