Verfahren zur Reduzierung von Eisenverlusten im technischen Design
Der grundlegendste Ansatz besteht darin, die Ursache für den hohen Eisenverbrauch zu ermitteln, beispielsweise eine hohe magnetische Flussdichte, eine hohe Frequenz oder eine zu starke lokale Sättigung. Üblicherweise wird dabei einerseits durch Simulationen eine möglichst realitätsnahe Nachbildung angestrebt, andererseits wird der zusätzliche Eisenverbrauch durch optimierte Prozesssteuerung reduziert. Eine gängige Methode ist der verstärkte Einsatz von hochwertigem Siliziumstahlblech, um für verschiedene Anwendungsszenarien eine bessere Produktklassifizierung zu ermöglichen.
1. Optimierter Magnetkreis
Die Optimierung des Magnetkreises, insbesondere die Optimierung der sinusförmigen Eigenschaften des Magnetfelds, ist nicht nur für Induktionsmotoren mit fester Frequenz, sondern insbesondere für Synchronmotoren mit variabler Frequenz von entscheidender Bedeutung. Ich habe einmal zwei Motoren mit unterschiedlicher Leistung entwickelt, um die Kosten für Textilmaschinen zu senken. Dabei war es besonders wichtig, dass keine geneigten Pole vorhanden waren, da dies zu einer ungleichmäßigen Sinusform des Luftspalt-Magnetfelds führte. Da der Betrieb unter Hochdrehzahlbedingungen stattfand, war der Eisenverbrauch relativ hoch, was zu erheblichen Verlusten beider Motoren führte. Nach einigen Rückrechnungen stellte sich heraus, dass der Eisenverbrauch des Motors mit dem Regelalgorithmus mehr als doppelt so hoch war. Dies verdeutlicht, dass bei der Drehzahlregelung von Motoren mit Frequenzumwandlung ein gekoppelter Regelalgorithmus erforderlich ist.
2. Verringerung der magnetischen Dichte
Der grundlegendste Ansatz besteht darin, die Ursache für den hohen Eisenverbrauch zu ermitteln, beispielsweise eine hohe magnetische Flussdichte, eine hohe Frequenz oder eine zu starke lokale Sättigung. Üblicherweise wird dabei einerseits durch Simulationen eine möglichst realitätsnahe Nachbildung angestrebt, andererseits wird der zusätzliche Eisenverbrauch durch optimierte Prozesssteuerung reduziert. Eine gängige Methode ist der verstärkte Einsatz von hochwertigem Siliziumstahlblech, um für verschiedene Anwendungsszenarien eine bessere Produktklassifizierung zu ermöglichen.
3. Optimierter Magnetkreis
Die Optimierung des Magnetkreises, insbesondere die Optimierung der sinusförmigen Eigenschaften des Magnetfelds, ist nicht nur für Induktionsmotoren mit fester Frequenz, sondern insbesondere für Synchronmotoren mit variabler Frequenz von entscheidender Bedeutung. Ich habe einmal zwei Motoren mit unterschiedlicher Leistung entwickelt, um die Kosten für Textilmaschinen zu senken. Dabei war es besonders wichtig, dass keine geneigten Pole vorhanden waren, da dies zu einer ungleichmäßigen Sinusform des Luftspalt-Magnetfelds führte. Da der Betrieb unter Hochdrehzahlbedingungen stattfand, war der Eisenverbrauch relativ hoch, was zu erheblichen Verlusten beider Motoren führte. Nach einigen Rückrechnungen stellte sich heraus, dass der Eisenverbrauch des Motors mit dem Regelalgorithmus mehr als doppelt so hoch war. Dies verdeutlicht, dass bei der Drehzahlregelung von Motoren mit Frequenzumwandlung ein gekoppelter Regelalgorithmus erforderlich ist.
4. Verringerung der magnetischen Dichte
Um die magnetische Flussdichte zu verringern, kann man entweder die Länge des Eisenkerns oder die magnetische Leitfähigkeitsfläche des Magnetkreises vergrößern, allerdings erhöht sich dadurch die vom Motor verwendete Eisenmenge.
5. Verringern Sie die Dicke des Eisenspans, um den Verlust des induzierten Stroms zu verringern.
Wird kaltgewalztes Siliziumstahlblech anstelle von warmgewalztem Siliziumstahlblech verwendet, kann die Dicke des Siliziumstahlblechs reduziert werden, allerdings erhöht das dünne Eisenkernblech die Anzahl der Eisenspäne und damit die Herstellungskosten des Motors.
6. Das kaltgewalzte Siliziumstahlblech mit guter magnetischer Permeabilität wird zur Reduzierung der Hystereseverluste verwendet.
7. Hochleistungsfähige Eisenspäne-Isolierbeschichtung
8. Wärmebehandlungs- und Fertigungstechnologie
9. Die nach der Bearbeitung der Eisenspäne entstehenden Restspannungen beeinflussen die Motorverluste erheblich. Schnittrichtung und Stanzschubspannung haben großen Einfluss auf die Verluste des Eisenkerns bei der Bearbeitung des Siliziumstahlblechs. Durch Schneiden in Walzrichtung und Wärmebehandlung des gestanzten Siliziumstahlblechs lassen sich die Verluste um 10 bis 20 % reduzieren.
Veröffentlichungsdatum: 27. November 2023