Poiché la distribuzione delle perdite del motore varia in base alla potenza e al numero di poli, per ridurre le perdite dovremmo concentrarci sull'adozione di misure per i principali componenti di perdita di diverse potenze e numeri di poli. Alcuni modi per ridurre la perdita sono brevemente descritti come segue:
1. Aumentare i materiali efficaci, ridurre la perdita di avvolgimento e la perdita di ferro
Secondo il principio di similitudine del motore, quando il carico elettromagnetico rimane invariato e la perdita meccanica non viene considerata, la perdita del motore è approssimativamente proporzionale alla potenza cubica della dimensione lineare del motore e la potenza in ingresso del motore è approssimativamente proporzionale alla quarta potenza di la dimensione lineare. Da ciò è possibile approssimare la relazione tra efficienza ed utilizzo effettivo del materiale. Per ottenere uno spazio più ampio in determinate condizioni dimensionali di installazione in modo da poter posizionare materiali più efficaci per migliorare l'efficienza del motore, la dimensione del diametro esterno della punzonatura dello statore diventa un fattore importante. I motori americani hanno una potenza maggiore rispetto ai motori europei all'interno della stessa gamma di macchine base. Per facilitare la dissipazione del calore e ridurre l'aumento della temperatura, i motori americani generalmente utilizzano punzonature dello statore con diametri esterni maggiori, mentre i motori europei generalmente utilizzano punzonature dello statore con diametri esterni più piccoli a causa della necessità di derivati strutturali come i motori antideflagranti e per ridurre la quantità di rame utilizzato all'estremità dell'avvolgimento e costi di produzione.
2. Utilizzare materiali magnetici e misure di processo migliori per ridurre la perdita di ferro
Le proprietà magnetiche (permeabilità magnetica e perdita di ferro unitario) del materiale del nucleo hanno una grande influenza sull'efficienza e su altre prestazioni del motore. Allo stesso tempo, il costo del materiale principale costituisce la parte principale del costo del motore. Pertanto, la selezione di materiali magnetici idonei è la chiave per progettare e produrre motori ad alta efficienza. Nei motori ad alta potenza, la perdita di ferro rappresenta una percentuale considerevole della perdita totale. Pertanto, la riduzione del valore della perdita unitaria del materiale del nucleo aiuterà a ridurre la perdita di ferro del motore. A causa della progettazione e della fabbricazione del motore, la perdita di ferro del motore supera notevolmente il valore calcolato in base al valore di perdita di ferro unitario fornito dall'acciaieria. Pertanto, il valore unitario della perdita di ferro viene generalmente aumentato di 1.5~2 volte durante la progettazione per considerare l'aumento della perdita di ferro.
La ragione dell’aumento della perdita di ferro è principalmente dovuta al fatto che il valore unitario della perdita di ferro dell’acciaieria si ottiene testando il campione di materiale in nastro secondo il metodo del cerchio quadrato di Epstein. Tuttavia, il materiale è sottoposto a forti sollecitazioni dopo la punzonatura, la cesoiatura e la laminazione e la perdita aumenterà; inoltre, il traferro causato dalla presenza della fessura del dente porta al campo magnetico armonico del dente provocando perdite a vuoto sulla superficie del nucleo. Ciò comporterà un aumento significativo della perdita di ferro dopo la produzione del motore. Pertanto, oltre a selezionare materiali magnetici con una perdita di ferro unitaria inferiore, è anche necessario controllare la pressione di impilamento e adottare le misure di processo necessarie per ridurre la perdita di ferro. Considerati i fattori di prezzo e di processo, le lamiere di acciaio al silicio di alta qualità e le lamiere di acciaio al silicio più sottili di 0.5 mm non sono molto utilizzate nella produzione di motori ad alta efficienza. Generalmente vengono utilizzate lamiere di acciaio elettrico senza silicio a basso contenuto di carbonio o lamiere di acciaio al silicio laminate a freddo a basso contenuto di silicio.
3. Ridurre le dimensioni della ventola per ridurre la perdita di ventilazione
Nei motori a 2 e 4 poli di potenza maggiore l'attrito del vento rappresenta una parte considerevole. Ad esempio, l'attrito del vento di un motore a 90 poli da 2 kW può raggiungere circa il 30% della perdita totale. L'attrito del vento è composto principalmente dalla potenza consumata dal ventilatore. Poiché la perdita di calore dei motori ad alta efficienza è generalmente bassa, il volume dell'aria di raffreddamento può essere ridotto e di conseguenza anche la potenza di ventilazione. La potenza di ventilazione è approssimativamente proporzionale alla 4a-5a potenza del diametro della ventola. Pertanto, se l’aumento della temperatura lo consente, la riduzione delle dimensioni della ventola può ridurre efficacemente l’attrito del vento. Inoltre, una progettazione ragionevole della struttura di ventilazione è importante anche per migliorare l'efficienza della ventilazione e ridurre l'attrito del vento. I test hanno dimostrato che l'attrito del vento della parte bipolare ad alta potenza di un motore ad alta efficienza può essere ridotto di circa il 2% rispetto a quello di un motore normale. Poiché la perdita di ventilazione è ridotta in modo significativo e non richiede molti costi aggiuntivi, la modifica del design della ventola è spesso una delle principali misure adottate per questa parte del motore ad alta efficienza.
4. Ridurre le perdite vaganti attraverso misure di progettazione e processo
Le perdite parassite dei motori asincroni sono principalmente perdite ad alta frequenza generate da armoniche di ordine elevato del campo magnetico nei nuclei e negli avvolgimenti dello statore e del rotore. Per ridurre le perdite parassite del carico, l'ampiezza di ciascuna armonica della banda di fase può essere ridotta utilizzando un avvolgimento sinusoidale Y-Δ collegato in serie o un altro avvolgimento a bassa armonica, riducendo così le perdite parassite. Gli esperimenti hanno dimostrato che l'uso di avvolgimenti sinusoidali può ridurre le perdite parassite in media di oltre il 30%.
5. Migliorare la tecnologia di pressofusione per ridurre le perdite del rotore
Controllando la pressione, la temperatura e il percorso di scarico del gas durante la fusione dell'alluminio del rotore, è possibile ridurre il gas nelle barre del rotore, aumentando così la conduttività e riducendo la perdita di alluminio del rotore. Negli ultimi anni, gli Stati Uniti hanno sviluppato con successo apparecchiature per la pressofusione di rotori in rame e processi corrispondenti e stanno attualmente conducendo una produzione di prova su piccola scala. I calcoli mostrano che se i rotori in rame fuso sostituiscono quelli in alluminio fuso, le perdite del rotore possono essere ridotte di circa il 38%.
6. Applicare la progettazione di ottimizzazione del computer per ridurre le perdite e migliorare l'efficienza
Oltre ad aumentare i materiali, migliorare le prestazioni dei materiali e migliorare i processi, la progettazione di ottimizzazione computerizzata viene utilizzata per determinare ragionevolmente vari parametri sotto i vincoli di costi e prestazioni, per ottenere il massimo miglioramento possibile dell'efficienza. L'uso della progettazione di ottimizzazione può ridurre significativamente i tempi di progettazione del motore e migliorare la qualità della progettazione del motore.
