To luftkjølere forlater samme fabrikk med samme blad, samme hus og samme luftmengdeklassifisering. Man trekker 42 W; den andre trekker 34 W. På papiret er forskjellen motoren, men i praksis er det motoren, drivelektronikken og det nøyaktige punktet på kurven der apparatet holder motoren mens den går.
Konklusjonen først: effektiviteten til en børsteløs DC-motor avgjøres av tre ting du faktisk kan konstruere og sjekke - tapsbudsjettet inne i motoren, tapsbudsjettet i elektronikken som bytter den, og driftspunktet applikasjonen tvinger den til å kjøre på. En databladtopp er ett punkt på en kurve. Det en kunde betaler for over ti år er et vektet gjennomsnitt over reelle driftssykluser, omgivelsestemperaturer og luftstrømmotstand.
Få disse tre på linje, og en liten BLDC-motor vil typisk kutte inngangseffekten med en kvart til en tredjedel mot en skyggelagt pol eller grunnleggende enfase induksjonsmotor med lignende rammestørrelse i en vifteapplikasjon. Ta dem feil - overdimensjoner motoren, ignorer sjåføren, la den gå med 15 % belastning - og en "høyeffektiv" motor oppfører seg stille som en vanlig en.
Effektivitet er en kurve, ikke et tall
Effektivitet er oppgitt som et enkelt tall fordi enkelttall er enkle å sammenligne. I et apparat oppfører det seg som en kurve med en bred, men endelig topp. I små børsteløse motorer som brukes i luftkjølere, kjølevifter og vifter, faller toppeffektiviteten vanligvis i 80-90 %-båndet når akselkraft måles med motorens egen driver inkludert. Den samme motoren presset til 15-20 % av nominelt dreiemoment faller ofte inn i 50-60 %-området, fordi jerntap, vindstyrke og koblingstap ikke krymper når belastningen gjør det. En motor med skyggelagt pol av sammenlignbar størrelse er vanligvis notert et sted mellom 20 % og 40 %, og derfor er byttet i det hele tatt verdt å gjøre.
Toppen av kurven ligger vanligvis i den øvre halvdelen av hastighetsområdet, med omtrent 60-85 % av nominelt dreiemoment, og den holder seg flatere gjennom midten av området enn de fleste kjøpere forventer. Den flatheten er den nyttige delen: en motor dimensjonert for det virkelige driftspunktet, ikke for en verste start, tilbringer mesteparten av livet nær toppen i stedet for i skråningen.
Fire ting er verdt å kreve av en leverandør før samtalen går over til pris:
- Et effektivitetskart, eller minst tre punkter - lav, middels og nominell belastning - i stedet for ett topptall.
- Inngangseffekt målt ved apparatets designpunkt, med produksjonshjulet og huset, ikke på en bar aksel.
- En klar erklæring om sjåføren og dens tap sitter innenfor eller utenfor det oppgitte nummeret.
- Vikle- og magnettemperatur etter termisk steady state - to timer, ikke to minutter.
Hvis terminologien fortsatt setter seg, vår grunnleggende kunnskapspunkter om motorer er et rimelig sted å sjekke definisjoner før du sammenligner tilbud fra forskjellige leverandører.
Et topptall målt ved 24 V på en åpen aksel med en laboratoriedriver er ikke sammenlignbar med en målt ved 12 V gjennom et produksjonsbrett inne i et forseglet hus. To leverandører som oppgir "88 % effektiv" kan beskrive to forskjellige maskiner.
Hvor tapene faktisk går
Børsteløse motorer vinner på effektivitet av en bestemt grunn: fjerning av børstene fjerner to tapsbaner samtidig. Børstekontakt skaper friksjon, og det skaper også et omtrent konstant spenningsfall, som blir en større andel av inngangseffekten jo lavere forsyningsspenningen er. På en 12 V børstet motor kan børstegrensesnittet alene forbruke flere prosent av inngangseffekten før resten av maskinen vurderes.
Det som erstatter børstene er en inverter, og den er ikke gratis. En trefasebro med seks MOSFET-er legger til ledningstap og koblingstap, og en dårlig tilpasset driver kan stå for 10-20 % av det totale tapet. Seks-trinns kommutering er billig og helt tilstrekkelig for en vifte med fast hastighet; feltorientert kontroll kan gjenopprette noen få punkter der motoren bruker tid på dellast, på bekostning av en raskere mikrokontroller og mer ingeniørtid.
| Tapsmekanisme | Typisk andel av totale tap | Primær designspak |
|---|---|---|
| Stator kobber (resistiv) | 30–45 % | Kobberfyllingsfaktor, strømtetthet, termisk vei til huset |
| Jern (hysterese og virvelstrøm) | 15–25 % | Lamineringsgrad og tykkelse, flukstetthet, sporgeometri |
| Drivelektronikk (ledning og svitsjing) | 10–20 % | MOSFET på-motstand, byttefrekvens, modulasjonsskjema |
| Lager, vind og rotormotstand | 5–15 % | Lagertype og forspenning, akselinnretting, impellerbalanse |
| Herreløse og harmoniske tap | 3–10 % | Slot-pol kombinasjon, skjevhet, produksjonstoleranser |
To detaljer betyr mer enn de fleste spesifikasjonsark antyder. Lamineringsgraden er den første: Å flytte til et tynnere stål med høyere resistivitet reduserer virvelstrømdelen av jerntapet, som er den delen som er lettest å påvirke. Spor-pol-kombinasjon og skjevhet er det andre: de former forvillede og harmoniske tap og, like viktig, støyen apparatet lager ved sin laveste hastighetsinnstilling.
En motor som måler åtte poeng høyere på en benk kan miste den fordelen i det øyeblikket den er boltet inn i et hus med et annet løpehjul og en lengre kanal.
Hvordan belastning og temperatur flytter driftspunktet
Vifte- og viftebelastninger følger to omtrentlige regler: dreiemomentet øker med kvadratet av hastighet, og akselkraften med kuben. Halvering av hastigheten reduserer luftstrømmen til omtrent det halve og reduserer akselkraften til omtrent en åttendedel. Det er det sterkeste argumentet for variabel hastighet i ventilatorer og luftkjølere, fordi mesteparten av energien brukes på toppen av hastighetsområdet mens mesteparten av driftstiden brukes godt under det.
Det motsatte er også sant. I et apparat er effektivitet ikke en egenskap ved motoren alene; det er en egenskap til motoren pluss luftbanen. Et tett filter, en knekket kanal eller et litt underdimensjonert gitter øker det statiske trykket, øker dreiemomentet som pumpehjulet krever ved samme hastighet, og skyver motoren ned på høyre side av kurven. En motor med en sjenerøs topp kan fortsatt fullføre sin levetid med 60 % effektivitet fordi luftveien aldri ble tilpasset den.
Temperaturen endrer også tallene. Kobberviklingsmotstanden stiger omtrent 0,39 % per grad Celsius, så en vikling som varmes opp fra 25 til 90 grader øker omtrent en fjerdedel til motstandstapet ved samme strøm. Permanente magneter mister fluks når de varmes opp - sintret NdFeB rundt 0,11-0,12 % per grad Celsius - så dreiemomentet tilgjengelig ved 100 grader er målbart lavere enn katalogmomentet målt ved romtemperatur. Å velge en tyngre magnetkvalitet eller en bedre termisk vei til huset er en kostnadsbeslutning, ikke en teknisk.
Hver motor har et fast tapsgulv: lagermotstand, vind og koblingstap som aldri forsvinner ved lav belastning. Dette er grunnen til at effektiviteten faller mot null når hastigheten nærmer seg null, og hvorfor "effektivitet ved svært lav hastighet" er et misvisende spørsmål. Det nyttige spørsmålet er totalt energiforbruk over hele driftssyklusen.
Luftkjølere illustrerer problemet godt. De går i timevis under forhold som driver med været, så motoren må holde en rimelig effektivitet over et bredt bånd i stedet for på ett flatterende punkt. Det er oppdraget vi designer luftkjølermotorer mot.
AC eller BLDC: Tilpasse motoren til apparatet
Børsteløs er ikke automatisk det riktige valget. En enfaset kondensatordrevet motor har ingen elektronikk, ingen rotorposisjonsføling, ingen fastvare og svært få deler. I et apparat med fast hastighet med en kort daglig driftssyklus, kan det hende at energien som spares av en BLDC ikke tilbakebetaler den ekstra kostnaden i produktets levetid. Denne beregningen endres så snart belastningen varierer, driftssyklusen blir lang, eller apparatet forventes å være stille ved lav hastighet.
Når AC-alternativet likevel vinner
Drift med fast hastighet, aggressive kostnadsmål, skitten eller ustabil nettforsyning og en kort driftssyklus favoriserer en enfaset asynkronmotor. Hvis apparatet bare trenger én luftstrøm og går tjue minutter om dagen, er det ærlige ingeniørsvaret vanligvis den enklere maskinen.
Rangerhetter sitter på den andre siden av den linjen. Sugebehovet stiger og synker med det som står på koketoppen, og gapet mellom en forsiktig putring og en varm panne er en faktor på flere i luftstrømmen. En DC-motor pluss-styring lar panseret følge belastningen i stedet for å veksle mellom tre kraner, og det er der det meste av energibesparelsen kommer – ikke fra motoren isolert. Vi så på sammenligningen mer detaljert i en artikkel om hvordan DC-motorer for avtrekkshette forbedrer energieffektiviteten sammenlignet med tradisjonelle AC-motorer .
Hva du skal kontrollere før du godkjenner en motor
Verifisering er billigere enn omarbeid. En benktest ved designpunktet tar en halv dag og svarer på spørsmål et datablad ikke kan.
- Mål inngangseffekten ved apparatets normale forsyningsspenning, med produksjonsdriveren, ved designdriftspunktet i stedet for motorens nominelle punkt.
- Mål akselmoment og hastighet samtidig. Effektivitet er dreiemoment ganger vinkelhastighet delt på elektrisk inngangseffekt; estimering av dreiemoment fra strøm er bare akseptabelt som en første passering.
- Kjør minst 90 minutter før du registrerer data, så viklinger og magneter når termisk stabil tilstand.
- Gjenta i den lave og høye enden av kontrollområdet og i verste fall omgivelsestemperatur.
- Sammenlign gjeldende trekning med den godkjente prøven, ved å bruke et toleransebånd du er villig til å håndheve; pluss eller minus 10 % på strøm og 5 % på turtall dekker normal produksjonsspredning i små motorer.
En times testing på det virkelige driftspunktet koster vanligvis mindre enn en enkelt felt-returbatch. Dersom en oppgitt virkningsgrad ikke kan gjengis i egen bolig, vil den heller ikke fremgå av sluttbrukerens strømregning.
Vi bygger både AC- og DC-motorlinjer for disse bruksområdene - kaldluftsmotorer, varmemotorer, plastinnkapslede oljerøykmotorer og DC-serien - og vi utvikler til kundetegninger eller prøver der en standardserie ikke passer.
Daglig kapasitet over 80 000 enheter betyr noe her på en annen måte: prøven du godkjenner må være reproduserbar i volum, og konsistens på tvers av en forsendelse er verdt mer enn et topptall bare prototypen kan nå.
Effektivitet for børsteløs DC-motor er en systemegenskap. Motoren bidrar med ett tapsbudsjett, driveren bidrar med et annet, og pumpehjulet, kanalen og omgivelsestemperaturen bestemmer hvor på kurven apparatet faktisk bor. Ingenting av dette kan avgjøres ved å sammenligne topptall i to sitater. Arbeidsordren er enkel: definer det virkelige driftspunktet, be om effektivitet på det tidspunktet med produksjonsdriften, test den varm og inne i det virkelige huset, og behandle gapet mellom topp- og driftseffektivitet som tallet som vises på måleren.
Hvis ingen standardserier passer til det driftspunktet, kan motoren vanligvis utvikles til det - slik de fleste små apparatmotorer på markedet kom til sin nåværende form i utgangspunktet.
++86 13524608688
