Jak zmniejszyć utratę żelaza w silniku

Czynniki wpływające na podstawowe spożycie żelaza

Aby przeanalizować problem, musimy najpierw poznać kilka podstawowych teorii, które pomogą nam go zrozumieć. Po pierwsze, musimy poznać dwa pojęcia. Pierwsze to magnesowanie przemienne, które, mówiąc najprościej, występuje w żelaznym rdzeniu transformatora oraz w zębach stojana lub wirnika silnika; drugie to magnesowanie obrotowe, które jest wytwarzane przez jarzmo stojana lub wirnika silnika. Istnieje wiele artykułów, które zaczynają od dwóch punktów i obliczają straty żelaza w silniku na podstawie różnych charakterystyk, zgodnie z powyższą metodą rozwiązania. Eksperymenty wykazały, że blachy ze stali krzemowej wykazują następujące zjawiska pod wpływem magnesowania dwóch właściwości:
Gdy gęstość strumienia magnetycznego jest poniżej 1,7 Tesli, strata histerezy spowodowana magnesowaniem obrotowym jest większa niż strata spowodowana magnesowaniem przemiennym; gdy jest wyższa niż 1,7 Tesli, sytuacja jest odwrotna. Gęstość strumienia magnetycznego jarzma silnika wynosi zazwyczaj od 1,0 do 1,5 Tesli, a odpowiadająca jej strata histerezy magnesowania obrotowego jest o około 45 do 65% większa niż strata histerezy magnesowania przemiennego.
Oczywiście powyższe wnioski są również wykorzystywane i osobiście ich nie zweryfikowałem w praktyce. Ponadto, gdy pole magnetyczne w rdzeniu żelaznym ulega zmianie, indukuje się w nim prąd, zwany prądem wirowym, a straty przez niego powodowane nazywane są stratami wiroprądowymi. Aby zmniejszyć straty wiroprądowe, rdzeń żelazny silnika zazwyczaj nie może być wykonany w całości i jest układany osiowo za pomocą izolowanych blach stalowych, aby utrudnić przepływ prądów wirowych. Konkretny wzór obliczeniowy zużycia żelaza nie będzie tutaj uciążliwy. Podstawowy wzór i znaczenie obliczenia zużycia żelaza Baidu będą bardzo jasne. Poniżej przedstawiono analizę kilku kluczowych czynników wpływających na nasze zużycie żelaza, tak aby każdy mógł również wywnioskować problem w przód lub wstecz w praktycznych zastosowaniach inżynierskich.

Po omówieniu powyższych kwestii, dlaczego proces tłoczenia wpływa na zużycie żelaza? Charakterystyka procesu wykrawania zależy głównie od różnych kształtów wykrawarek i określa odpowiedni tryb ścinania oraz poziom naprężenia zgodnie z potrzebami różnych typów otworów i rowków, zapewniając w ten sposób warunki płytkich obszarów naprężeń na obwodzie laminowania. Ze względu na zależność między głębokością a kształtem, często jest on podatny na ostre kąty, do tego stopnia, że ​​wysokie poziomy naprężeń mogą powodować znaczną utratę żelaza w obszarach płytkich naprężeń, zwłaszcza na stosunkowo długich krawędziach ścinania w zakresie laminowania. W szczególności występuje to głównie w obszarze pęcherzykowym, który często staje się przedmiotem badań w rzeczywistym procesie badawczym. Blachy ze stali krzemowej o niskiej stratności są często określane przez większe rozmiary ziarna. Uderzenie może powodować syntetyczne zadziory i rozrywające ścinanie na dolnej krawędzi blachy, a kąt uderzenia może mieć znaczący wpływ na wielkość zadziorów i obszarów odkształceń. Jeśli strefa wysokiego naprężenia rozciąga się wzdłuż strefy odkształcenia krawędzi do wnętrza materiału, struktura ziaren w tych obszarach nieuchronnie ulegnie odpowiednim zmianom, skręceniu lub pęknięciu, a granica ta ulegnie ekstremalnemu wydłużeniu wzdłuż kierunku rozrywania. W tym momencie gęstość granicy ziaren w strefie naprężenia w kierunku ścinania nieuchronnie wzrośnie, co doprowadzi do odpowiedniego wzrostu strat żelaza w tym obszarze. Zatem w tym momencie materiał w obszarze naprężenia można uznać za materiał o wysokiej stratności, który opada na wierzch zwykłej laminacji wzdłuż krawędzi uderzenia. W ten sposób można określić rzeczywistą stałą materiału krawędzi, a rzeczywistą stratę krawędzi uderzenia można dodatkowo określić za pomocą modelu strat żelaza.
1. Wpływ procesu wyżarzania na utratę żelaza
Warunki wpływające na utratę żelaza występują głównie w przypadku blach ze stali krzemowej, a naprężenia mechaniczne i termiczne wpływają na blachy ze stali krzemowej, zmieniając ich rzeczywiste właściwości. Dodatkowe naprężenia mechaniczne prowadzą do zmian w utracie żelaza. Jednocześnie ciągły wzrost temperatury wewnętrznej silnika również sprzyja występowaniu problemów z utratą żelaza. Skuteczne wyżarzanie w celu usunięcia dodatkowych naprężeń mechanicznych korzystnie wpłynie na zmniejszenie utraty żelaza wewnątrz silnika.

2. Przyczyny nadmiernych strat w procesach produkcyjnych

Blachy ze stali krzemowej, jako główny materiał magnetyczny silników, mają znaczący wpływ na wydajność silnika ze względu na ich zgodność z wymaganiami projektowymi. Ponadto, wydajność blach ze stali krzemowej tego samego gatunku może się różnić w zależności od producenta. Wybierając materiały, należy dołożyć starań, aby pochodziły od sprawdzonych producentów stali krzemowej. Poniżej przedstawiono kilka kluczowych czynników, które faktycznie wpływały na zużycie żelaza, a które zostały wcześniej zaobserwowane.

Blacha ze stali krzemowej nie została zaizolowana ani odpowiednio zabezpieczona. Tego typu problem można wykryć podczas procesu testowania blach ze stali krzemowej, ale nie wszyscy producenci silników dysponują tym elementem testowym, a problem ten często nie jest dobrze rozpoznawany przez producentów silników.

Uszkodzona izolacja między arkuszami lub zwarcia między arkuszami. Tego typu problemy występują podczas procesu produkcji rdzenia żelaznego. Zbyt wysokie ciśnienie podczas laminowania rdzenia żelaznego może uszkodzić izolację między arkuszami. Jeśli zadziory są zbyt duże po wykrawaniu, można je usunąć poprzez polerowanie, co powoduje poważne uszkodzenie izolacji powierzchni wykrawania. Po zakończeniu laminowania rdzenia żelaznego rowek nie jest gładki i stosuje się metodę piłowania. Alternatywnie, ze względu na czynniki takie jak nierówny otwór stojana i niewspółosiowość między otworem stojana a krawędzią gniazda maszyny, w celu korekcji można zastosować toczenie. Konwencjonalne stosowanie tych procesów produkcji i przetwarzania silników ma istotny wpływ na ich wydajność, zwłaszcza na straty w żelazie.

Stosowanie metod takich jak wypalanie lub podgrzewanie elektrycznością w celu demontażu uzwojenia może spowodować przegrzanie rdzenia żelaznego, co skutkuje spadkiem przewodności magnetycznej i uszkodzeniem izolacji między arkuszami. Problem ten występuje głównie podczas naprawy uzwojenia i silnika w procesie produkcji i przetwarzania.

Spawanie warstwowe i inne procesy mogą również powodować uszkodzenie izolacji pomiędzy warstwami, zwiększając straty prądów wirowych.
Niedostateczna masa żelaza i niepełne zagęszczenie między arkuszami. Ostatecznym rezultatem jest niewystarczająca masa rdzenia żelaznego, a najbardziej bezpośrednim skutkiem jest przekroczenie tolerancji prądu, przy czym straty żelaza mogą przekraczać normę.
Powłoka na blasze krzemowej jest zbyt gruba, co powoduje nadmierne nasycenie obwodu magnetycznego. W tym momencie krzywa zależności między prądem jałowym a napięciem jest mocno zakrzywiona. Jest to również kluczowy element procesu produkcji i przetwarzania blach krzemowych.

Podczas produkcji i obróbki rdzeni żelaznych orientacja ziaren powierzchni mocującej blachę ze stali krzemowej do wykrawania i cięcia może ulec uszkodzeniu, co prowadzi do zwiększenia strat w żelazie przy tej samej indukcji magnetycznej. W przypadku silników o zmiennej częstotliwości należy również uwzględnić dodatkowe straty w żelazie spowodowane przez harmoniczne. Jest to czynnik, który należy kompleksowo uwzględnić w procesie projektowania.

Oprócz powyższych czynników, projektowa wartość strat w żelazie silnika powinna opierać się na rzeczywistej produkcji i obróbce rdzenia żelaznego, a także należy dołożyć wszelkich starań, aby wartość teoretyczna odpowiadała wartości rzeczywistej. Charakterystyki dostarczane przez dostawców materiałów są mierzone metodą cewki kwadratowej Epsteina, ale kierunek magnesowania różnych części silnika jest różny, dlatego te specyficzne straty w żelazie podczas obracania nie mogą być obecnie uwzględniane. Może to prowadzić do różnego stopnia rozbieżności między wartościami obliczonymi a zmierzonymi.

Metody ograniczania strat żelaza w projektowaniu inżynierskim
Istnieje wiele sposobów na zmniejszenie zużycia żelaza w inżynierii, a najważniejsze jest dostosowanie leczenia do sytuacji. Oczywiście nie chodzi tylko o zużycie żelaza, ale także o inne straty. Najbardziej fundamentalnym sposobem jest poznanie przyczyn dużej utraty żelaza, takich jak wysoka gęstość magnetyczna, wysoka częstotliwość lub nadmierne lokalne nasycenie. Oczywiście, w standardowym podejściu, z jednej strony konieczne jest jak najwierniejsze odzwierciedlenie rzeczywistości od strony symulacji, a z drugiej strony, proces ten jest łączony z technologią w celu zmniejszenia dodatkowego zużycia żelaza. Najczęściej stosowaną metodą jest zwiększenie wykorzystania wysokiej jakości blach ze stali krzemowej, a niezależnie od kosztów, można wybrać importowaną stal superkrzemową. Oczywiście, rozwój krajowych technologii energetycznych napędza również rozwój w segmencie upstream i downstream. Krajowe huty również wprowadzają na rynek specjalistyczne produkty ze stali krzemowej. Genealogy oferuje dobrą klasyfikację produktów dla różnych scenariuszy zastosowań. Oto kilka prostych metod, z którymi można się spotkać:

1. Zoptymalizuj obwód magnetyczny

Optymalizacja obwodu magnetycznego, mówiąc precyzyjnie, to optymalizacja sinusa pola magnetycznego. Jest to kluczowe nie tylko w przypadku silników indukcyjnych o stałej częstotliwości. Silniki indukcyjne o zmiennej częstotliwości i silniki synchroniczne są kluczowe. Kiedy pracowałem w przemyśle maszyn tekstylnych, zbudowałem dwa silniki o różnej wydajności, aby obniżyć koszty. Oczywiście najważniejszą rzeczą była obecność lub brak skośnych biegunów, co skutkowało niespójnymi, sinusoidalnymi charakterystykami pola magnetycznego w szczelinie powietrznej. Ze względu na pracę z dużymi prędkościami, straty w żelazie stanowią dużą część, co skutkuje znaczną różnicą strat między dwoma silnikami. Ostatecznie, po kilku obliczeniach wstecznych, różnica strat w żelazie silnika w algorytmie sterowania wzrosła ponad dwukrotnie. To również przypomina wszystkim o sprzężeniu algorytmów sterowania podczas ponownego tworzenia silników z regulacją prędkości obrotowej o zmiennej częstotliwości.

2. Zmniejszenie gęstości magnetycznej
Zwiększenie długości rdzenia żelaznego lub zwiększenie powierzchni przewodnictwa magnetycznego obwodu magnetycznego w celu zmniejszenia gęstości strumienia magnetycznego, ale ilość żelaza użytego w silniku odpowiednio wzrasta;

3. Zmniejszenie grubości wiórów żelaznych w celu zmniejszenia strat prądu indukowanego
Zastąpienie blach ze stali krzemowej walcowanych na gorąco blachami ze stali krzemowej walcowanymi na zimno może zmniejszyć grubość blach ze stali krzemowej, ale cienkie wióry żelazne zwiększą liczbę wiórów żelaznych oraz koszty produkcji silników;

4. Zastosowanie zimnowalcowanych blach ze stali krzemowej o dobrej przewodności magnetycznej w celu zmniejszenia strat histerezy;
5. Zastosowanie powłoki izolacyjnej z wiórów żelaznych o wysokiej wydajności;
6.Obróbka cieplna i technologia wytwarzania
Naprężenia szczątkowe po obróbce wiórów żelaznych mogą poważnie wpłynąć na utratę mocy silnika. Podczas obróbki blach ze stali krzemowej, kierunek cięcia i naprężenia ścinające przy wykrawaniu mają znaczący wpływ na utratę mocy rdzenia żelaznego. Cięcie blachy ze stali krzemowej wzdłuż kierunku walcowania i przeprowadzenie obróbki cieplnej blachy ze stali krzemowej może zmniejszyć straty o 10–20%.