چگونه تلفات آهن موتور را کاهش دهیم

عوامل مؤثر بر مصرف آهن پایه

برای تحلیل یک مسئله، ابتدا باید برخی از نظریه‌های اساسی را بدانیم که به ما در درک آن کمک می‌کنند. در ابتدا، باید دو مفهوم را بدانیم. یکی مغناطیس‌شدگی متناوب است که به بیان ساده، در هسته آهنی ترانسفورماتور و در دندانه‌های استاتور یا روتور یک موتور رخ می‌دهد؛ یکی خاصیت مغناطیس‌شدگی چرخشی است که توسط یوغ استاتور یا روتور موتور تولید می‌شود. مقالات زیادی وجود دارد که از دو نقطه شروع می‌کنند و تلفات آهن موتور را بر اساس ویژگی‌های مختلف طبق روش حل فوق محاسبه می‌کنند. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که ورق‌های فولادی سیلیکونی پدیده‌های زیر را تحت مغناطیس‌شدگی دو خاصیت از خود نشان می‌دهند:
وقتی چگالی شار مغناطیسی کمتر از ۱.۷ تسلا باشد، تلفات هیسترزیس ناشی از مغناطش چرخشی بیشتر از تلفات هیسترزیس ناشی از مغناطش متناوب است؛ وقتی این مقدار بالاتر از ۱.۷ تسلا باشد، عکس این قضیه صادق است. چگالی شار مغناطیسی یوک موتور عموماً بین ۱.۰ تا ۱.۵ تسلا است و تلفات هیسترزیس مغناطش چرخشی مربوطه حدود ۴۵ تا ۶۵ درصد بیشتر از تلفات هیسترزیس مغناطش متناوب است.
البته، از نتایج فوق نیز استفاده می‌شود و من شخصاً آنها را در عمل تأیید نکرده‌ام. علاوه بر این، هنگامی که میدان مغناطیسی در هسته آهن تغییر می‌کند، جریانی در آن القا می‌شود که جریان گردابی نامیده می‌شود و تلفات ناشی از آن، تلفات جریان گردابی نامیده می‌شود. به منظور کاهش تلفات جریان گردابی، هسته آهن موتور معمولاً نمی‌تواند به یک بلوک کامل تبدیل شود و به صورت محوری توسط ورق‌های فولادی عایق‌بندی شده روی هم چیده می‌شود تا مانع جریان جریان‌های گردابی شود. فرمول محاسبه خاص برای مصرف آهن در اینجا دست و پا گیر نخواهد بود. فرمول اساسی و اهمیت محاسبه مصرف آهن Baidu بسیار واضح خواهد بود. در ادامه، تجزیه و تحلیل چندین عامل کلیدی که بر مصرف آهن ما تأثیر می‌گذارند، ارائه شده است تا همه بتوانند مشکل را در کاربردهای مهندسی عملی نیز به جلو یا عقب استنباط کنند.

پس از بحث در مورد موارد فوق، چرا تولید قطعات پرسکاری بر مصرف آهن تأثیر می‌گذارد؟ ویژگی‌های فرآیند پانچ عمدتاً به شکل‌های مختلف دستگاه‌های پانچ بستگی دارد و حالت برشی و سطح تنش مربوطه را با توجه به نیاز انواع مختلف سوراخ‌ها و شیارها تعیین می‌کند و از این طریق شرایط نواحی تنش کم‌عمق در اطراف حاشیه لمینت را تضمین می‌کند. به دلیل رابطه بین عمق و شکل، اغلب تحت تأثیر زوایای تیز قرار می‌گیرد، تا حدی که سطوح تنش بالا می‌تواند باعث اتلاف قابل توجه آهن در نواحی تنش کم‌عمق، به ویژه در لبه‌های برشی نسبتاً بلند در محدوده لمینت، شود. به طور خاص، این امر عمدتاً در ناحیه آلوئولار رخ می‌دهد که اغلب در فرآیند تحقیق واقعی به کانون توجه تحقیقات تبدیل می‌شود. ورق‌های فولادی سیلیکونی با اتلاف کم اغلب با اندازه دانه‌های بزرگتر تعیین می‌شوند. ضربه می‌تواند باعث ایجاد پلیسه‌های مصنوعی و برش پارگی در لبه پایینی ورق شود و زاویه ضربه می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر اندازه پلیسه‌ها و نواحی تغییر شکل داشته باشد. اگر یک ناحیه تنش بالا در امتداد ناحیه تغییر شکل لبه تا داخل ماده امتداد یابد، ساختار دانه در این نواحی ناگزیر دچار تغییرات متناظر، پیچ خوردگی یا شکستگی خواهد شد و کشیدگی شدید مرز در امتداد جهت پارگی رخ خواهد داد. در این زمان، چگالی مرز دانه در ناحیه تنش در جهت برش ناگزیر افزایش می‌یابد و منجر به افزایش متناظر اتلاف آهن در داخل منطقه می‌شود. بنابراین، در این مرحله، ماده در ناحیه تنش را می‌توان به عنوان یک ماده با اتلاف بالا در نظر گرفت که در امتداد لبه برخورد روی لایه‌های معمولی قرار می‌گیرد. به این ترتیب، می‌توان ثابت واقعی ماده لبه را تعیین کرد و اتلاف واقعی لبه برخورد را می‌توان با استفاده از مدل اتلاف آهن بیشتر تعیین کرد.
۱. تأثیر فرآیند آنیل بر اتلاف آهن
شرایط تأثیر اتلاف آهن عمدتاً در جنبه ورق‌های فولادی سیلیکونی وجود دارد و تنش‌های مکانیکی و حرارتی بر ورق‌های فولادی سیلیکونی تأثیر می‌گذارند و ویژگی‌های واقعی آنها را تغییر می‌دهند. تنش مکانیکی اضافی منجر به تغییر در اتلاف آهن می‌شود. در عین حال، افزایش مداوم دمای داخلی موتور نیز باعث بروز مشکلات اتلاف آهن می‌شود. انجام اقدامات مؤثر آنیلینگ برای حذف تنش مکانیکی اضافی، تأثیر مفیدی بر کاهش اتلاف آهن در داخل موتور خواهد داشت.

۲. دلایل تلفات بیش از حد در فرآیندهای تولید

ورق‌های فولادی سیلیکونی، به عنوان ماده مغناطیسی اصلی موتورها، به دلیل انطباق با الزامات طراحی، تأثیر قابل توجهی بر عملکرد موتور دارند. علاوه بر این، عملکرد ورق‌های فولادی سیلیکونی با درجه یکسان ممکن است از تولیدکنندگان مختلف متفاوت باشد. هنگام انتخاب مواد، باید تلاش شود تا مواد از تولیدکنندگان خوب فولاد سیلیکونی انتخاب شوند. در زیر برخی از عوامل کلیدی که در واقع بر مصرف آهن تأثیر گذاشته‌اند و قبلاً با آنها مواجه شده‌ایم، آورده شده است.

ورق فولاد سیلیکونی عایق‌بندی یا به درستی پرداخت نشده است. این نوع مشکل را می‌توان در طول فرآیند آزمایش ورق‌های فولاد سیلیکونی تشخیص داد، اما همه تولیدکنندگان موتور این مورد آزمایش را ندارند و این مشکل اغلب توسط تولیدکنندگان موتور به خوبی تشخیص داده نمی‌شود.

آسیب به عایق بین ورق‌ها یا اتصال کوتاه بین ورق‌ها. این نوع مشکل در طول فرآیند تولید هسته آهنی رخ می‌دهد. اگر فشار در طول لایه لایه کردن هسته آهنی خیلی زیاد باشد، باعث آسیب به عایق بین ورق‌ها می‌شود؛ یا اگر برآمدگی‌ها پس از پانچ کردن خیلی بزرگ باشند، می‌توان آنها را با صیقل دادن برطرف کرد که منجر به آسیب جدی به عایق سطح پانچ می‌شود؛ پس از اتمام لایه لایه کردن هسته آهنی، شیار صاف نیست و از روش سوهان کاری استفاده می‌شود؛ از طرف دیگر، به دلیل عواملی مانند ناهمواری سوراخ استاتور و عدم تمرکز بین سوراخ استاتور و لبه نشیمنگاه دستگاه، می‌توان از تراشکاری برای اصلاح استفاده کرد. استفاده مرسوم از این فرآیندهای تولید و پردازش موتور در واقع تأثیر قابل توجهی بر عملکرد موتور، به ویژه تلفات آهن، دارد.

هنگام استفاده از روش‌هایی مانند سوزاندن یا گرم کردن با برق برای جداسازی سیم‌پیچ، می‌تواند باعث گرم شدن بیش از حد هسته آهنی شود که در نتیجه منجر به کاهش رسانایی مغناطیسی و آسیب به عایق بین ورق‌ها می‌شود. این مشکل عمدتاً در طول تعمیر سیم‌پیچ و موتور در طول فرآیند تولید و پردازش رخ می‌دهد.

جوشکاری روی هم و سایر فرآیندها نیز می‌توانند باعث آسیب به عایق بین پشته‌ها شوند و تلفات جریان گردابی را افزایش دهند.
وزن ناکافی آهن و فشردگی ناقص بین ورق‌ها. نتیجه نهایی این است که وزن هسته آهنی ناکافی است و مستقیم‌ترین نتیجه این است که جریان از حد مجاز تجاوز می‌کند، در حالی که ممکن است این واقعیت وجود داشته باشد که تلفات آهن از حد استاندارد فراتر می‌رود.
پوشش روی ورق فولاد سیلیکونی خیلی ضخیم است و باعث می‌شود مدار مغناطیسی بیش از حد اشباع شود. در این زمان، منحنی رابطه بین جریان بدون بار و ولتاژ به شدت خم می‌شود. این نیز یک عنصر کلیدی در فرآیند تولید و پردازش ورق‌های فولاد سیلیکونی است.

در طول تولید و پردازش هسته‌های آهنی، جهت‌گیری دانه‌بندی سطح اتصال پانچ و برش ورق فولادی سیلیکونی ممکن است آسیب ببیند و منجر به افزایش تلفات آهن تحت همان القای مغناطیسی شود؛ برای موتورهای فرکانس متغیر، تلفات اضافی آهن ناشی از هارمونیک‌ها نیز باید در نظر گرفته شود؛ این عاملی است که باید به طور جامع در فرآیند طراحی در نظر گرفته شود.

علاوه بر عوامل فوق، مقدار طراحی تلفات آهن موتور باید بر اساس تولید و پردازش واقعی هسته آهن باشد و باید تمام تلاش‌ها برای اطمینان از مطابقت مقدار نظری با مقدار واقعی انجام شود. منحنی‌های مشخصه ارائه شده توسط تأمین‌کنندگان مواد عمومی با استفاده از روش سیم‌پیچ مربعی اپستین اندازه‌گیری می‌شوند، اما جهت مغناطیس شدن قطعات مختلف در موتور متفاوت است و این تلفات آهن دوار ویژه در حال حاضر قابل در نظر گرفتن نیست. این می‌تواند منجر به درجات مختلفی از ناسازگاری بین مقادیر محاسبه شده و اندازه‌گیری شده شود.

روش‌های کاهش تلفات آهن در طراحی مهندسی
روش‌های زیادی برای کاهش مصرف آهن در مهندسی وجود دارد و مهم‌ترین نکته، تنظیم دارو با توجه به شرایط است. البته، این فقط مربوط به مصرف آهن نیست، بلکه در مورد سایر تلفات نیز صدق می‌کند. اساسی‌ترین راه، دانستن دلایل تلفات بالای آهن، مانند چگالی مغناطیسی بالا، فرکانس بالا یا اشباع موضعی بیش از حد است. البته، در حالت عادی، از یک طرف، لازم است تا حد امکان از سمت شبیه‌سازی به واقعیت نزدیک شویم و از طرف دیگر، این فرآیند با فناوری ترکیب می‌شود تا مصرف اضافی آهن کاهش یابد. رایج‌ترین روش، افزایش استفاده از ورق‌های فولادی سیلیکونی خوب است و صرف نظر از هزینه، می‌توان فولاد سوپر سیلیکون وارداتی را انتخاب کرد. البته، توسعه فناوری‌های جدید داخلی مبتنی بر انرژی نیز باعث توسعه بهتر در بالادست و پایین‌دست شده است. کارخانه‌های فولاد داخلی نیز در حال عرضه محصولات فولادی سیلیکونی تخصصی هستند. Genealogy طبقه‌بندی خوبی از محصولات برای سناریوهای مختلف کاربردی دارد. در اینجا چند روش ساده برای مواجهه با آنها آورده شده است:

۱. بهینه سازی مدار مغناطیسی

بهینه‌سازی مدار مغناطیسی، به طور دقیق، بهینه‌سازی سینوس میدان مغناطیسی است. این امر نه تنها برای موتورهای القایی فرکانس ثابت، بلکه برای موتورهای القایی فرکانس متغیر و موتورهای سنکرون نیز بسیار مهم است. وقتی در صنعت ماشین‌آلات نساجی کار می‌کردم، دو موتور با عملکرد متفاوت ساختم تا هزینه‌ها را کاهش دهم. البته مهم‌ترین نکته وجود یا عدم وجود قطب‌های مورب بود که منجر به ویژگی‌های سینوسی ناهماهنگ میدان مغناطیسی شکاف هوایی می‌شد. به دلیل کار در سرعت‌های بالا، تلفات آهن بخش بزرگی را تشکیل می‌دهد و در نتیجه تفاوت قابل توجهی در تلفات بین دو موتور ایجاد می‌شود. در نهایت، پس از انجام برخی محاسبات معکوس، اختلاف تلفات آهن موتور تحت الگوریتم کنترل بیش از دو برابر افزایش یافته است. این موضوع همچنین به همه یادآوری می‌کند که هنگام ساخت مجدد موتورهای کنترل سرعت فرکانس متغیر، الگوریتم‌های کنترل کوپلینگ را در نظر بگیرند.

۲. کاهش چگالی مغناطیسی
افزایش طول هسته آهنی یا افزایش ناحیه رسانایی مغناطیسی مدار مغناطیسی برای کاهش چگالی شار مغناطیسی، اما مقدار آهن مورد استفاده در موتور نیز به همین ترتیب افزایش می‌یابد؛

۳. کاهش ضخامت براده‌های آهن برای کاهش تلفات جریان القایی
جایگزینی ورق‌های فولاد سیلیکونی نورد گرم با ورق‌های فولاد سیلیکونی نورد سرد می‌تواند ضخامت ورق‌های فولاد سیلیکونی را کاهش دهد، اما تراشه‌های آهن نازک تعداد تراشه‌های آهن و هزینه‌های تولید موتور را افزایش می‌دهد.

۴. استفاده از ورق‌های فولادی سیلیکونی نورد سرد با رسانایی مغناطیسی خوب برای کاهش تلفات هیسترزیس؛
5. استفاده از پوشش عایق تراشه آهن با کارایی بالا؛
۶. عملیات حرارتی و فناوری تولید
تنش پسماند پس از پردازش براده‌های آهن می‌تواند به طور جدی بر افت موتور تأثیر بگذارد. هنگام پردازش ورق‌های فولاد سیلیکونی، جهت برش و تنش برشی پانچ تأثیر قابل توجهی بر افت هسته آهنی دارند. برش در امتداد جهت نورد ورق فولاد سیلیکونی و انجام عملیات حرارتی روی ورق فولاد سیلیکونی می‌تواند افت‌ها را 10 تا 20 درصد کاهش دهد.