Dalawang air cooler ang umalis sa parehong pabrika na may parehong talim, parehong pabahay at parehong airflow rating. Ang isa ay gumuhit ng 42 W; ang isa ay gumuhit ng 34 W. Sa papel ang pagkakaiba ay ang motor, ngunit sa pagsasagawa ito ay ang motor, ang drive electronics at ang eksaktong punto sa kurba kung saan hawak ng appliance ang motor habang ito ay tumatakbo.
Ang konklusyon muna: ang kahusayan ng a walang brush na DC motor ay napagpasyahan ng tatlong bagay na maaari mong aktwal na i-engineer at suriin - ang pagkawala ng badyet sa loob ng motor, ang pagkawala ng badyet sa electronics na lumilipat dito, at ang operating point na pinipilit ng application na tumakbo ito. Ang peak ng datasheet ay isang punto sa isang curve. Ang binabayaran ng isang customer sa loob ng mahigit sampung taon ay isang weighted average sa mga totoong duty cycle, temperatura sa paligid at resistensya ng airflow.
Ihanay ang tatlong iyon at ang isang maliit na BLDC motor ay karaniwang magbabawas ng input power ng quarter to a third laban sa shaded-pole o basic na single-phase induction motor na may katulad na laki ng frame sa isang fan application. Magkamali sila - palakihin ang motor, huwag pansinin ang driver, hayaan itong tumakbo sa 15% na pagkarga - at ang isang "mataas na kahusayan" na motor ay tahimik na kumikilos tulad ng isang ordinaryong.
Ang Efficiency ay isang Curve, Hindi isang Numero
Ang kahusayan ay sinipi bilang isang solong pigura dahil ang mga solong numero ay madaling ihambing. Sa isang appliance ito ay kumikilos tulad ng isang kurba na may malawak ngunit may hangganan na tuktok. Sa maliliit na brushless na motor na ginagamit sa mga air cooler, cooling fan at range hood, ang peak efficiency ay karaniwang nasa 80-90% band kapag ang lakas ng shaft ay sinusukat kasama ang sariling driver ng motor. Ang parehong motor na itinulak sa 15-20% ng na-rate na metalikang kuwintas ay kadalasang bumababa sa hanay na 50-60%, dahil ang pagkawala ng bakal, windage at pagkawala ng switching ay hindi lumiliit kapag ang pagkarga ay lumiit. Ang isang shaded-pole motor na may katulad na laki ay karaniwang sinipi sa isang lugar sa pagitan ng 20% at 40%, kaya naman sulit na gawin ang swap.
Ang tuktok ng curve ay karaniwang nasa itaas na kalahati ng hanay ng bilis, sa humigit-kumulang 60-85% ng na-rate na torque, at nananatili itong mas flat sa gitna ng hanay kaysa sa inaasahan ng karamihan sa mga mamimili. Ang pagiging patag na iyon ay ang kapaki-pakinabang na bahagi: ang isang motor na may sukat para sa tunay na duty point, hindi para sa isang pinakamasamang kaso ng pagsisimula, ay ginugugol ang halos lahat ng buhay nito malapit sa tuktok sa halip na sa slope.
Apat na bagay ang kailangang hilingin mula sa isang supplier bago lumipat sa presyo ang pag-uusap:
- Isang mapa ng kahusayan, o hindi bababa sa tatlong puntos - mababa, katamtaman at na-rate na load - sa halip na isang peak figure.
- Ang lakas ng input ay sinusukat sa punto ng disenyo ng appliance, gamit ang production impeller at housing, hindi sa isang bare shaft.
- Isang malinaw na pahayag kung ang driver at ang mga pagkalugi nito ay nasa loob o labas ng naka-quote na numero.
- Winding at magnet temperature pagkatapos ng thermal steady state - dalawang oras, hindi dalawang minuto.
Kung ang terminolohiya ay nag-aayos pa, ang aming pangunahing kaalaman tungkol sa mga motor ay isang makatwirang lugar upang suriin ang mga kahulugan bago mo ihambing ang mga panipi mula sa iba't ibang mga supplier.
Ang isang peak figure na sinusukat sa 24 V sa isang open shaft na may isang lab driver ay hindi maihahambing sa isa na sinusukat sa 12 V sa pamamagitan ng isang production board sa loob ng isang sealed housing. Dalawang supplier na sumipi ng "88% mahusay" ay maaaring naglalarawan ng dalawang magkaibang makina.
Kung Saan Napupunta ang mga Pagkalugi
Ang mga motor na walang brush ay nanalo sa kahusayan para sa isang partikular na dahilan: ang pag-alis ng mga brush ay nag-aalis ng dalawang landas ng pagkawala nang sabay-sabay. Ang contact ng brush ay lumilikha ng friction, at lumilikha din ito ng halos pare-parehong pagbaba ng boltahe, na nagiging mas malaking bahagi ng input power na mas mababa ang supply ng boltahe. Sa isang 12 V brushed motor, ang brush interface lamang ay maaaring kumonsumo ng ilang porsyento ng input power bago isaalang-alang ang natitirang bahagi ng makina.
Ang pumapalit sa mga brush ay isang inverter, at hindi ito libre. Ang isang three-phase bridge na may anim na MOSFET ay nagdaragdag ng conduction loss at switching loss, at ang isang hindi maayos na katugmang driver ay maaaring magkaroon ng 10-20% ng kabuuang pagkalugi. Ang anim na hakbang na commutation ay mura at ganap na sapat para sa isang fixed-speed fan; Ang field-oriented na kontrol ay maaaring makabawi ng ilang mga punto kung saan ang motor ay gumugugol ng oras sa bahagyang pagkarga, sa halaga ng isang mas mabilis na microcontroller at mas maraming oras ng engineering.
| Mekanismo ng pagkawala | Karaniwang bahagi ng kabuuang pagkalugi | Pangunahing disenyo ng pingga |
|---|---|---|
| Stator tanso (resistive) | 30-45% | Copper fill factor, kasalukuyang density, thermal path sa housing |
| Iron (hysteresis at eddy current) | 15-25% | Lamination grade at kapal, flux density, slot geometry |
| Drive electronics (conduction at switching) | 10-20% | MOSFET on-resistance, switching frequency, modulation scheme |
| Bearings, windage at rotor drag | 5-15% | Uri ng tindig at preload, pagkakahanay ng baras, balanse ng impeller |
| Naliligaw at maharmonya na pagkalugi | 3-10% | Ang kumbinasyon ng slot-pole, skewing, mga pagpapaubaya sa pagmamanupaktura |
Dalawang detalye ang mas mahalaga kaysa sa iminumungkahi ng karamihan sa mga spec sheet. Ang grado ng lamination ay ang una: ang paglipat sa isang mas manipis, mas mataas na resistivity na bakal ay binabawasan ang eddy-kasalukuyang bahagi ng pagkawala ng bakal, na siyang bahagi na pinakamadaling maimpluwensyahan. Ang kumbinasyon ng slot-pole at skewing ay ang pangalawa: hinuhubog nila ang stray at harmonic loss at, tulad ng mahalaga, ang ingay na ginagawa ng appliance sa pinakatahimik na setting ng bilis nito.
Ang isang motor na sumusukat ng walong puntos na mas mataas sa isang bangko ay maaaring mawala ang kalamangan na iyon sa sandaling ito ay i-bolted sa isang pabahay na may ibang impeller at mas mahabang duct.
Paano Inilipat ng Pag-load at Temperatura ang Operating Point
Ang mga pag-load ng fan at blower ay sumusunod sa dalawang tinatayang panuntunan: tumataas ang torque sa parisukat ng bilis, at kapangyarihan ng baras sa kubo. Ang paghati sa bilis ay nagbabawas ng daloy ng hangin sa humigit-kumulang kalahati at binabawasan ang lakas ng baras sa humigit-kumulang isang ikawalo. Iyon ang pinakamalakas na argumento para sa variable na bilis sa mga range hood at air cooler, dahil karamihan sa enerhiya ay ginugugol sa tuktok ng hanay ng bilis habang ang karamihan sa oras ng pagpapatakbo ay ginugugol nang mas mababa dito.
Ang baligtad ay totoo rin. Sa isang appliance, ang kahusayan ay hindi pag-aari ng motor lamang; ito ay pag-aari ng motor kasama ang daanan ng hangin. Ang isang barado na filter, isang kinked duct o isang bahagyang maliit na ihawan ay nagpapataas ng static na presyon, pinatataas ang torque na hinihingi ng impeller sa parehong bilis, at pinadausdos ang motor pababa sa kanang bahagi ng curve nito. Ang isang motor na may napakagandang peak ay maaari pa ring tapusin ang buhay nito sa 60% na kahusayan dahil ang daanan ng hangin ay hindi kailanman naitugma dito.
Binabago din ng temperatura ang mga numero. Ang copper winding resistance ay tumataas ng humigit-kumulang 0.39% kada degree Celsius, kaya ang winding na umiinit mula 25 hanggang 90 degrees ay nagdaragdag ng humigit-kumulang isang quarter sa resistive loss nito sa parehong agos. Nawawalan ng flux ang mga permanenteng magnet habang umiinit ang mga ito - sintered NdFeB sa paligid ng 0.11-0.12% bawat degree Celsius - kaya ang torque na available sa 100 degrees ay masusukat na mas mababa kaysa sa catalog torque na sinusukat sa room temperature. Ang pagpili ng isang mas mabibigat na grado ng magnet o isang mas mahusay na thermal path sa pabahay ay isang desisyon sa gastos, hindi isang teknikal.
Ang bawat motor ay may fixed loss floor: bearing drag, windage at switching loss na hindi nawawala sa mababang load. Ito ang dahilan kung bakit bumababa ang kahusayan sa zero habang ang bilis ay lumalapit sa zero, at kung bakit ang "kahusayan sa napakababang bilis" ay isang mapanlinlang na tanong. Ang kapaki-pakinabang na tanong ay ang kabuuang enerhiya na natupok sa buong duty cycle.
Ang mga air cooler ay naglalarawan ng problema. Tumatakbo sila nang ilang oras sa mga kondisyong naaanod sa lagay ng panahon, kaya ang motor ay kailangang magkaroon ng makatwirang kahusayan sa isang malawak na banda sa halip na sa isang nakakabigay-puri na punto. Iyon ay ang maikling disenyo namin ng air cooler motor laban.
AC o BLDC: Pagtutugma ng Motor sa Appliance
Ang brushless ay hindi awtomatikong ang tamang pagpipilian. Ang isang single-phase na capacitor-run na motor ay walang electronics, walang rotor position sensing, walang firmware at napakakaunting bahagi. Sa isang fixed-speed na appliance na may maikling pang-araw-araw na duty cycle, ang enerhiyang natipid ng isang BLDC ay maaaring hindi mabayaran ang karagdagang gastos sa loob ng buhay ng produkto. Nagbabago ang kalkulasyong iyon sa sandaling mag-iba ang load, humahaba ang duty cycle, o inaasahang magiging tahimik ang appliance sa mababang bilis.
Kapag nanalo pa rin ang AC alternative
Ang fixed-speed na operasyon, agresibong mga target sa gastos, marumi o hindi matatag na supply ng mains, at isang maikling duty cycle ay pabor sa isang single-phase na asynchronous na motor. Kung ang appliance ay nangangailangan lamang ng isang airflow at tumatakbo ng dalawampung minuto sa isang araw, ang matapat na sagot sa engineering ay karaniwang ang mas simpleng makina.
Ang mga range hood ay nakaupo sa kabilang panig ng linyang iyon. Tumataas at bumababa ang pangangailangan ng pagsipsip kasama ng kung ano ang nasa hob, at ang agwat sa pagitan ng banayad na pagkulo at isang mainit na kawali ay isang salik ng ilang daloy ng hangin. Ang isang DC motor plus control ay nagbibigay-daan sa hood na sundin ang pagkarga sa halip na lumipat sa pagitan ng tatlong gripo, at doon nagmumula ang karamihan sa pagtitipid ng enerhiya - hindi mula sa motor na nakahiwalay. Tiningnan namin ang paghahambing nang mas detalyado sa isang artikulo sa kung paano pinapabuti ng range hood DC motors ang energy efficiency kumpara sa tradisyonal na AC motors .
Ano ang Dapat I-verify Bago Mo Aprubahan ang Motor
Ang pag-verify ay mas mura kaysa sa muling paggawa. Ang isang bench test sa design point ay tumatagal ng kalahating araw at sumasagot sa mga tanong na hindi kayang gawin ng isang datasheet.
- Sukatin ang input power sa normal na supply boltahe ng appliance, kasama ang production driver, sa design duty point kaysa sa rated point ng motor.
- Sukatin ang metalikang kuwintas ng baras at bilis sa parehong oras. Ang kahusayan ay ang metalikang kuwintas na beses angular na bilis na hinati sa electrical input power; ang pagtatantya ng torque mula sa kasalukuyang ay katanggap-tanggap lamang bilang isang unang pass.
- Patakbuhin ang hindi bababa sa 90 minuto bago mag-record ng data, kaya ang mga windings at magnet ay umabot sa thermal steady na estado.
- Ulitin sa mababa at mataas na dulo ng hanay ng kontrol at sa pinakamasamang kaso ng temperatura ng kapaligiran.
- Ihambing ang kasalukuyang draw laban sa naaprubahang sample, gamit ang tolerance band na handa mong ipatupad; plus o minus 10% sa kasalukuyang at 5% sa bilis ay sumasaklaw sa normal na pagkalat ng produksyon sa maliliit na motor.
Ang isang oras ng pagsubok sa totoong duty point ay karaniwang nagkakahalaga ng mas mababa sa isang batch ng field-return. Kung ang isang sinipi na kahusayan ay hindi maaaring kopyahin sa iyong sariling pabahay, hindi rin ito lilitaw sa singil sa kuryente ng end user.
Bumubuo kami ng parehong AC at DC na mga linya ng motor para sa mga application na ito - mga cold air motor, heating motor, plastic-encapsulated oil fume motor at ang hanay ng DC - at gumawa kami ng mga drawing o sample ng customer kung saan hindi kasya ang isang karaniwang serye.
Ang pang-araw-araw na kapasidad na higit sa 80,000 unit ay mahalaga dito sa ibang kahulugan: ang sample na naaprubahan mo ay kailangang muling gawin sa dami, at ang pagkakapare-pareho sa isang kargamento ay nagkakahalaga ng higit sa isang peak figure na maaabot lamang ng prototype.
Ang Brushless DC motor na kahusayan ay isang pag-aari ng system. Ang motor ay nag-aambag ng isang pagkawala ng badyet, ang driver ay nag-aambag ng isa pa, at ang impeller, duct at ambient na temperatura ay nagpapasya kung saan sa kurba ang aktwal na nakatira ang appliance. Wala sa mga iyon ang maaaring ayusin sa pamamagitan ng paghahambing ng mga peak na numero sa dalawang sipi. Ang pagkakasunud-sunod ng trabaho ay diretso: tukuyin ang tunay na punto ng tungkulin, humingi ng kahusayan sa puntong iyon gamit ang drive ng produksyon, subukan itong mainit at sa loob ng tunay na pabahay, at ituring ang agwat sa pagitan ng peak at operating efficiency bilang ang numerong makikita sa metro.
Kung walang karaniwang serye ang umaangkop sa operating point na iyon, kadalasang maaaring i-develop dito ang motor - na kung paano dumating ang karamihan sa maliliit na appliance motor sa merkado sa kanilang kasalukuyang hugis sa unang lugar.
++86 13524608688
