Truyền thông xã hội :

Phân tích tổn thất động cơ

Theo nghĩa chung, tổn thất động cơ có thể được phân loại thành tổn thất cơ học hoặc tổn thất điện.

Tổn thất cơ học:

Tổn thất cơ học chủ yếu đến từ ma sát ổ trục và bất kỳ lực cản gió nào liên quan đến rôto quay

Tổn thất ma sát thuần túy là một hàm tuyến tính của tốc độ, và lực cản gió, sự dịch chuyển không khí bởi bất kỳ bộ phận quay nào trong động cơ, chiếm tỷ lệ lớn trong thiệt hại cơ học. Việc giảm thiểu diện tích mặt trước hiệu dụng có thể mang lại lợi ích to lớn trong việc giảm tổn thất do gió. Động cơ có rotor trơn, chẳng hạn như động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu và động cơ AC cảm ứng được ưa chuộng trong xe điện, sẽ có tổn thất do gió ít hơn so với động cơ có kích thước tương đương với các cuộn dây trong rotor (chẳng hạn như tất cả các động cơ AC rotor dây quấn và DC).

Phân tích tổn thất động cơ

Tổn thất điện

Tổn thất điện cũng có thể được chia thành hai loại chính, theo truyền thống được gọi là "đồng" và "sắt", với dây dẫn cuộn dây stato của động cơ được làm bằng đồng và cấu trúc/khung từ được làm bằng thép. Tổn thất đồng bao gồm bất kỳ công suất nào tiêu thụ để tạo ra từ trường. Điều này bao gồm stato và rôto trong động cơ cảm ứng xoay chiều, bất kỳ dòng điện phần ứng bổ sung nào cần thiết để đạt được sự suy yếu từ trường trong động cơ xoay chiều nam châm vĩnh cửu, tổn thất điện trở rõ ràng hơn và tổn thất xoay chiều ít rõ ràng hơn (do hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng tiệm cận).

Tổn thất điện trở, còn được gọi là tổn thất I2R, có xu hướng chiếm ưu thế so với tổn thất động cơ trong xe điện, vốn thường chạy ở dòng điện cao và tốc độ thấp. Trong trường hợp này, tích của tốc độ và mô-men xoắn, tức là tổng công suất động cơ, rất thấp, và I2R không quan tâm đến thành phần tốc độ (điện áp), do đó hiệu suất của động cơ xe điện sẽ rất kém khi khởi động tải từ trạng thái dừng hoàn toàn.

Phân tích tổn thất động cơ插图1

Tổn thất thuần điện trở xảy ra ở tần số từ DC đến ánh sáng, trong khi hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng lân cận có thể được coi là tổn thất điện trở tăng theo tần số. Hiệu ứng bề mặt là xu hướng dòng điện ngày càng bị giới hạn ở ngoại vi của một dây dẫn khi tần số tăng, gây ra bởi các vòng lặp dòng điện nhỏ được tạo ra trong dây dẫn (dòng điện xoáy) bởi dòng điện xoay chiều chạy qua nó. Các vòng lặp dòng điện xoáy này tỷ lệ thuận với độ lớn của dòng điện nguồn và cũng tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ trường (tức là tần số của dòng điện nguồn). Những dòng điện xoáy này cản trở dòng điện ở tâm dây dẫn và tăng thêm dòng điện ở ngoại vi, đó là lý do tại sao dòng điện ngày càng bị giới hạn ở ngoại vi.

Phân tích tổn thất động cơ插图2

Giải pháp thông thường cho hiệu ứng bề mặt là chia một dây dẫn lớn thành nhiều dây dẫn nhỏ được cách điện với nhau nhưng song song, nhưng điều này gây ra nhiều tổn thất hơn do hiệu ứng lân cận, về cơ bản giống với hiệu ứng bề mặt, ngoại trừ việc nó là dòng điện xoáy gây ra bởi dòng điện xoay chiều từ các dây dẫn lân cận khác. Về cơ bản, càng nhiều lớp cuộn dây, tổn thất do hiệu ứng lân cận càng cao.

Dòng điện xoáy được tạo ra vì bất kỳ từ trường biến thiên theo thời gian nào cũng sẽ tạo ra dòng điện trong bất kỳ vật dẫn nào ở gần (bao gồm cả vật dẫn nguồn). Một từ trường biến thiên theo thời gian sẽ tạo ra điện áp trong các vật dẫn gần (bao gồm cả chính nó) và điện áp này sẽ khiến dòng điện chạy theo vòng quanh vật dẫn nguồn. Đối với một khoảng cách tách biệt, diện tích vòng lặp và tốc độ thay đổi của từ thông nhất định, điện áp cảm ứng là cố định, do đó dòng điện được tạo ra sẽ tỷ lệ nghịch với điện trở vòng lặp và tỷ lệ thuận với diện tích vòng lặp và tần số dòng điện nguồn. Do đó, dòng điện xoáy trong các vật dẫn tốt hơn như bạc và đồng sẽ cao hơn so với các vật dẫn kém hơn như thép điện hoặc ferit (gần như là chất cách điện). Thép điện là hợp kim sắt-silicon được thiết kế đặc biệt để tối đa hóa điện trở suất của vật dẫn mà không làm ảnh hưởng quá mức đến các đặc tính từ của nó, chẳng hạn như tổn thất trễ và mật độ từ thông bão hòa.

Phân tích tổn thất động cơ插图3

Điện trở suất tuyệt đối của thép điện khá thấp, và điện trở suất của ferit rất cao, nhưng nó cũng có giới hạn bão hòa thấp hơn nhiều (thường là 0.35 T so với 1.3-1.5 T), khiến việc sử dụng nó trong phần ứng của động cơ kém khả thi hơn. May mắn thay, có thể giảm diện tích vòng lặp bằng cách đơn giản là chia nhỏ một cấu trúc nguyên khối thành một chồng các lớp cách điện với nhau (thường bằng một lớp sơn mài hoặc lớp oxit mỏng). Các lớp cách điện càng mỏng thì tổn thất dòng điện xoáy càng thấp, và khi các lớp cách điện mỏng hơn, lớp cách điện của chúng sẽ ngày càng chiếm tỷ lệ lớn hơn trên tổng độ dày, do đó, có một giới hạn thực tế về độ dày của các lớp cách điện có thể được sử dụng.

Tổn thất sắt cuối cùng là độ trễ, về cơ bản là khả năng chống lại sự thay đổi hướng từ hóa hoặc mật độ từ thông. Phần ứng trong tất cả các động cơ được kích thích bởi dòng điện xoay chiều, dù được cung cấp bởi bộ biến tần bên ngoài hay chổi than và bộ góp điện, và mạch từ của nó liên tục trải qua những biến động lớn về mật độ từ thông giữa các cực tính đối diện. Vật liệu từ chịu được hoạt động như vậy cần phải "mềm", tức là dễ từ hóa (độ kháng từ thấp) trong khi không giữ được mômen từ (độ từ dư thấp). Ngược lại, vật liệu khó từ hóa (và khử từ) được phân loại là vật liệu "cứng" và chúng có xu hướng trở thành nam châm vĩnh cửu tốt. Tổn thất trễ về cơ bản là thước đo độ mềm của vật liệu từ và phụ thuộc vào mật độ từ thông.

Cuối cùng, có nhiều loại tổn thất "lạc", đáng chú ý nhất là từ thông rò rỉ, về cơ bản là bất kỳ từ thông nào không kết nối rotor và stato với nhau. Nó không tạo ra bất kỳ công hữu ích nào. Từ thông không được kết nối này cũng làm giảm điện áp AC hiệu dụng kích thích phần ứng, chuyển thành độ tự cảm. Cơ chế tổn thất cuối cùng được xem xét ở đây là dòng điện ghép điện dung chế độ chung, thường có rất ít tổn thất công suất thực tế, nhưng có thể ăn mòn ổ trục và làm hỏng lớp cách điện trên các cuộn dây pha, và cũng có thể khiến xe không vượt qua được các bài kiểm tra bức xạ EMI/RFI.

Thúc đẩy doanh nghiệp của bạn với các dịch vụ chuyên nghiệp của chúng tôi

Yêu cầu báo giá nhanh

Chúng tôi sẽ liên hệ với bạn trong vòng 1 ngày làm việc, vui lòng chú ý email hơn.

E-book dự án cải tạo tiết kiệm năng lượng

Lưu ý: Thông tin email của bạn sẽ được bảo mật nghiêm ngặt.