Efisiensi Motor DC Brushless: Apa yang Sebenarnya Mendorong Kinerja Peralatan

Dua pendingin udara meninggalkan pabrik yang sama dengan bilah yang sama, wadah yang sama, dan peringkat aliran udara yang sama. Satu menarik 42 W; yang lainnya menghasilkan 34 W. Di atas kertas yang membedakan adalah motornya, namun dalam praktiknya yang membedakan adalah motor, penggerak elektronik, dan titik tepat pada kurva tempat alat menahan motor saat sedang berjalan.

Kesimpulannya pertama: efisiensi a motor DC tanpa sikat ditentukan oleh tiga hal yang sebenarnya dapat Anda rekayasa dan periksa - anggaran kerugian di dalam motor, anggaran kerugian pada perangkat elektronik yang mengalihkannya, dan titik pengoperasian yang memaksa aplikasi untuk menjalankannya. Puncak lembar data adalah satu titik pada kurva. Jumlah yang dibayar pelanggan selama lebih dari sepuluh tahun adalah rata-rata tertimbang di seluruh siklus tugas sebenarnya, suhu sekitar, dan hambatan aliran udara.

Sejajarkan ketiganya dan motor BLDC kecil biasanya akan memotong daya input sebesar seperempat hingga sepertiga dibandingkan dengan motor induksi satu fasa dengan kutub berbayang atau dasar dengan ukuran rangka yang sama dalam aplikasi kipas. Salah paham - besarkan ukuran motor, abaikan pengemudi, biarkan berjalan pada beban 15% - dan motor "efisiensi tinggi" akan berperilaku seperti motor biasa.

Efisiensi Adalah Kurva, Bukan Angka

Efisiensi dikutip sebagai angka tunggal karena angka tunggal mudah untuk dibandingkan. Dalam suatu peralatan, ia berperilaku seperti kurva dengan puncak yang lebar namun terbatas. Pada motor kecil tanpa sikat yang digunakan pada pendingin udara, kipas pendingin, dan tudung jangkauan, efisiensi puncak biasanya berada pada kisaran 80-90% ketika daya poros diukur dengan menyertakan penggerak motor itu sendiri. Motor yang sama yang didorong hingga 15-20% dari torsi pengenal sering kali turun ke kisaran 50-60%, karena kehilangan besi, angin, dan kehilangan peralihan tidak menyusut ketika beban menyusut. Motor kutub berbayang dengan ukuran yang sebanding biasanya dihargai antara 20% dan 40%, itulah sebabnya pertukaran layak dilakukan.

Bagian atas kurva biasanya berada di paruh atas rentang kecepatan, sekitar 60-85% dari nilai torsi, dan tetap datar hingga pertengahan rentang dibandingkan perkiraan sebagian besar pembeli. Kerataan itu adalah bagian yang berguna: motor yang berukuran untuk titik tugas sebenarnya, bukan untuk start terburuk, menghabiskan sebagian besar masa pakainya di dekat puncak, bukan di lereng.

Empat hal yang patut diminta dari pemasok sebelum pembicaraan beralih ke harga:

• Peta efisiensi, atau minimal tiga titik - beban rendah, sedang, dan terukur - bukan satu angka puncak.
• Daya masukan diukur pada titik desain peranti, dengan impeler dan wadah produksi, bukan pada poros telanjang.
• Pernyataan yang jelas apakah pengemudi dan kerugiannya berada di dalam atau di luar nomor yang dikutip.
• Suhu belitan dan magnet setelah kondisi stabil termal - dua jam, bukan dua menit.

Jika terminologinya masih menetap, kami poin pengetahuan dasar tentang motor adalah tempat yang masuk akal untuk memeriksa definisi sebelum Anda membandingkan penawaran dari pemasok yang berbeda.

Ke Mana Kerugian Sebenarnya Pergi

Motor tanpa sikat unggul dalam efisiensi karena alasan tertentu: melepas sikat akan menghilangkan dua jalur kerugian sekaligus. Kontak sikat menciptakan gesekan, dan juga menciptakan penurunan tegangan yang kira-kira konstan, yang menjadi bagian daya masukan yang lebih besar jika semakin rendah tegangan suplai. Pada motor sikat 12 V, antarmuka sikat saja dapat mengonsumsi beberapa persen daya input sebelum bagian mesin lainnya dipertimbangkan.

Yang menggantikan sikat adalah inverter, dan tidak gratis. Jembatan tiga fase dengan enam MOSFET menambah kerugian konduksi dan switching, dan driver yang tidak cocok dapat menyebabkan 10-20% dari total kerugian. Pergantian enam langkah murah dan cukup memadai untuk kipas berkecepatan tetap; kontrol berorientasi lapangan dapat memulihkan beberapa titik di mana motor menghabiskan waktu pada beban parsial, dengan mengorbankan mikrokontroler yang lebih cepat dan waktu rekayasa yang lebih lama.

Dua detail lebih penting daripada yang disarankan oleh sebagian besar lembar spesifikasi. Kelas laminasi adalah yang pertama: beralih ke baja yang lebih tipis dan resistivitas lebih tinggi mengurangi bagian arus eddy dari kehilangan besi, yang merupakan bagian yang paling mudah dipengaruhi. Kombinasi slot-pole dan kemiringan adalah yang kedua: keduanya membentuk kerugian yang menyimpang dan harmonis dan, yang sama pentingnya, kebisingan yang dihasilkan alat pada pengaturan kecepatan paling tenang.

Sebuah motor yang berukuran delapan poin lebih tinggi pada sebuah bangku dapat kehilangan keunggulan tersebut saat motor tersebut dipasang ke dalam rumahan dengan impeler berbeda dan saluran yang lebih panjang.

Bagaimana Beban dan Suhu Memindahkan Titik Operasi

Beban kipas dan blower mengikuti dua aturan perkiraan: torsi meningkat seiring kuadrat kecepatan, dan daya poros meningkat seiring kubus. Mengurangi separuh kecepatan akan mengurangi aliran udara menjadi sekitar setengahnya dan mengurangi tenaga poros menjadi sekitar seperdelapan. Ini adalah argumen terkuat untuk kecepatan variabel pada range hood dan pendingin udara, karena sebagian besar energi dihabiskan pada rentang kecepatan tertinggi sementara sebagian besar waktu pengoperasian dihabiskan jauh di bawahnya.

Hal sebaliknya juga benar. Dalam sebuah peralatan, efisiensi bukan hanya milik motor saja; itu adalah milik motor ditambah jalur udara. Filter yang tersumbat, saluran yang bengkok, atau kisi-kisi yang ukurannya agak kecil akan meningkatkan tekanan statis, meningkatkan torsi yang dibutuhkan impeler pada kecepatan yang sama, dan menggeser motor ke sisi kanan kurvanya. Motor dengan puncak yang besar masih dapat menyelesaikan masa pakainya dengan efisiensi 60% karena jalur udara tidak pernah sebanding dengannya.

Suhu juga mengubah angkanya. Resistansi belitan tembaga meningkat sekitar 0,39% per derajat Celcius, sehingga belitan yang memanas dari 25 hingga 90 derajat menambah sekitar seperempat kerugian resistifnya pada arus yang sama. Magnet permanen kehilangan fluks saat memanas - NdFeB yang disinter sekitar 0,11-0,12% per derajat Celcius - sehingga torsi yang tersedia pada 100 derajat jauh lebih rendah daripada torsi katalog yang diukur pada suhu kamar. Memilih tingkat magnet yang lebih berat atau jalur termal yang lebih baik ke rumahan adalah keputusan biaya, bukan keputusan teknis.

Pendingin udara menggambarkan masalah ini dengan baik. Mereka bekerja berjam-jam pada kondisi yang berubah-ubah seiring dengan cuaca, sehingga motor harus mempertahankan efisiensi yang wajar pada pita lebar daripada pada satu titik yang bagus. Itulah penjelasan singkat yang kami rancang untuk motor pendingin udara.

AC atau BLDC: Mencocokkan Motor dengan Peralatan

Brushless tidak secara otomatis merupakan pilihan yang tepat. Motor yang dijalankan kapasitor satu fasa tidak memiliki elektronik, tidak ada penginderaan posisi rotor, tidak ada firmware, dan hanya sedikit komponen. Pada peralatan berkecepatan tetap dengan siklus tugas harian yang pendek, energi yang dihemat oleh BLDC mungkin tidak dapat membayar biaya tambahan dalam masa pakai produk. Perhitungan tersebut berubah ketika beban berubah-ubah, siklus kerja menjadi panjang, atau alat diperkirakan tidak bersuara pada kecepatan rendah.

Ketika alternatif AC masih menang

Pengoperasian kecepatan tetap, target biaya yang agresif, pasokan listrik yang kotor atau tidak stabil, dan siklus kerja yang pendek semuanya mendukung motor asinkron satu fasa. Jika alat hanya memerlukan satu aliran udara dan bekerja dua puluh menit sehari, jawaban teknis yang jujur ​​biasanya adalah mesin yang lebih sederhana.

Range hood berada di sisi lain garis itu. Kebutuhan hisap naik dan turun seiring dengan apa yang ada di kompor, dan jarak antara panci yang dididihkan perlahan dan panci yang panas merupakan beberapa faktor dalam aliran udara. Motor DC plus kontrol memungkinkan kap mesin mengikuti beban alih-alih beralih di antara tiga ketukan, dan dari situlah sebagian besar penghematan energi berasal - bukan dari motor yang terisolasi. Kami melihat perbandingannya lebih detail di artikel di bagaimana motor DC range hood meningkatkan efisiensi energi dibandingkan dengan motor AC tradisional .

Apa yang Harus Diverifikasi Sebelum Anda Menyetujui Motor

Verifikasi lebih murah daripada pengerjaan ulang. Tes bangku pada titik desain membutuhkan waktu setengah hari dan menjawab pertanyaan yang tidak dapat dijawab oleh lembar data.

1. Ukur daya masukan pada tegangan pasokan normal peranti, dengan penggerak produksi, pada titik tugas desain, bukan pada titik pengenal motor.
2. Ukur torsi dan kecepatan poros secara bersamaan. Efisiensi adalah torsi dikali kecepatan sudut dibagi daya masukan listrik; memperkirakan torsi dari arus hanya dapat diterima sebagai langkah pertama.
3. Jalankan setidaknya 90 menit sebelum merekam data, sehingga belitan dan magnet mencapai kondisi termal stabil.
4. Ulangi pada batas rendah dan tinggi rentang kendali dan pada suhu lingkungan terburuk.
5. Bandingkan penarikan saat ini dengan sampel yang disetujui, dengan menggunakan pita toleransi yang ingin Anda terapkan; plus atau minus 10% pada arus dan 5% pada kecepatan mencakup penyebaran produksi normal pada motor kecil.

Kami membuat jalur motor AC dan DC untuk aplikasi ini - motor udara dingin, motor pemanas, motor asap oli berkapsul plastik, dan rangkaian DC - dan kami mengembangkannya sesuai gambar atau sampel pelanggan yang tidak sesuai dengan seri standar.

Kapasitas harian di atas 80.000 unit memiliki arti yang berbeda: sampel yang Anda setujui harus dapat direproduksi sesuai volume, dan konsistensi dalam pengiriman bernilai lebih dari angka puncak yang hanya dapat dicapai oleh prototipe.

Efisiensi motor DC tanpa sikat adalah properti sistem. Motor menyumbang satu anggaran kerugian, pengemudi menyumbang anggaran kerugian lainnya, dan impeler, saluran, dan suhu lingkungan menentukan di mana pada kurva alat tersebut benar-benar berada. Semua itu tidak dapat diselesaikan dengan membandingkan angka puncak dalam dua kutipan. Perintah kerjanya sangat mudah: tentukan titik tugas sebenarnya, mintalah efisiensi pada titik tersebut dengan penggerak produksi, uji panasnya dan di dalam wadah sebenarnya, dan perlakukan kesenjangan antara puncak dan efisiensi pengoperasian sebagai angka yang muncul pada meteran.

Jika tidak ada seri standar yang sesuai dengan titik pengoperasian tersebut, motor biasanya dapat dikembangkan sesuai dengan itu - itulah sebabnya sebagian besar motor peralatan kecil di pasaran sampai pada bentuknya yang sekarang.