工业控制
本篇文章将深入探讨如何提升电机的效率。由前篇关于电机特性曲线的讨论中,我们得知电机效率的数学定义为输出功率除以输入功率。因此,为了提高电机效率,我们将逐一检视电机从输入到输出的各个阶段。
电机是一种将电能转换为动能的装置,其中还涉及到磁能的转换,所以完整的能量形态转换过程包括电能、磁能以及动能三个阶段。在能量的传输与转换过程中,无可避免地会有能量损耗。只有当我们能够分析出哪一个阶段的损耗最大,我们才能针对该阶段进行设计调整,进而提高电机效率。
提高电压
电机能量转换形态中,电能的损耗表现为铜损,其影响因素包括电流与电阻。如果设计师发现铜损过大,最简单的解决方案就是提高工作电压。例如,对于一颗输入功率为500W的电机,若其工作电压为10V,则代表电流必须为50A,因为输入功率是电压和电流的乘积。然而,如果我们将电压提高到100V,则电流仅需5A。由于铜损与电流的关系是二次方的,因此,升压后,铜损将会降低100倍。这也解释了为何近期电动车的工作电压趋于发展到800V。
提高****槽满率
对于无法升压的情况,我们常常需要寻找降低电阻值的方式。最直接的策略是增大导电体的截面积。在电机领域,这引发了如何提升槽填充率的讨论,并引出了平角线等新型的漆包线技术,以达到提高电机效率的目标。
增大****电机尺
然而,当我们无法透过生产技术增加槽填充率时,我们可能会选择放大电机的尺寸作为一种策略。这不仅可以获得更大的槽空间来放置漆包线圈,同时从电机的转矩公式我们知道,转子直径和转矩之间是平方关系。例如,若转子直径从50增加到60,虽然直径只增加了1.2倍,但转矩会增加1.44倍。若我们维持相同的转矩,这意味着我们可以降低1.44倍的电流,从而降低铜损。因此,放大电机的尺寸对效率提升具有相当大的帮助。然而,这也意味着会增加材料成本和储运成本,这在商品化过程中可能不是最佳选择。
优化散热
我们还有另一种降低电阻的方式,那就是透过改善电机的散热能力。实际上,电阻会受到温度的影响,温度越低,电阻值就越低。因此,对于电机来说,良好的散热能力意味着更高的效率。此一思维引出了两种发展方向:一是利用外部低温环境来创造超高效率的超导电机;二是强化电机散热能力,将电机内部产生的热快速排除,这就是导热漆包线的发展背景。
理论上,我们也可以选择换用更优质的导电材料来降低电阻,但这往往由于成本过高而不太实际。重点整理:
电机四大提高效率方法:一降损耗,二降电流,三降电阻,四降温度。
图(四)
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