تأثیر تنش هسته آهنی بر عملکرد موتورهای آهنربای دائم

تأثیر تنش هسته آهنی بر عملکردموتورهای آهنربای دائمی

توسعه سریع اقتصاد، روند حرفه‌ای شدن صنعت موتور آهنربای دائم را بیش از پیش ارتقا داده و الزامات بالاتری را برای عملکرد مرتبط با موتور، استانداردهای فنی و پایداری عملکرد محصول مطرح کرده است. برای اینکه موتورهای آهنربای دائم در زمینه کاربردی وسیع‌تری توسعه یابند، لازم است عملکرد مربوطه از همه جنبه‌ها تقویت شود تا شاخص‌های کلی کیفیت و عملکرد موتور به سطح بالاتری برسد.

برای موتورهای آهنربای دائم، هسته آهنی یک جزء بسیار مهم در موتور است. برای انتخاب مواد هسته آهنی، لازم است به طور کامل بررسی شود که آیا رسانایی مغناطیسی می‌تواند نیازهای کاری موتور آهنربای دائم را برآورده کند یا خیر. به طور کلی، فولاد الکتریکی به عنوان ماده هسته برای موتورهای آهنربای دائم انتخاب می‌شود و دلیل اصلی آن این است که فولاد الکتریکی رسانایی مغناطیسی خوبی دارد.

انتخاب مواد هسته موتور تأثیر بسیار مهمی بر عملکرد کلی و کنترل هزینه موتورهای آهنربای دائم دارد. در طول ساخت، مونتاژ و بهره‌برداری رسمی از موتورهای آهنربای دائم، تنش‌های خاصی روی هسته ایجاد می‌شود. با این حال، وجود تنش مستقیماً بر رسانایی مغناطیسی ورق فولادی الکتریکی تأثیر می‌گذارد و باعث می‌شود رسانایی مغناطیسی به درجات مختلفی کاهش یابد، بنابراین عملکرد موتور آهنربای دائم کاهش می‌یابد و تلفات موتور افزایش می‌یابد.

در طراحی و ساخت موتورهای آهنربای دائم، الزامات انتخاب و استفاده از مواد، روز به روز بیشتر و بیشتر می‌شود، حتی نزدیک به حد استاندارد و سطح عملکرد مواد. فولاد الکتریکی به عنوان ماده اصلی موتورهای آهنربای دائم، باید الزامات دقت بسیار بالایی را در فناوری‌های کاربردی مربوطه و محاسبه دقیق تلفات آهن برآورده کند تا نیازهای واقعی را برآورده سازد.

روش سنتی طراحی موتور که برای محاسبه مشخصات الکترومغناطیسی فولاد الکتریکی استفاده می‌شود، آشکارا نادرست است، زیرا این روش‌های مرسوم عمدتاً برای شرایط متعارف هستند و نتایج محاسبه انحراف زیادی خواهد داشت. بنابراین، یک روش محاسبه جدید برای محاسبه دقیق رسانایی مغناطیسی و اتلاف آهن فولاد الکتریکی تحت شرایط میدان تنش مورد نیاز است، به طوری که سطح کاربرد مواد هسته آهنی بالاتر باشد و شاخص‌های عملکردی مانند راندمان موتورهای آهنربای دائمی به سطح بالاتری برسند.

ژنگ یونگ و دیگر محققان بر تأثیر تنش هسته بر عملکرد موتورهای آهنربای دائمی تمرکز کردند و تجزیه و تحلیل تجربی را برای بررسی مکانیسم‌های مربوط به خواص مغناطیسی تنشی و عملکرد اتلاف آهن تنشی مواد هسته موتور آهنربای دائمی ترکیب کردند. تنش روی هسته آهنی یک موتور آهنربای دائمی در شرایط عملیاتی تحت تأثیر منابع مختلف تنش قرار می‌گیرد و هر منبع تنش، خواص کاملاً متفاوتی را از خود نشان می‌دهد.

از منظر شکل تنش هسته استاتور موتورهای آهنربای دائم، منابع تشکیل آن شامل پانچ، پرچ، ورقه ورقه شدن، مونتاژ تداخلی پوسته و غیره است. اثر تنش ناشی از مونتاژ تداخلی پوسته، بیشترین و مهمترین ناحیه تأثیر را دارد. برای روتور یک موتور آهنربای دائم، منابع اصلی تنشی که متحمل می‌شود شامل تنش حرارتی، نیروی گریز از مرکز، نیروی الکترومغناطیسی و غیره است. در مقایسه با موتورهای معمولی، سرعت عادی یک موتور آهنربای دائم نسبتاً زیاد است و یک ساختار ایزولاسیون مغناطیسی نیز در هسته روتور نصب شده است.

بنابراین، تنش گریز از مرکز منبع اصلی تنش است. تنش هسته استاتور ایجاد شده توسط مجموعه تداخلی پوشش موتور آهنربای دائم عمدتاً به شکل تنش فشاری وجود دارد و نقطه عمل آن در یوغ هسته استاتور موتور متمرکز است و جهت تنش به صورت مماسی محیطی آشکار می‌شود. خاصیت تنش ایجاد شده توسط نیروی گریز از مرکز روتور موتور آهنربای دائم، تنش کششی است که تقریباً به طور کامل بر روی هسته آهنی روتور عمل می‌کند. حداکثر تنش گریز از مرکز بر روی تقاطع پل ایزولاسیون مغناطیسی روتور موتور آهنربای دائم و دنده تقویت کننده عمل می‌کند و باعث می‌شود که تخریب عملکرد در این ناحیه به راحتی رخ دهد.

تأثیر تنش هسته آهنی بر میدان مغناطیسی موتورهای آهنربای دائم

با تجزیه و تحلیل تغییرات چگالی مغناطیسی بخش‌های کلیدی موتورهای آهنربای دائم، مشخص شد که تحت تأثیر اشباع، تغییر قابل توجهی در چگالی مغناطیسی در دنده‌های تقویتی و پل‌های ایزولاسیون مغناطیسی روتور موتور وجود ندارد. چگالی مغناطیسی استاتور و مدار مغناطیسی اصلی موتور به طور قابل توجهی تغییر می‌کند. این همچنین می‌تواند تأثیر تنش هسته بر توزیع چگالی مغناطیسی و رسانایی مغناطیسی موتور را در حین کار موتور آهنربای دائم بیشتر توضیح دهد.

تأثیر تنش بر تلفات هسته

به دلیل تنش، تنش فشاری در یوک استاتور موتور آهنربای دائم نسبتاً متمرکز خواهد بود که منجر به تلفات قابل توجه و کاهش عملکرد می‌شود. مشکل تلفات آهن قابل توجهی در یوک استاتور موتور آهنربای دائم، به ویژه در محل اتصال دندانه‌های استاتور و یوک، جایی که تلفات آهن به دلیل تنش بیشترین افزایش را دارد، وجود دارد. تحقیقات از طریق محاسبه نشان داده است که تلفات آهن موتورهای آهنربای دائم به دلیل تأثیر تنش کششی، 40 تا 50 درصد افزایش یافته است که هنوز هم کاملاً شگفت‌آور است و در نتیجه منجر به افزایش قابل توجه تلفات کل موتورهای آهنربای دائم می‌شود. از طریق تجزیه و تحلیل، همچنین می‌توان دریافت که تلفات آهن موتور، شکل اصلی تلفات ناشی از تأثیر تنش فشاری بر تشکیل هسته آهن استاتور است. برای روتور موتور، هنگامی که هسته آهن در حین کار تحت تنش کششی گریز از مرکز قرار می‌گیرد، نه تنها تلفات آهن را افزایش نمی‌دهد، بلکه اثر بهبود خاصی نیز خواهد داشت.

تأثیر تنش بر اندوکتانس و گشتاور

عملکرد القایی مغناطیسی هسته آهنی موتور تحت شرایط تنش هسته آهنی بدتر می‌شود و اندوکتانس شفت آن تا حدی کاهش می‌یابد. به طور خاص، با تجزیه و تحلیل مدار مغناطیسی یک موتور آهنربای دائم، مدار مغناطیسی شفت عمدتاً شامل سه بخش است: شکاف هوایی، آهنربای دائم و هسته آهنی روتور استاتور. در میان آنها، آهنربای دائم مهمترین بخش است. بر این اساس، هنگامی که عملکرد القایی مغناطیسی هسته آهنی موتور آهنربای دائم تغییر می‌کند، نمی‌تواند تغییرات قابل توجهی در اندوکتانس شفت ایجاد کند.

بخش مدار مغناطیسی شفت که از شکاف هوایی و هسته روتور استاتور یک موتور آهنربای دائم تشکیل شده است، بسیار کوچکتر از مقاومت مغناطیسی آهنربای دائم است. با در نظر گرفتن تأثیر تنش هسته، عملکرد القایی مغناطیسی بدتر می‌شود و اندوکتانس شفت به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. تأثیر خواص مغناطیسی تنش بر هسته آهنی یک موتور آهنربای دائم را تجزیه و تحلیل کنید. با کاهش عملکرد القایی مغناطیسی هسته موتور، پیوند مغناطیسی موتور کاهش می‌یابد و گشتاور الکترومغناطیسی موتور آهنربای دائم نیز کاهش می‌یابد.