Какви фактори влияят върху ефективността на безчетаците електродвигатели?

Магнитният материал, използван в ротора на безчетъчен мотор, играе огромна роля за неговата ефективност. Повечето високопроизводителни безчетъчни мотори използват постоянни магнити от редкоземни елементи, като неодимов желязен бор. Тези материали притежават силни магнитни свойства, които помагат на мотора да генерира устойчиви и мощни магнитни полета с по-малки загуби на енергия. Ако магнитният материал е с ниско качество — например с нееднородна магнитна плътност или слаба магнетизация — безчетъчният мотор ще изисква повече ток, за да поддържа необходимия въртящ момент. Това не само прахосва енергия, но и прави мотора да се нагрее повече, което допълнително намалява ефективността. Например, някои евтини безчетъчни мотори използват феритни магнити с ниско качество вместо магнити от редкоземни елементи. Тези феритни магнити губят магнитна сила по-бързо при високи темперации, което означава, че моторът трябва да работи по-усилено само за да поддържа основната си работа. Изборът на безчетъчен мотор с висококачествени, сертифицирани магнитни материали (като тези, които отговарят на индустриални стандарти) е ключов фактор за поддържане на висока ефективност.

Начинът, по който се управлява безчетъчният двигател, и колко добре неговата система за задвижване се съчетава с него, директно влияят на ефективността. Добра система за задвижване използва прецизни стратегии за управление, за да регулира в реално време тока и напрежението на двигателя. Например, контролиране на върха на тока – при което задвижващата система поддържа постоянен цикъл на управление и осигурява съответствие между тока на статора и зададения ток – позволява на безчетъчния двигател да работи гладко, без ненужна загуба на енергия. Ако системата за задвижване е зле съчетана, например чрез използването на универсален контролер, който не отговаря на мощностния диапазон на двигателя, безчетъчният двигател може да изпита нестабилен ток. Това може да доведе до по-високи загуби от съпротивление на статора и по-ниска обща ефективност. Някои напреднали безчетъчни двигатели дори се предлагат с персонализирани системи за задвижване, които са калибрирани според специфичните параметри на двигателя, като неговата въртящ моментна крива и диапазон на скорост. Това съчетаване осигурява безчетъчният двигател винаги да работи в най-ефективната му зона, независимо дали работи при ниска скорост с висок въртящ момент или при висока скорост с лека натоварване.

Конструкцията на статора и ротора на безчетковия двигател има голямо влияние върху енергийната ефективност. Нека започнем със статора: ако намотките са подредени по начин, който създава нееднородни магнитни полета – например чрез използване на разхвърляни, неорганизирани намотки – това ще доведе до по-големи загуби в медта поради съпротивление. От друга страна, добре проектирани концентрирани целополюсни намотки (concentrated full pitch windings) помагат на безчетковия двигател да генерира гладка трапецовидна обратна ЕДС (електродвижеща сила), което намалява енергийните загуби по време на работа. Важна е и конструкцията на ротора. Ротор с висок коефициент на явнополюсност (съотношението между индуктивността по d ос и q ос) може да увеличи релуктантния момент на безчетковия двигател. Това означава, че двигателят може да запази висока ефективност, дори ако магнитните свойства на постоянния магнит леко намалеят. Например някои безчеткови двигатели използват конструкция на ротора, която подобрява магнитната верига, осигурявайки еднородна плътност на магнитната индукция в междината. Това предотвратява местно прегряване и осигурява продължителна ефективна работа на двигателя.

Безчетковите мотори губят ефективност, когато се загреят твърде много, затова работната температура и отвеждането на топлината са от решаващо значение. Повечето безчеткови мотори използват постоянни магнити, които ослабват при повишаване на температурата. Ако моторът се прегрее — например защото работи в гореща среда или под тежка натовареност прекалено дълго — магнитната сила на магнитите намалява. Това принуждава моторът да черпи повече ток, за да създаде същия въртящ момент, което води до по-големи енергийни загуби и по-ниска ефективност. Доброто отвеждане на топлина помага безчетковият мотор да се поддържа при стабилна и ниска температура. Това може да включва неща като метален корпус с добра топлопроводимост, вградени радиатори или дори малки вентилатори за активно охлаждане. Например, промишлените безчеткови мотори, използвани в автоматизирани машини, често имат алуминиеви черупки, които бързо разпределят топлината. Ако безчетков мотор няма подходящо охлаждане, той може да спре неочаквано или да пострада перманентно от повреда на магнитите, което завинаги унищожава неговата ефективност.

Товарът, който безчетков двигател носи, и скоростта, с която работи, също влияят на ефективността. Всеки безчетков двигател има „ефективна работна зона“ – диапазон от товар и скорост, при който използва енергията най-ефективно. Ако стартирате двигателя на много по-висока или по-ниска скорост в сравнение с оптималния му диапазон или ако приложите твърде тежък (или твърде лек) товар, ефективността намалява. Например, безчетков двигател, проектиран за среден товар и умерена скорост, ще губи енергия, ако се използва за лек товар при много висока скорост. Двигателят все още ще черпи ток, за да поддържа високата скорост, но тъй като товарът е лек, повечето от този ток не се използва за полезна работа. От друга страна, претоварването на безчетковия двигател кара двигателя да работи над капацитета му, което води до по-висок ток и по-големи медни загуби. За да се запази високата ефективност, важно е да изберете безчетков двигател, който отговаря на реалните ви нужди по отношение на товар и скорост. Например, ако имате нужда от двигател за транспортьорна лента, която работи с постоянна средна скорост, изберете безчетков двигател с ефективна зона, която отговаря на тази конкретна операция.