Kaksi ilmanjäähdytintä lähtee samalta tehtaalta samalla siivellä, samalla kotelolla ja samalla ilmavirtauksella. Yksi kuluttaa 42 W; toinen kuluttaa 34 W. Paperilla ero on moottorissa, mutta käytännössä se on moottori, käyttöelektroniikka ja tarkka käyrän piste, jossa laite pitää moottoria sen ollessa käynnissä.
Johtopäätös ensin: tehokkuus a harjaton DC-moottori sen ratkaisee kolme asiaa, jotka voit itse suunnitella ja tarkistaa - moottorin sisällä oleva hävikkibudjetti, sitä kytkevän elektroniikan häviöbudjetti ja toimintapiste, jossa sovellus pakottaa sen toimimaan. Tietolomakkeen huippu on yksi piste käyrällä. Se, mistä asiakas maksaa yli kymmenen vuoden aikana, on todellisten käyttöjaksojen, ympäristön lämpötilojen ja ilmavirran vastuksen painotettu keskiarvo.
Aseta nämä kolme kohdakkain, niin pieni BLDC-moottori leikkaa tyypillisesti syöttötehoa neljänneksellä tai kolmanneksella verrattuna puhallinsovelluksen varjostettuun napaiseen tai perus-yksivaiheiseen induktiomoottoriin, jonka runkokoko on samanlainen. Ymmärrä ne väärin - ylimitta moottori, jätä kuljettaja huomioimatta, anna sen käydä 15 %:n kuormituksella - ja "korkean hyötysuhteen" moottori käyttäytyy hiljaa kuin tavallinen.
Tehokkuus on käyrä, ei numero
Tehokkuus mainitaan yhtenä lukuna, koska yksittäisiä lukuja on helppo verrata. Laitteessa se käyttäytyy kuin kaareva, jonka yläosa on leveä mutta rajallinen. Pienissä harjattomissa moottoreissa, joita käytetään ilmanjäähdyttimissä, tuulettimissa ja liesituulettimissa, huippuhyötysuhde putoaa yleensä 80-90 %:n alueelle, kun akselin teho mitataan moottorin omalla ohjaimella. Sama moottori, joka on työnnetty 15-20 %:iin nimellisvääntömomentista, putoaa usein 50-60 %:n alueelle, koska rautahäviö, käämitys ja kytkentähäviö eivät kutistu kuormituksen yhteydessä. Vertailukelpoisen kokoisen varjostetun napaisen moottorin hinta on yleensä jossain 20-40 %, minkä vuoksi vaihto kannattaa tehdä ollenkaan.
Käyrän yläosa on yleensä nopeusalueen yläpuolella, noin 60-85 % nimellisvääntömomentista, ja se pysyy tasaisempana alueen puolivälissä kuin useimmat ostajat odottavat. Tämä tasaisuus on hyödyllinen osa: moottori, joka on mitoitettu todelliseen käyttöpisteeseen, ei pahimpaan käynnistykseen, viettää suurimman osan elämästään lähellä huippua rinteessä.
Neljä asiaa kannattaa vaatia toimittajalta ennen kuin keskustelu siirtyy hinnasta:
- Tehokkuuskartta tai vähintään kolme pistettä - alhainen, keskimääräinen ja nimelliskuorma - yhden huippuluvun sijaan.
- Syöttöteho mitattuna laitteen suunnittelupisteestä tuotantosiipipyörällä ja kotelolla, ei paljaalla akselilla.
- Selkeä selvitys siitä, ovatko kuljettaja ja sen tappiot mainitun numeron sisällä vai ulkopuolella.
- Käämityksen ja magneetin lämpötila lämpövakaan tilan jälkeen - kaksi tuntia, ei kaksi minuuttia.
Jos terminologia on vielä ratkennut, meidän perustiedot moottoreista on järkevä paikka tarkistaa määritelmät ennen kuin vertaat eri toimittajien tarjouksia.
Huippuarvo, joka on mitattu 24 V:lla avoimella akselilla laboratorioohjaimella, ei ole verrattavissa arvoon, joka mitataan 12 V:lla suljetun kotelon sisällä olevan tuotantolevyn kautta. Kaksi toimittajaa, jotka lainaavat "88 % tehokasta", saattavat kuvailla kahta eri konetta.
Minne tappiot todella menevät
Harjattomat moottorit hyötyvät tehokkuudestaan tietystä syystä: harjojen poistaminen poistaa kaksi häviöpolkua kerralla. Harjakosketin aiheuttaa kitkaa, ja se myös luo suunnilleen jatkuvan jännitehäviön, jonka osuus syöttötehosta kasvaa mitä pienempi syöttöjännite. 12 V:n harjatussa moottorissa harjaliitäntä yksinään voi kuluttaa useita prosentteja syöttötehosta ennen kuin koneen muu osa otetaan huomioon.
Harjat korvaa invertteri, eikä se ole ilmainen. Kolmivaiheinen silta kuudella MOSFETillä lisää johtavuushäviöitä ja kytkentähäviöitä, ja huonosti sovitettu ohjain voi aiheuttaa 10-20 % kokonaishäviöistä. Kuusivaiheinen kommutointi on halpa ja täysin riittävä kiinteänopeuksiselle tuulettimelle; kenttäsuuntautunut ohjaus voi palauttaa muutaman pisteen, jossa moottori viettää aikaa osittaisella kuormituksella, nopeamman mikro-ohjaimen ja pidemmän suunnitteluajan kustannuksella.
| Tappiomekanismi | Tyypillinen osuus kokonaistappioista | Ensisijainen suunnitteluvipu |
|---|---|---|
| Staattori kupari (resistiivinen) | 30-45 % | Kuparin täyttökerroin, virrantiheys, lämpötie koteloon |
| Rauta (hystereesi ja pyörrevirta) | 15-25 % | Laminointiaste ja paksuus, vuotiheys, raon geometria |
| Käyttöelektroniikka (johtaminen ja kytkentä) | 10-20 % | MOSFET on-resistanssi, kytkentätaajuus, modulaatiokaavio |
| Laakerit, tuuletus ja roottorin vastus | 5-15 % | Laakerin tyyppi ja esijännitys, akselin kohdistus, juoksupyörän tasapaino |
| Haja- ja harmoniset häviöt | 3-10 % | Rako-napayhdistelmä, vino, valmistustoleranssit |
Kaksi yksityiskohtaa ovat tärkeämpiä kuin useimmat tekniset tiedot antavat ymmärtää. Laminointiaste on ensimmäinen: siirtyminen ohuempaan, korkeamman ominaisvastuksen teräkseen vähentää rautahäviön pyörrevirtaosuutta, johon on helpoin vaikuttaa. Rako-napayhdistelmä ja vinous ovat toinen: ne muokkaavat haja- ja harmonisia häviöitä ja, mikä tärkeintä, laitteen hiljaisimman nopeuden asettaman melun.
Kahdeksan pistettä korkeammalle penkillä moottori voi menettää tämän edun heti, kun se pultataan koteloon, jossa on eri juoksupyörä ja pidempi kanava.
Kuinka kuormitus ja lämpötila siirtävät käyttöpistettä
Tuulettimen ja puhaltimen kuormitukset noudattavat kahta likimääräistä sääntöä: vääntömomentti kasvaa nopeuden neliön mukana ja akselin teho kuution kanssa. Nopeuden puolittaminen katkaisee ilmavirran noin puoleen ja akselin tehon noin kahdeksasosaan. Se on vahvin argumentti liesituulettimien ja ilmanjäähdyttimien nopeuden säätöön, koska suurin osa energiasta kuluu nopeusalueen yläosassa, kun taas suurin osa käyttöajasta kuluu selvästi sen alapuolella.
Päinvastoin on myös totta. Laitteessa tehokkuus ei ole pelkästään moottorin ominaisuus; se on moottorin ja ilmareitin ominaisuus. Tukkeutunut suodatin, mutkainen kanava tai hieman alimitoitettu säleikkö nostaa staattista painetta, lisää siipipyörän vaatimaa vääntömomenttia samalla nopeudella ja liukuu moottoria alas käyrän oikeaa puolta pitkin. Moottori, jolla on runsas huippu, voi silti päättää käyttöikänsä 60 prosentin hyötysuhteella, koska ilmareittiä ei koskaan sovitettu siihen.
Lämpötila muuttaa myös numeroita. Kuparikäämityksen resistanssi nousee noin 0,39 % celsiusastetta kohden, joten 25-90 astetta lämpenevä käämi lisää noin neljänneksen resistiivisestä häviöstä samalla virralla. Kestomagneetit menettävät vuon lämmetessään - sintrattu NdFeB noin 0,11-0,12 % Celsius-astetta kohden - joten 100 asteen vääntömomentti on mitattavasti pienempi kuin huoneenlämpötilassa mitattu vääntömomentti. Raskaamman magneettilaadun tai paremman lämpöpolun valitseminen koteloon on kustannuspäätös, ei tekninen.
Jokaisella moottorilla on kiinteä häviöpohja: laakerin vastus, tuuletus ja kytkentähäviö, jotka eivät koskaan katoa alhaisella kuormituksella. Tästä syystä tehokkuus putoaa kohti nollaa nopeuden lähestyessä nollaa, ja miksi "tehokkuus erittäin alhaisella nopeudella" on harhaanjohtava kysymys. Hyödyllinen kysymys on koko käyttöjakson aikana kulutettu energia.
Ilmanjäähdyttimet kuvaavat ongelmaa hyvin. Ne toimivat tuntikausia olosuhteissa, jotka ajautuvat sään mukaan, joten moottorin on säilytettävä kohtuullinen hyötysuhde laajalla kaistalla yhden imartelevan kohdan sijaan. Suunnittelemme ilmanjäähdyttimen moottoreita juuri tätä tarkoitusta vasten.
AC tai BLDC: Moottorin sovittaminen laitteeseen
Harjaton ei ole automaattisesti oikea valinta. Yksivaiheisessa kondensaattorikäyttöisessä moottorissa ei ole elektroniikkaa, roottorin asennon tunnistusta, laiteohjelmistoa ja hyvin vähän osia. Kiinteänopeuksisessa laitteessa, jonka päivittäinen käyttöjakso on lyhyt, BLDC:n säästämä energia ei välttämättä korvaa lisäkustannuksia tuotteen elinkaaren sisällä. Laskelma muuttuu heti, kun kuormitus vaihtelee, käyttöjakso pitenee tai laitteen odotetaan olevan hiljainen alhaisella nopeudella.
Kun AC-vaihtoehto silti voittaa
Kiinteäopeuksinen toiminta, aggressiiviset kustannustavoitteet, likainen tai epävakaa verkkovirta ja lyhyt käyttöjakso suosivat kaikki yksivaiheista asynkronista moottoria. Jos laite tarvitsee vain yhden ilmavirran ja käy 20 minuuttia päivässä, rehellinen tekninen vastaus on yleensä yksinkertaisempi kone.
Liesituulettimet sijaitsevat tuon linjan toisella puolella. Imun tarve kasvaa ja laskee keittotasolla, ja miedon kiehumisen ja kuuman pannun välinen rako on moninkertainen ilmavirtaan. Tasavirtamoottorin ja ohjauksen ansiosta liesituuletin seuraa kuormaa kolmen hanan välillä vaihtamisen sijaan, ja sieltä suurin osa energiansäästöstä tulee - ei moottorista erikseen. Tarkastelimme vertailua yksityiskohtaisemmin artikkelissa kuinka liesituuletin DC-moottorit parantavat energiatehokkuutta perinteisiin AC-moottoreihin verrattuna .
Mitä on tarkistettava ennen moottorin hyväksymistä
Todentaminen on halvempaa kuin uusiminen. Suunnittelupisteen penkkitesti kestää puoli päivää ja vastaa kysymyksiin, joihin datalehti ei pysty.
- Mittaa syöttöteho laitteen normaalilla syöttöjännitteellä tuotantoohjaimen kanssa suunnittelussa moottorin nimellispisteen sijaan.
- Mittaa akselin vääntömomentti ja nopeus samanaikaisesti. Tehokkuus on vääntömomentti kertaa kulmanopeus jaettuna sähkön syöttöteholla; vääntömomentin arvioiminen virrasta on hyväksyttävissä vain ensikierroksena.
- Käytä vähintään 90 minuuttia ennen tietojen tallentamista, jotta käämit ja magneetit saavuttavat lämpövakaan tilan.
- Toista säätöalueen ala- ja yläpäässä ja pahimmassa mahdollisessa ympäristön lämpötilassa.
- Vertaa nykyistä vetoa hyväksyttyyn otokseen käyttämällä toleranssialuetta, jonka olet valmis valvomaan; plus tai miinus 10 % virrasta ja 5 % nopeudesta kattaa normaalin tuotannon jakautumisen pienissä moottoreissa.
Yksi tunti testausta todellisessa työpisteessä maksaa yleensä vähemmän kuin yksi kenttäpalautuserä. Jos ilmoitettua hyötysuhdetta ei voida toistaa omassa asunnossasi, se ei näy myöskään loppukäyttäjän sähkölaskussa.
Rakennamme näihin sovelluksiin sekä AC- että DC-moottorilinjoja - kylmäilmamoottoreita, lämmitysmoottoreita, muovikoteloituja öljyhöyrymoottoreita ja DC-sarjaa - ja kehitämme asiakkaan piirustusten tai näytteiden mukaan, mihin standardisarja ei sovi.
Päivittäisellä yli 80 000 yksikön kapasiteetilla on tässä eri mielessä merkitystä: hyväksymäsi näytteen on oltava toistettavissa tilavuudeltaan, ja lähetyksen johdonmukaisuus on arvokkaampi kuin vain prototyypin huippuluku.
Harjattoman tasavirtamoottorin hyötysuhde on järjestelmän ominaisuus. Moottori lisää yhden häviöbudjetin, kuljettaja toisen, ja juoksupyörä, kanava ja ympäristön lämpötila päättävät, missä käyrässä laite todella asuu. Mitään näistä ei voida ratkaista vertaamalla huippulukuja kahdessa lainauksessa. Työjärjestys on suoraviivainen: määritä todellinen työpiste, kysy tehokkuutta siinä vaiheessa tuotantokäytöllä, testaa se lämpimänä ja oikean kotelon sisällä ja käsittele huipun ja käyttötehokkuuden välistä eroa mittarissa näkyvänä numerona.
Jos mikään standardisarja ei sovi kyseiseen toimintapisteeseen, moottori voidaan yleensä kehittää siihen sopivaksi - näin useimmat markkinoiden pienet kodinkoneet saavuttivat alun perin nykyiseen muotoonsa.
++86 13524608688
