Två luftkylare lämnar samma fabrik med samma blad, samma hölje och samma luftflödesklassning. En drar 42 W; den andra drar 34 W. På papperet är skillnaden motorn, men i praktiken är det motorn, drivelektroniken och den exakta punkten på kurvan där apparaten håller motorn medan den går.
Slutsatsen först: effektiviteten av en borstlös likströmsmotor avgörs av tre saker som du faktiskt kan konstruera och kontrollera - förlustbudgeten inuti motorn, förlustbudgeten i elektroniken som växlar den och den driftspunkt som applikationen tvingar den att köras vid. En databladstopp är en punkt på en kurva. Vad en kund betalar för över tio år är ett vägt genomsnitt över verkliga driftcykler, omgivningstemperaturer och luftflödesmotstånd.
Justera dessa tre och en liten BLDC-motor kommer vanligtvis att minska ineffekten med en fjärdedel till en tredjedel mot en skuggad-pol eller grundläggande enfas induktionsmotor av liknande ramstorlek i en fläktapplikation. Missförstå dem - överdimensionera motorn, ignorera föraren, låt den gå med 15% belastning - och en "högeffektiv" motor beter sig tyst som en vanlig.
Effektivitet är en kurva, inte ett tal
Effektivitet anges som en enda siffra eftersom enskilda siffror är lätta att jämföra. I en apparat beter den sig som en kurva med en bred men ändlig topp. I små borstlösa motorer som används i luftkylare, kylfläktar och spiskåpor, faller toppeffektiviteten vanligtvis inom 80-90 %-bandet när axeleffekten mäts med motorns egen drivenhet inkluderad. Samma motor tryckt till 15-20% av nominellt vridmoment faller ofta till 50-60%-intervallet, eftersom järnförlust, vindkraft och kopplingsförlust inte krymper när belastningen gör det. En motor med skuggad pol av jämförbar storlek noteras vanligtvis någonstans mellan 20% och 40%, vilket är anledningen till att bytet överhuvudtaget är värt att göra.
Den övre delen av kurvan ligger vanligtvis i den övre halvan av hastighetsintervallet, vid ungefär 60-85 % av det nominella vridmomentet, och den förblir plattare i mitten av intervallet än vad de flesta köpare förväntar sig. Den planheten är den användbara delen: en motor som är dimensionerad för den verkliga driftspunkten, inte för en start i värsta fall, tillbringar större delen av sitt liv nära toppen istället för på sluttningen.
Fyra saker är värda att kräva av en leverantör innan samtalet går över till pris:
- En effektivitetskarta, eller minst tre punkter - låg, medel och nominell belastning - snarare än en toppsiffra.
- Ineffekt mätt vid apparatens designpunkt, med produktionshjulet och huset, inte på en bar axel.
- En tydlig uppgift om huruvida föraren och dess förluster sitter inom eller utanför det angivna numret.
- Lindnings- och magnettemperatur efter termiskt stabilt tillstånd - två timmar, inte två minuter.
Om terminologin fortfarande sätter sig, vår grundläggande kunskapspunkter om motorer är ett rimligt ställe att kontrollera definitioner innan du jämför offerter från olika leverantörer.
En toppsiffra uppmätt vid 24 V på ett öppet schakt med en labbförare är inte jämförbart med en som uppmätts vid 12 V genom en produktionsbräda inuti ett tätat hus. Två leverantörer som citerar "88 % effektiv" kanske beskriver två olika maskiner.
Vart förlusterna faktiskt går
Borstlösa motorer vinner på effektivitet av en specifik anledning: att ta bort borstarna tar bort två förlustvägar samtidigt. Borstkontakt skapar friktion, och det skapar också ett ungefär konstant spänningsfall, som blir en större andel av ineffekten ju lägre matningsspänningen är. På en 12 V borstad motor kan enbart borstgränssnittet förbruka flera procent av ineffekten innan resten av maskinen beaktas.
Det som ersätter borstarna är en inverter, och den är inte gratis. En trefasbrygga med sex MOSFETs lägger till ledningsförluster och kopplingsförluster, och en dåligt matchad drivrutin kan stå för 10-20 % av de totala förlusterna. Sexstegskommutering är billig och helt adekvat för en fläkt med fast hastighet; Fältorienterad styrning kan återställa några punkter där motorn spenderar tid vid dellast, till priset av en snabbare mikrokontroller och mer ingenjörstid.
| Förlustmekanism | Typisk andel av totala förluster | Primär designspak |
|---|---|---|
| Statorkoppar (resistiv) | 30-45 % | Kopparfyllningsfaktor, strömtäthet, termisk väg till huset |
| Järn (hysteres och virvelström) | 15-25 % | Lamineringsgrad och tjocklek, flödestäthet, slitsgeometri |
| Drivelektronik (ledning och omkoppling) | 10-20 % | MOSFET på-motstånd, switchfrekvens, moduleringsschema |
| Lager, vindkraft och rotormotstånd | 5-15 % | Lagertyp och förspänning, axeluppriktning, impellerbalans |
| Herrelösa och harmoniska förluster | 3-10 % | Slot-pol kombination, snedställning, tillverkningstoleranser |
Två detaljer betyder mer än de flesta specifikationer antyder. Lamineringsgraden är den första: att flytta till ett tunnare stål med högre resistivitet minskar virvelströmsdelen av järnförlusten, vilket är den del som är lättast att påverka. Kombination av slits-pol och snedställning är den andra: de formar förluster och harmoniska förluster och, lika viktigt, ljudet som apparaten gör vid sin tystaste hastighet.
En motor som mäter åtta punkter högre på en bänk kan förlora den fördelen i det ögonblick den skruvas fast i ett hus med ett annat pumphjul och en längre kanal.
Hur belastning och temperatur flyttar arbetspunkten
Fläkt- och fläktbelastningar följer två ungefärliga regler: vridmomentet ökar med kvadraten på hastigheten och axelkraften med kuben. En halvering av hastigheten minskar luftflödet till ungefär hälften och minskar axeleffekten till ungefär en åttondel. Det är det starkaste argumentet för variabel hastighet i spiskåpor och luftkylare, eftersom det mesta av energin spenderas på toppen av hastighetsintervallet medan större delen av drifttiden spenderas långt under det.
Det omvända är också sant. I en apparat är effektivitet inte enbart en egenskap hos motorn; det är en egenskap hos motorn plus luftvägen. Ett igensatt filter, en krökt kanal eller ett något underdimensionerat galler höjer det statiska trycket, ökar det vridmoment som pumphjulet kräver vid samma hastighet och glider ner motorn på höger sida av sin kurva. En motor med en generös topp kan fortfarande avsluta sitt liv med 60 % verkningsgrad eftersom luftvägen aldrig matchades till den.
Temperaturen ändrar siffrorna också. Kopparlindningsmotståndet ökar med cirka 0,39 % per grad Celsius, så en lindning som värms upp från 25 till 90 grader lägger till ungefär en fjärdedel till dess resistiva förlust vid samma ström. Permanenta magneter förlorar flöde när de värms upp - sintrade NdFeB runt 0,11-0,12% per grad Celsius - så vridmomentet tillgängligt vid 100 grader är mätbart lägre än katalogvridmomentet uppmätt vid rumstemperatur. Att välja en tyngre magnetkvalitet eller en bättre termisk väg till huset är ett kostnadsbeslut, inte ett tekniskt.
Varje motor har ett fast förlustgolv: lagermotstånd, vindkraft och kopplingsförlust som aldrig försvinner vid låg belastning. Det är därför effektiviteten faller mot noll när hastigheten närmar sig noll, och varför "effektivitet vid mycket låg hastighet" är en missvisande fråga. Den användbara frågan är den totala energiförbrukningen under arbetscykeln.
Luftkylare illustrerar problemet väl. De körs i timmar under förhållanden som glider med vädret, så motorn måste hålla en rimlig effektivitet över ett brett band snarare än på en smickrande punkt. Det är det uppdrag vi designar luftkylare mot.
AC eller BLDC: Matcha motorn till apparaten
Borstlös är inte automatiskt det rätta valet. En enfas kondensatordriven motor har ingen elektronik, ingen rotorpositionsavkänning, ingen firmware och väldigt få delar. I en apparat med fast hastighet med en kort daglig arbetscykel kan den energi som sparas av en BLDC inte betala tillbaka den extra kostnaden under produktens livslängd. Den beräkningen ändras så fort belastningen varierar, arbetscykeln blir lång eller apparaten förväntas vara tyst vid låg hastighet.
När AC-alternativet ändå vinner
Drift med fast hastighet, aggressiva kostnadsmål, smutsig eller instabil nätförsörjning och en kort driftcykel gynnar alla en enfas asynkronmotor. Om apparaten bara behöver ett luftflöde och går tjugo minuter om dagen, är det ärliga tekniska svaret vanligtvis den enklare maskinen.
Spännkåpor sitter på andra sidan den linjen. Sugbehovet stiger och minskar med vad som finns på hällen, och gapet mellan en försiktig sjudning och en varm panna är en faktor på flera i luftflödet. En DC-motor plus styrning låter huven följa belastningen istället för att växla mellan tre uttag, och det är där den största delen av energibesparingen kommer från - inte från motorn isolerat. Vi tittade på jämförelsen mer i detalj i en artikel om hur fläktkåpa DC-motorer förbättrar energieffektiviteten jämfört med traditionella AC-motorer .
Vad du ska kontrollera innan du godkänner en motor
Verifiering är billigare än omarbetning. Ett bänktest vid designpunkten tar en halv dag och svarar på frågor som ett datablad inte kan.
- Mät ineffekten vid apparatens normala matningsspänning, med produktionsdrivrutinen, vid designdriftpunkten snarare än motorns nominella punkt.
- Mät axelvridmoment och hastighet samtidigt. Verkningsgrad är vridmoment gånger vinkelhastighet dividerat med elektrisk ineffekt; Uppskattning av vridmoment från ström är endast acceptabelt som en första passage.
- Kör minst 90 minuter innan data registreras, så att lindningar och magneter når termiskt stabilt tillstånd.
- Upprepa i den låga och höga änden av kontrollområdet och i värsta fall omgivningstemperatur.
- Jämför strömdragningen med det godkända provet, med ett toleransband som du är villig att upprätthålla; plus eller minus 10 % på ström och 5 % på varvtal täcker normal produktionsspridning i små motorer.
En timmes testning vid den verkliga driftpunkten kostar vanligtvis mindre än en enda fältretursats. Om en uppgiven verkningsgrad inte går att återskapa i ditt eget boende kommer det inte heller att synas på slutanvändarens elräkning.
Vi bygger både AC- och DC-motorlinjer för dessa applikationer - kallluftsmotorer, värmemotorer, plastinkapslade oljeröksmotorer och DC-serien - och vi utvecklar till kund ritningar eller prover där en standardserie inte passar.
Daglig kapacitet över 80 000 enheter har betydelse här i en annan mening: provet du godkänner måste vara reproducerbart i volym, och konsistens över en leverans är värd mer än en toppsiffra som bara prototypen kan nå.
Effektivitet för borstlös DC-motor är en systemegenskap. Motorn bidrar med en förlustbudget, föraren bidrar med en annan, och pumphjulet, kanalen och omgivningstemperaturen bestämmer var på kurvan apparaten faktiskt bor. Inget av det kan lösas genom att jämföra topptal i två citat. Arbetsordern är enkel: definiera den verkliga driftpunkten, be om effektivitet vid den punkten med produktionsdriften, testa den varm och inne i det riktiga huset, och behandla gapet mellan topp- och driftseffektivitet som siffran som visas på mätaren.
Om ingen standardserie passar den driftpunkten kan motorn vanligtvis utvecklas till det - vilket är hur de flesta små apparatmotorer på marknaden kom till sin nuvarande form i första hand.
++86 13524608688
