Dejavniki, ki vplivajo na porabo osnovnega železa
Za analizo problema moramo najprej poznati nekaj osnovnih teorij, ki nam bodo pomagale razumeti. Najprej moramo poznati dva koncepta. Prvi je izmenična magnetizacija, ki se, poenostavljeno povedano, pojavlja v železnem jedru transformatorja in v statorskih ali rotorskih zobih motorja; drugi je lastnost rotacijske magnetizacije, ki jo povzroča statorski ali rotorski jaram motorja. Obstaja veliko člankov, ki izhajajo iz dveh točk in izračunajo izgubo železa motorja na podlagi različnih značilnosti v skladu z zgornjo metodo reševanja. Poskusi so pokazali, da plošče iz silicijevega jekla kažejo naslednje pojave pri magnetizaciji z dvema lastnostma:
Ko je gostota magnetnega pretoka pod 1,7 Tesla, je histerezna izguba zaradi vrteče se magnetizacije večja kot zaradi izmenične magnetizacije; ko je višja od 1,7 Tesla, velja obratno. Gostota magnetnega pretoka motornega jarma je običajno med 1,0 in 1,5 Tesla, ustrezna histerezna izguba zaradi vrteče se magnetizacije pa je za približno 45 do 65 % večja od histerezne izgube zaradi izmenične magnetizacije.
Seveda se uporabljajo tudi zgornji sklepi, ki jih osebno nisem preveril v praksi. Poleg tega se ob spremembi magnetnega polja v železnem jedru v njem inducira tok, imenovan vrtinčni tok, izgube, ki jih to povzroči, pa se imenujejo izgube zaradi vrtinčnih tokov. Da bi zmanjšali izgube zaradi vrtinčnih tokov, železnega jedra motorja običajno ni mogoče izdelati v cel blok, temveč ga aksialno zložijo izolirane jeklene pločevine, da se prepreči pretok vrtinčnih tokov. Specifična formula za izračun porabe železa tukaj ne bo okorna. Osnovna formula in pomen izračuna porabe železa Baidu bosta zelo jasna. Sledi analiza več ključnih dejavnikov, ki vplivajo na našo porabo železa, tako da lahko vsakdo tudi vnaprej ali nazaj sklepa o problemu v praktičnih inženirskih aplikacijah.
Po zgornji razpravi, zakaj proizvodnja štancanja vpliva na porabo železa? Značilnosti procesa štancanja so v glavnem odvisne od različnih oblik štančnih strojev in določajo ustrezen strižni način in raven napetosti glede na potrebe različnih vrst lukenj in utorov, s čimer se zagotavljajo pogoji plitvih območij napetosti okoli oboda laminacije. Zaradi razmerja med globino in obliko je pogosto pod vplivom ostrih kotov, do te mere, da lahko visoke ravni napetosti povzročijo znatno izgubo železa na plitvih območjih napetosti, zlasti na relativno dolgih strižnih robovih znotraj območja laminacije. Natančneje, to se dogaja predvsem v alveolarnem območju, ki je pogosto predmet raziskav v dejanskem raziskovalnem procesu. Plošče iz silicijevega jekla z nizkimi izgubami so pogosto značilne za večje velikosti zrn. Udar lahko povzroči sintetične ostružke in strižno trganje na spodnjem robu pločevine, kot udarca pa lahko pomembno vpliva na velikost ostružkov in deformacijskih območij. Če se območje visoke napetosti razteza vzdolž območja deformacije roba v notranjost materiala, se bo struktura zrn na teh območjih neizogibno ustrezno spremenila, zvila ali zlomila, vzdolž smeri trganja pa se bo meja močno raztegnila. V tem času se gostota meja zrn v območju napetosti v smeri striga neizogibno poveča, kar vodi do ustreznega povečanja izgube železa v tem območju. Torej lahko na tej točki material v območju napetosti obravnavamo kot material z visokimi izgubami, ki pade na običajno laminacijo vzdolž udarnega roba. Na ta način je mogoče določiti dejansko konstanto materiala roba in dejansko izgubo na udarnem robu dodatno določiti z uporabo modela izgube železa.
1. Vpliv procesa žarjenja na izgubo železa
Vplivni pogoji izgube železa se pojavljajo predvsem pri ploščah iz silicijevega jekla, mehanske in toplotne obremenitve pa vplivajo na plošče iz silicijevega jekla s spremembami njihovih dejanskih lastnosti. Dodatne mehanske obremenitve vodijo do sprememb v izgubi železa. Hkrati nenehno naraščanje notranje temperature motorja spodbuja tudi nastanek težav z izgubo železa. Učinkoviti ukrepi žarjenja za odstranitev dodatnih mehanskih obremenitev bodo ugodno vplivali na zmanjšanje izgube železa v motorju.
2. Razlogi za prekomerne izgube v proizvodnih procesih
Plošče iz silicijevega jekla, kot glavni magnetni material za motorje, imajo pomemben vpliv na delovanje motorja zaradi skladnosti z zahtevami zasnove. Poleg tega se lahko delovanje plošč iz silicijevega jekla istega razreda razlikuje pri različnih proizvajalcih. Pri izbiri materialov si je treba prizadevati za materiale dobrih proizvajalcev silicijevega jekla. Spodaj je navedenih nekaj ključnih dejavnikov, ki so dejansko vplivali na porabo železa in so se pojavili že prej.
Pločevina iz silicijevega jekla ni bila izolirana ali ustrezno obdelana. Tovrstno težavo je mogoče odkriti med postopkom testiranja plošč iz silicijevega jekla, vendar vsi proizvajalci motorjev nimajo tega preizkusnega elementa in proizvajalci motorjev te težave pogosto ne prepoznajo dobro.
Poškodovana izolacija med ploščami ali kratki stiki med ploščami. Do te vrste težav pride med proizvodnim procesom železnega jedra. Če je tlak med laminiranjem železnega jedra previsok, kar povzroči poškodbo izolacije med ploščami; ali če so po prebijanju prevelike zarobe, jih je mogoče odstraniti s poliranjem, kar povzroči resno poškodbo izolacije površine prebijanja; po končanem laminiranju železnega jedra utor ni gladek in se uporabi metoda piljenja; zaradi dejavnikov, kot so neenakomerna statorska izvrtina in nekoncentriranost med statorsko izvrtino in ustjem sedeža stroja, se lahko za korekcijo uporabi struženje. Konvencionalna uporaba teh proizvodnih in predelovalnih procesov motorjev dejansko pomembno vpliva na delovanje motorja, zlasti na izgubo železa.
Pri uporabi metod, kot sta žganje ali segrevanje z elektriko, za razstavljanje navitja lahko pride do pregrevanja železnega jedra, kar povzroči zmanjšanje magnetne prevodnosti in poškodbo izolacije med ploščami. Do te težave pride predvsem pri popravilu navitja in motorja med proizvodnim in predelovalnim procesom.
Zlaganje varilnih elementov in drugi postopki lahko povzročijo tudi poškodbe izolacije med elementi, kar poveča izgube zaradi vrtinčnih tokov.
Nezadostna teža železa in nepopolno zbijanje med ploščami. Končni rezultat je, da je teža železnega jedra nezadostna, najbolj neposredna posledica pa je, da tok presega toleranco, hkrati pa je lahko dejstvo, da izguba železa presega standard.
Premaz na silicijevem jeklenem listu je predebel, zaradi česar je magnetno vezje preveč nasičeno. V tem primeru je krivulja razmerja med tokom prostega teka in napetostjo močno ukrivljena. To je tudi ključni element v procesu proizvodnje in predelave silicijevega jekla.
Med proizvodnjo in obdelavo železnih jeder se lahko poškoduje orientacija zrn na površini za pritrditev silicijeve jeklene pločevine, ki je preluknjana in strižna, kar povzroči povečanje izgub železa pri isti magnetni indukciji; pri motorjih s spremenljivo frekvenco je treba upoštevati tudi dodatne izgube železa zaradi harmonikov; ta dejavnik je treba celovito upoštevati pri postopku načrtovanja.
Poleg zgoraj navedenih dejavnikov mora biti projektna vrednost izgube v železu motorja odvisna od dejanske proizvodnje in obdelave železnega jedra, zato si je treba po najboljših močeh prizadevati za to, da se teoretična vrednost ujema z dejansko vrednostjo. Karakteristične krivulje, ki jih zagotavljajo splošni dobavitelji materialov, so izmerjene z metodo Epsteinove kvadratne tuljave, vendar je smer magnetizacije različnih delov motorja različna in te posebne izgube v železu zaradi vrtenja trenutno ni mogoče upoštevati. To lahko povzroči različne stopnje neskladnosti med izračunanimi in izmerjenimi vrednostmi.
Metode za zmanjšanje izgub železa pri inženirskem načrtovanju
V inženirstvu obstaja veliko načinov za zmanjšanje porabe železa, najpomembneje pa je, da zdravilo prilagodimo situaciji. Seveda ne gre le za porabo železa, ampak tudi za druge izgube. Najbolj temeljni način je poznavanje razlogov za visoke izgube železa, kot so visoka magnetna gostota, visoka frekvenca ali prekomerna lokalna nasičenost. Seveda se je treba na običajen način s simulacijske strani čim bolj približati realnosti, na drugi strani pa se postopek kombinira s tehnologijo za zmanjšanje dodatne porabe železa. Najpogosteje uporabljena metoda je povečanje uporabe dobrih silicijevih jeklenih plošč, ne glede na stroške pa se lahko izbere uvoženo super silicijevo jeklo. Seveda je razvoj domačih novih energetsko usmerjenih tehnologij spodbudil tudi boljši razvoj v zgornjem in spodnjem delu verige. Domače jeklarne prav tako uvajajo specializirane izdelke iz silicijevega jekla. Genealogy ima dobro klasifikacijo izdelkov za različne scenarije uporabe. Tukaj je nekaj preprostih metod, s katerimi se lahko srečate:
1. Optimizirajte magnetno vezje
Optimizacija magnetnega vezja, natančneje, je optimizacija sinusnega magnetnega polja. To je ključnega pomena ne le za asinhrone motorje s fiksno frekvenco. Ključni so asinhroni motorji s spremenljivo frekvenco in sinhroni motorji. Ko sem delal v tekstilni strojni industriji, sem izdelal dva motorja z različno zmogljivostjo, da bi zmanjšal stroške. Seveda je bila najpomembnejša prisotnost ali odsotnost poševnih polov, kar je povzročilo nedosledne sinusoidne značilnosti magnetnega polja zračne reže. Zaradi dela pri visokih hitrostih predstavljajo izgube železa velik delež, kar ima za posledico znatno razliko v izgubah med obema motorjema. Končno se je po nekaj povratnih izračunih razlika v izgubah železa motorja pod krmilnim algoritmom povečala za več kot dvakrat. To vse spomni tudi na povezovanje krmilnih algoritmov pri izdelavi motorjev s spremenljivo frekvenco.
2. Zmanjšajte magnetno gostoto
Povečanje dolžine železnega jedra ali povečanje površine magnetne prevodnosti magnetnega vezja za zmanjšanje gostote magnetnega pretoka, vendar se količina železa, uporabljenega v motorju, ustrezno poveča;
3. Zmanjšanje debeline železnih ostružkov za zmanjšanje izgube induciranega toka
Zamenjava vroče valjanih silicijevih jeklenih plošč s hladno valjanimi silicijevimi jeklenimi ploščami lahko zmanjša debelino silicijevih jeklenih plošč, vendar bodo tanke železne ostružke povečale število železnih ostružkov in stroške izdelave motorjev;
4. Uporaba hladno valjanih silicijevih jeklenih plošč z dobro magnetno prevodnostjo za zmanjšanje histerezne izgube;
5. Uporaba visokozmogljivega izolacijskega premaza iz železnih sekancev;
6. Toplotna obdelava in tehnologija izdelave
Preostala napetost po obdelavi železnih ostružkov lahko resno vpliva na izgubo motorja. Pri obdelavi silicijevih jeklenih plošč imata smer rezanja in strižna napetost pri prebijanju pomemben vpliv na izgubo železnega jedra. Rezanje vzdolž smeri valjanja silicijeve jeklene plošče in toplotna obdelava silicijeve jeklene plošče lahko zmanjšata izgube za 10 % do 20 %.
Čas objave: 1. november 2023
