วิศวกรรมมอเตอร์ / การวิเคราะห์ประสิทธิภาพ
ต้นทุนที่ซ่อนอยู่ของไฟวิ่ง
ที่ความเร็วต่ำและโหลดบางส่วน มอเตอร์เอซี โดยจะสูญเสียประสิทธิภาพอย่างเงียบๆ โดยที่ไม่มีวันฟื้นตัว — ดูว่าจริงๆ แล้วพลังนั้นไปอยู่ที่ไหน และจะทำอย่างไรกับมัน
คำตอบโดยตรง: เหตุใดประสิทธิภาพจึงลดลงที่ความเร็วต่ำและโหลดบางส่วน
มอเตอร์ AC จะมีประสิทธิภาพน้อยลงที่ความเร็วต่ำหรือโหลดบางส่วนเนื่องจาก การสูญเสียคงที่ - การสูญเสียแกน แรงเสียดทาน และการหมุนของลม - คงที่เกือบคงที่โดยไม่คำนึงถึงเอาท์พุต ดังนั้นพวกเขาจึงใช้ส่วนแบ่งพลังงานอินพุตทั้งหมดเพิ่มมากขึ้นเมื่อเอาต์พุตที่มีประโยชน์ลดลง ในเวลาเดียวกัน มอเตอร์ AC ที่ระบายความร้อนด้วยตัวเองจะสูญเสียการไหลเวียนของอากาศจากพัดลมที่ติดตั้งบนเพลาเมื่อความเร็วลดลง ส่งผลให้การกระจายความร้อนลดลงอย่างแน่นอนเมื่อการสูญเสียภายในสูงขึ้นตามสัดส่วน ผลลัพธ์ที่ได้คือมอเตอร์ที่สามารถมองเห็นประสิทธิภาพลดลงจากมากกว่า 90% เมื่อใกล้โหลดเต็มที่ เหลือต่ำกว่า 70% ที่โหลดเบา ขึ้นอยู่กับขนาดและการออกแบบ
หัวข้อด้านล่างจะอธิบายกลไกเฉพาะที่อยู่เบื้องหลังการลดลงนี้ โดยใช้ตัวเลขที่เป็นรูปธรรม และสรุปสิ่งที่คุณสามารถทำได้จริงหากแอปพลิเคชันของคุณใช้งานมอเตอร์ AC เป็นประจำโดยอยู่ห่างจากจุดพิกัด
ความสูญเสียคงที่ไม่ลดขนาดลงพร้อมกับเอาท์พุตที่ลดลง
มอเตอร์ AC ทุกตัวมีประเภทของการสูญเสียที่ยังคงคงที่ไม่ว่าจะโหลดมอเตอร์เบาแค่ไหนก็ตาม: การสูญเสียแกน (เหล็ก) จากการดึงดูดสเตเตอร์ แรงเสียดทานในแบริ่ง และแรงลมจากโรเตอร์ที่หมุนผ่านอากาศ การสูญเสียเหล่านี้ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยการออกแบบของมอเตอร์และแรงดันไฟฟ้าและความถี่ที่กำหนด ไม่ใช่จากภาระทางกลที่ขับเคลื่อน
มอเตอร์เอซี
เหตุใดจึงส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพที่โหลดบางส่วน
ประสิทธิภาพเป็นเพียงกำลังขับที่มีประโยชน์หารด้วยกำลังไฟฟ้าเข้าทั้งหมด เมื่อโหลดและกำลังไฟฟ้าเอาท์พุตลดลง ความสูญเสียคงที่จะยังคงเหมือนเดิมในแง่สัมบูรณ์ แต่จะกลายเป็นเปอร์เซ็นต์ที่ใหญ่กว่ามากของทั้งหมด มอเตอร์ที่สูญเสีย 5% ของกำลังพิกัดต่อการสูญเสียคงที่ที่โหลดเต็ม อาจจะสูญเสีย 15% ถึง 20% ของอินพุตที่น้อยกว่ามากที่โหลด 25% เนื่องจากตัวเศษ (การสูญเสีย) แทบจะไม่เปลี่ยนแปลงในขณะที่ตัวส่วน (เอาต์พุต) หดตัวลงอย่างมาก
- การสูญเสียแกนกลางขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของฟลักซ์ ซึ่งเชื่อมโยงกับแรงดันไฟฟ้า ไม่ใช่โหลด
- การสูญเสียแรงเสียดทานและแรงลมขึ้นอยู่กับความเร็ว ไม่ใช่แรงบิดที่ส่งออกมา
- มอเตอร์เหนี่ยวนำขนาดกลางทั่วไปอาจเห็นว่าประสิทธิภาพลดลง 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์ โหลดระหว่าง 100% ถึง 25%
การสูญเสียการลื่นเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับงานที่มีประโยชน์ที่โหลดน้อย
มอเตอร์เหนี่ยวนำทำงานโดยการสลิป — ความแตกต่างระหว่างความเร็วซิงโครนัสและความเร็วโรเตอร์จริง การสลิปคือสิ่งที่เหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในโรเตอร์และสร้างแรงบิด แต่ยังแสดงถึงพลังงานที่สูญเปล่าซึ่งถูกแปลงเป็นความร้อนในแถบโรเตอร์ แทนที่จะเป็นเอาท์พุตเชิงกล ที่โหลดเบา การสูญเสียสลิปสัมบูรณ์จะน้อยลง แต่การสูญเสียทองแดงของโรเตอร์และสเตเตอร์ (การสูญเสีย I²R) จะไม่ตกเป็นเชิงเส้นตรงกับโหลด เนื่องจากกระแสแม่เหล็กยังคงเกือบคงที่แม้ว่ากระแสไฟฟ้าที่สร้างแรงบิดจะลดลงก็ตาม
ปัญหาปัจจุบันที่ดึงดูดใจ
ข้อมูล
มอเตอร์ AC ดึงกระแสแม่เหล็กเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กโดยไม่คำนึงถึงภาระทางกล ปัจจุบันนี้สามารถเป็นตัวแทนได้ 25% ถึง 40% ของกระแสโหลดเต็ม แม้ว่ามอเตอร์จะไม่ได้โหลดแล้วก็ตาม และยังคงสร้างความร้อน I²R ในขดลวด ความร้อนนั้นเป็นการสูญเสียอย่างแท้จริงโดยไม่มีเอาท์พุตเชิงกลที่สอดคล้องกัน ซึ่งจะลดประสิทธิภาพการโหลดบางส่วนลงโดยตรง
ความสามารถในการทำความเย็นลดลงเมื่อจำเป็นเท่านั้น
มอเตอร์ AC มาตรฐานส่วนใหญ่ใช้พัดลมที่ติดตั้งบนเพลาเพื่อระบายความร้อน ซึ่งหมายความว่าการไหลเวียนของอากาศจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วของเพลา เมื่อมอเตอร์ทำงานช้าลง ไม่ว่าจะโดยกลไกหรือโดยการลดความถี่ของการตั้งค่ามอเตอร์ ac แบบปรับความเร็วได้ พัดลมระบายความร้อนจะเคลื่อนอากาศน้อยลงในช่วงเวลาที่สูญเสียภายในที่แน่นอน โดยคิดเป็นเปอร์เซ็นต์ของเอาท์พุตที่กำลังปีนขึ้นไป สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาแบบทบต้น: การสูญเสียประสิทธิภาพจะทำให้เกิดความร้อน และระบบระบายความร้อนของมอเตอร์เองจะสามารถขจัดความร้อนนั้นได้น้อยลง
ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติสำหรับการทำงานที่ความเร็วต่ำ
คำเตือน
ผู้ผลิตมักระบุความเร็วการทำงานต่อเนื่องขั้นต่ำ — โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 20% ถึง 30% ของความเร็วพิกัด — ด้านล่างซึ่งมอเตอร์ระบายความร้อนในตัวมีความเสี่ยงที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไปแม้ในขณะที่โหลดลดลง เพียงเพราะมีกระแสลมไม่เพียงพอที่จะพาความร้อนออกไป การทำงานต่ำกว่าเกณฑ์นี้เป็นระยะเวลานานอาจทำให้อายุการใช้งานของฉนวนสั้นลงและกระตุ้นการตัดการป้องกันความร้อน
ตัวประกอบกำลังลดลงอย่างรวดเร็วที่โหลดบางส่วน
ตัวประกอบกำลังมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับประสิทธิภาพในระบบมอเตอร์ AC และจะลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อโหลดลดลง มอเตอร์ที่ทำงานด้วยตัวประกอบกำลังของ 0.85 ถึง 0.90 ที่โหลดเต็ม อาจลดลงไปที่ 0.4 ถึง 0.6 ที่โหลด 25% เนื่องจากกระแสแม่เหล็ก (รีแอกทีฟ) คงที่โดยประมาณในขณะที่ดึงกำลังจริงตก ซึ่งหมายความว่ามอเตอร์ดึงกระแสไฟฟ้าเกินความจำเป็นโดยสัมพันธ์กับงานที่มีประโยชน์ ซึ่งส่งผลให้สูญเสียความต้านทานในขดลวดมอเตอร์และสายไฟต้นทางมากขึ้น
เหตุใดจึงรวมปัญหาด้านประสิทธิภาพเข้าด้วยกัน
ตัวประกอบกำลังที่ต่ำกว่าไม่เพียงส่งผลต่อค่าสาธารณูปโภคผ่านค่าใช้จ่ายตามความต้องการเท่านั้น แต่ยังเพิ่มการสูญเสีย I²R ทั่วทั้งระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่ป้อนให้กับมอเตอร์อีกด้วย สำหรับโรงงานที่ใช้มอเตอร์ที่โหลดบางส่วนจำนวนมากพร้อมกัน ผลกระทบสะสมนี้สามารถเพิ่มการใช้พลังงานทั้งหมดได้อย่างมีความหมาย นอกเหนือจากที่ประสิทธิภาพของป้ายชื่อมอเตอร์เพียงอย่างเดียวจะแนะนำได้
การออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียวต้องเผชิญกับบทลงโทษเพิ่มเติม
A มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว โดยธรรมชาติแล้วจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าที่ความเร็วต่ำและโหลดบางส่วนเมื่อเทียบกับอุปกรณ์สามเฟส ส่วนใหญ่เป็นเพราะวิธีที่มันสร้างสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุน การออกแบบเฟสเดียวจำนวนมากอาศัยขดลวดเสริม ตัวเก็บประจุสตาร์ท หรือเสาแรเงาเพื่อสร้างการหมุน และส่วนประกอบเหล่านี้ทำให้เกิดการสูญเสียเพิ่มเติมซึ่งไม่ได้ลดขนาดลงตามสัดส่วนเมื่อโหลดลดลง คุณลักษณะแรงบิดแบบพัลซิ่งของการทำงานแบบเฟสเดียวยังสร้างการสูญเสียเชิงกลเพิ่มเติมผ่านการสั่นสะเทือนและการให้ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของโรเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมอเตอร์ทำงานต่ำกว่าความเร็วที่กำหนดมาก
การเปรียบเทียบประสิทธิภาพตามประเภทมอเตอร์
โดยทั่วไปมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสจะรักษาประสิทธิภาพที่เหมาะสมไว้ที่โหลดประมาณ 50% ก่อนที่จะมีการลดลงอย่างมาก ในทางกลับกัน มอเตอร์ AC เฟสเดียวมักจะแสดงประสิทธิภาพที่ลดลงเด่นชัดมากขึ้นโดยเริ่มจากโหลด 75% ลงไป เนื่องจากการสตาร์ทและการวิ่งของขดลวดได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับแถบการทำงานที่แคบกว่าในสภาวะที่กำหนด
ไดรฟ์ความถี่ตัวแปรส่งผลต่อประสิทธิภาพความเร็วต่ำอย่างไร
การจับคู่มอเตอร์ AC กับไดรฟ์เพื่อสร้าง มอเตอร์ ac ความเร็วตัวแปร ระบบจะแนะนำข้อควรพิจารณาด้านประสิทธิภาพของตัวเองที่ความเร็วต่ำ ไดรฟ์ส่วนใหญ่ใช้การควบคุมโวลต์ต่อเฮิรตซ์ ซึ่งจะลดทั้งแรงดันไฟฟ้าและความถี่ร่วมกันเพื่อรักษาฟลักซ์ให้คงที่ สิ่งนี้จะช่วยจำกัดการสูญเสียแกนกลางค่อนข้างที่ความเร็วต่ำ แต่ตัวไดรฟ์เองก็มีการสลับการสูญเสียซึ่งกลายเป็นเปอร์เซ็นต์ที่มากขึ้นของพลังงานทั้งหมดที่กำลังประมวลผล (ตอนนี้น้อยลง) และพัดลมระบายความร้อนภายนอกใดๆ ที่เพิ่มเข้ามาเพื่อชดเชยการไหลเวียนของอากาศที่ขับเคลื่อนด้วยเพลาที่ลดลงจะสิ้นเปลืองพลังงานเพิ่มเติมที่ไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์โดยตรง
มุมมองระบบโดยรวม
เมื่อประเมินการตั้งค่ามอเตอร์ ac ความเร็วตัวแปร สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาประสิทธิภาพของไดรฟ์บวกมอเตอร์รวมกัน มากกว่าประสิทธิภาพของมอเตอร์เพียงอย่างเดียว ไดรฟ์อาจมีประสิทธิภาพ 96% ถึง 98% ที่เอาต์พุตเต็ม แต่โดยทั่วไปแล้วตัวเลขดังกล่าวจะลดลงที่ความเร็วต่ำและโหลดเบาเช่นกัน โดยจะซ้อนทับกับประสิทธิภาพที่ลดลงของมอเตอร์เองในภูมิภาคการทำงานนั้น
พฤติกรรมประสิทธิภาพโดยทั่วไปตลอดช่วงโหลด
| ระดับการโหลด | ประสิทธิภาพโดยทั่วไป | ปัจจัยอำนาจทั่วไป |
|---|---|---|
| โหลด 100% | 88% - 94% | 0.85 - 0.90 |
| โหลด 75% | 87% - 92% | 0.80 - 0.85 |
| โหลด 50% | 82% - 88% | 0.65 - 0.75 |
| โหลด 25% | 65% - 78% | 0.40 - 0.55 |
ขั้นตอนการปฏิบัติเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการโหลดต่ำ
หากแอปพลิเคชันของคุณใช้งานมอเตอร์ AC ต่ำกว่าโหลดหรือความเร็วที่กำหนดเป็นประจำ มาตรการเชิงปฏิบัติหลายประการสามารถลดโทษด้านประสิทธิภาพได้:
- ปรับขนาดมอเตอร์ให้เหมาะสมกับโหลดการทำงานทั่วไปของคุณ แทนที่จะปรับขนาดมอเตอร์ให้ใหญ่เกินไปสำหรับสภาวะจุดสูงสุดที่หายาก
- ใช้ตัวขับมอเตอร์ ac ความเร็วแปรผันที่กำหนดค่าอย่างเหมาะสมพร้อมการควบคุมฟลักซ์ที่เหมาะสมที่ความเร็วต่ำ แทนที่จะใช้สเกลโวลต์ต่อเฮิรตซ์ธรรมดา
- เพิ่มการระบายความร้อนภายนอกแบบบังคับสำหรับมอเตอร์ที่ต้องทำงานอย่างต่อเนื่องที่ความเร็วต่ำ เนื่องจากพัดลมที่ขับเคลื่อนด้วยเพลาจะสูญเสียประสิทธิภาพต่ำกว่า RPM ที่กำหนด
- ติดตั้งตัวเก็บประจุแก้ไขตัวประกอบกำลังโดยที่มอเตอร์ที่โหลดเบาหลายตัวทำงานบนระบบไฟฟ้าเดียวกัน
- พิจารณาการออกแบบมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพระดับพรีเมียมหรือประสิทธิภาพสูง ซึ่งโดยทั่วไปจะรักษาเส้นโค้งประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในช่วงโหลดที่กว้างขึ้น
ความสำเร็จ
การจับคู่ขนาดมอเตอร์กับรอบการทำงานจริง การเลือกกลยุทธ์การควบคุมที่เหมาะสม และการจัดการการทำความเย็นและตัวประกอบกำลังโดยตรงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดการสูญเสียประสิทธิภาพในการทำงานจริง
ข้อสรุปสุดท้ายเกี่ยวกับประสิทธิภาพความเร็วต่ำและการโหลดบางส่วน
ประสิทธิภาพที่มอเตอร์ AC ลดลงที่ความเร็วต่ำและโหลดบางส่วนไม่ใช่ข้อบกพร่องในส่วนประกอบใดๆ แต่เป็นผลรวมของการสูญเสียคงที่คงที่ กระแสแม่เหล็กที่เหลืออยู่สูง การไหลเวียนของอากาศเย็นลดลงตามความเร็ว และตัวประกอบกำลังลดลงตามความต้องการพลังงานที่แท้จริงลดลง ผลกระทบนี้เด่นชัดที่สุดในมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว เนื่องจากมีแถบการทำงานที่มีประสิทธิภาพแคบกว่าโดยธรรมชาติ และต้องได้รับการดูแลอย่างระมัดระวังเมื่อออกแบบหรือระบุระบบมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบปรับความเร็วได้ เนื่องจากประสิทธิภาพของไดรฟ์จะซ้อนกันอยู่ด้านบนของประสิทธิภาพของมอเตอร์ในบริเวณที่มีโหลดต่ำเช่นเดียวกัน การจับคู่ขนาดมอเตอร์กับรอบการทำงานจริง การเลือกกลยุทธ์การควบคุมที่เหมาะสม และการจัดการการทำความเย็นและตัวประกอบกำลังโดยตรงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดการสูญเสียประสิทธิภาพนี้ในการทำงานในโลกแห่งความเป็นจริง
++86 13524608688
