Factoren die van invloed zijn op de basisbehoefte aan ijzer.
Om een probleem te analyseren, moeten we eerst enkele basistheorieën kennen die ons zullen helpen het te begrijpen. Ten eerste moeten we twee concepten kennen. Het ene is wisselmagnetisatie, die, simpel gezegd, optreedt in de ijzeren kern van een transformator en in de stator- of rotortanden van een motor; het andere is de rotatiemagnetisatie, die wordt opgewekt door de stator- of rotorjuk van de motor. Er zijn veel artikelen die uitgaan van deze twee punten en het ijzerverlies van de motor berekenen op basis van verschillende kenmerken volgens de bovenstaande oplossingsmethode. Experimenten hebben aangetoond dat siliciumstaalplaten de volgende verschijnselen vertonen onder magnetisatie met deze twee eigenschappen:
Wanneer de magnetische fluxdichtheid lager is dan 1,7 Tesla, is het hysteresisverlies veroorzaakt door roterende magnetisatie groter dan dat veroorzaakt door wisselende magnetisatie; wanneer deze hoger is dan 1,7 Tesla, is het omgekeerde het geval. De magnetische fluxdichtheid van de motorjuk ligt over het algemeen tussen 1,0 en 1,5 Tesla, en het bijbehorende hysteresisverlies door roterende magnetisatie is ongeveer 45 tot 65% groter dan het hysteresisverlies door wisselende magnetisatie.
Natuurlijk worden bovenstaande conclusies ook gebruikt, en ik heb ze persoonlijk niet in de praktijk geverifieerd. Bovendien wordt er, wanneer het magnetische veld in de ijzerkern verandert, een stroom geïnduceerd, een zogenaamde wervelstroom, en de verliezen die daardoor ontstaan, worden wervelstroomverliezen genoemd. Om wervelstroomverliezen te verminderen, wordt de ijzerkern van een motor meestal niet als één geheel gemaakt, maar axiaal gestapeld met isolerende stalen platen om de stroom van wervelstromen te belemmeren. De specifieke berekeningsformule voor het ijzerverbruik zal hier niet te ingewikkeld zijn. De basisformule en de betekenis van de berekening van het ijzerverbruik via Baidu zullen zeer duidelijk zijn. Hieronder volgt een analyse van enkele belangrijke factoren die van invloed zijn op ons ijzerverbruik, zodat iedereen ook in praktische technische toepassingen de problemen kan herkennen.
Na bovenstaande te hebben besproken, rijst de vraag waarom het stempelproces het ijzerverbruik beïnvloedt. De kenmerken van het stempelproces hangen voornamelijk af van de verschillende vormen van de stempelmachines en bepalen de bijbehorende afschuifmodus en het spanningsniveau op basis van de behoeften van verschillende soorten gaten en groeven. Dit zorgt voor ondiepe spanningsgebieden rond de rand van de laminering. Door de relatie tussen diepte en vorm wordt dit vaak beïnvloed door scherpe hoeken, in die mate dat hoge spanningsniveaus aanzienlijk ijzerverlies kunnen veroorzaken in ondiepe spanningsgebieden, met name in de relatief lange afschuifranden binnen het lamineringsbereik. Dit treedt met name op in het alveolaire gebied, wat vaak een focuspunt is in het praktijkonderzoek. Laagverlies siliciumstaalplaten worden vaak gekenmerkt door grotere korrelgroottes. Impact kan synthetische bramen en scheurvorming aan de onderrand van de plaat veroorzaken, en de impacthoek kan een aanzienlijke invloed hebben op de grootte van de bramen en de vervormingsgebieden. Als een hogespanningszone zich langs de randvervormingszone uitstrekt tot in het inwendige van het materiaal, zal de korrelstructuur in deze gebieden onvermijdelijk overeenkomstige veranderingen ondergaan, verdraaien of breken, en zal er een extreme rek van de korrelgrens optreden in de scheurrichting. Op dat moment zal de korrelgrensdichtheid in de spanningszone in de schuifrichting onvermijdelijk toenemen, wat leidt tot een overeenkomstige toename van het ijzerverlies in dat gebied. Het materiaal in het spanningsgebied kan in dit geval dus worden beschouwd als een materiaal met een hoog verlies dat bovenop de normale laminering langs de impactrand ligt. Op deze manier kan de werkelijke constante van het randmateriaal worden bepaald en kan het werkelijke verlies van de impactrand verder worden vastgesteld met behulp van het ijzerverliesmodel.
1. De invloed van het gloeiproces op het ijzerverlies
De invloed van verschillende factoren op ijzerverlies is vooral merkbaar in siliciumstaalplaten. Mechanische en thermische spanningen beïnvloeden siliciumstaalplaten en veranderen hun eigenschappen. Extra mechanische spanning leidt tot veranderingen in ijzerverlies. Tegelijkertijd bevordert de continue stijging van de interne temperatuur van de motor ook het ontstaan van ijzerverlies. Effectieve gloeibehandelingen om extra mechanische spanning te verwijderen, hebben een gunstig effect op het verminderen van ijzerverlies in de motor.
2. Redenen voor buitensporige verliezen in productieprocessen
Siliciumstaalplaten, als belangrijkste magnetische materiaal voor motoren, hebben een aanzienlijke invloed op de prestaties van de motor vanwege de vereiste ontwerpeisen. Bovendien kunnen de prestaties van siliciumstaalplaten van dezelfde kwaliteit variëren tussen verschillende fabrikanten. Bij de materiaalkeuze is het belangrijk om te kiezen voor siliciumstaal van gerenommeerde fabrikanten. Hieronder volgen enkele belangrijke factoren die in het verleden van invloed zijn geweest op het ijzerverbruik.
De siliciumstalen plaat is niet geïsoleerd of correct behandeld. Dit soort problemen kan worden opgespoord tijdens het testen van siliciumstalen platen, maar niet alle motorfabrikanten beschikken over deze testapparatuur en dit probleem wordt vaak niet herkend door motorfabrikanten.
Beschadigde isolatie tussen de platen of kortsluiting tussen de platen. Dit soort problemen doet zich voor tijdens het fabricageproces van de ijzerkern. Als de druk tijdens het lamineren van de ijzerkern te hoog is, kan dit de isolatie tussen de platen beschadigen; of als de bramen na het ponsen te groot zijn, kunnen deze door polijsten worden verwijderd, wat ernstige schade aan de isolatie van het ponsoppervlak kan veroorzaken; na het lamineren van de ijzerkern is de groef niet glad en wordt deze gevijld; of, vanwege factoren zoals een ongelijkmatige statorboring en een niet-concentrische passing tussen de statorboring en de rand van de machinezitting, kan draaien worden gebruikt voor correctie. Het conventionele gebruik van deze motorproductie- en verwerkingsprocessen heeft een aanzienlijke invloed op de prestaties van de motor, met name op het ijzerverlies.
Bij het demonteren van de wikkeling met methoden zoals verbranding of elektrische verhitting kan de ijzeren kern oververhit raken, wat resulteert in een afname van de magnetische geleidbaarheid en schade aan de isolatie tussen de lagen. Dit probleem doet zich vooral voor tijdens reparaties aan wikkelingen en motoren tijdens het productie- en verwerkingsproces.
Het lassen van lagen en andere processen kunnen ook schade veroorzaken aan de isolatie tussen de lagen, waardoor de wervelstroomverliezen toenemen.
Onvoldoende ijzergewicht en onvolledige verdichting tussen de platen. Het uiteindelijke resultaat is dat het gewicht van de ijzerkern onvoldoende is, en het meest directe gevolg is dat de stroomsterkte de tolerantie overschrijdt, terwijl er mogelijk ook sprake is van een ijzerverlies dat de norm overschrijdt.
De coating op de siliciumstaalplaat is te dik, waardoor het magnetische circuit te verzadigd raakt. Hierdoor wordt de relatie tussen nullaststroom en spanning sterk afgebogen. Dit is tevens een cruciaal element in het productie- en verwerkingsproces van siliciumstaalplaten.
Tijdens de productie en verwerking van ijzeren kernen kan de korreloriëntatie van de siliciumstaalplaat die gebruikt wordt voor het ponsen en snijden beschadigd raken, wat leidt tot een toename van het ijzerverlies bij dezelfde magnetische inductie. Bij frequentiegestuurde motoren moet ook rekening worden gehouden met extra ijzerverliezen als gevolg van harmonischen. Dit is een factor die in het ontwerpproces volledig moet worden meegenomen.
Naast de bovengenoemde factoren moet de ontwerpwaarde van het ijzerverlies in de motor gebaseerd zijn op de daadwerkelijke productie en verwerking van de ijzerkern, en moet alles in het werk worden gesteld om ervoor te zorgen dat de theoretische waarde overeenkomt met de werkelijke waarde. De karakteristieke curven die door algemene materiaalleveranciers worden verstrekt, zijn gemeten met behulp van de Epstein-vierkante spoelmethode, maar de magnetisatierichting van verschillende onderdelen in de motor is verschillend, waardoor dit specifieke roterende ijzerverlies momenteel niet in aanmerking kan worden genomen. Dit kan leiden tot een wisselende mate van inconsistentie tussen berekende en gemeten waarden.
Methoden om ijzerverlies in technisch ontwerp te verminderen
Er zijn veel manieren om het ijzerverbruik in de techniek te verminderen, en het belangrijkste is om de oplossing af te stemmen op de specifieke situatie. Het gaat natuurlijk niet alleen om ijzerverbruik, maar ook om andere verliezen. De meest fundamentele manier is om de oorzaken van het hoge ijzerverlies te achterhalen, zoals een hoge magnetische dichtheid, hoge frequentie of overmatige lokale verzadiging. Uiteraard is het enerzijds noodzakelijk om de realiteit zo nauwkeurig mogelijk te benaderen door middel van simulaties, en anderzijds om het proces te combineren met technologie om het extra ijzerverbruik te verminderen. De meest gebruikte methode is het vaker gebruiken van hoogwaardige siliciumstaalplaten, waarbij, ongeacht de kosten, geïmporteerd supersiliciumstaal kan worden gekozen. Uiteraard heeft de ontwikkeling van nieuwe energiegedreven technologieën in China ook geleid tot een betere ontwikkeling in zowel de toeleverings- als de afzetmarkt. Chinese staalfabrieken brengen ook gespecialiseerde siliciumstaalproducten op de markt. Genealogy biedt een goede classificatie van producten voor verschillende toepassingsscenario's. Hieronder volgen enkele eenvoudige methoden om te gebruiken:
1. Optimaliseer het magnetische circuit
Het optimaliseren van het magnetische circuit, om precies te zijn, is het optimaliseren van de sinus van het magnetische veld. Dit is cruciaal, niet alleen voor inductiemotoren met een vaste frequentie. Ook voor inductiemotoren met variabele frequentie en synchrone motoren is het van essentieel belang. Toen ik in de textielmachine-industrie werkte, heb ik twee motoren met verschillende prestaties gemaakt om de kosten te drukken. Het belangrijkste was natuurlijk de aanwezigheid of afwezigheid van scheve polen, wat resulteerde in inconsistente sinusvormige eigenschappen van het magnetische veld in de luchtspleet. Door de hoge snelheden is het ijzerverlies aanzienlijk, wat leidt tot een significant verschil in verliezen tussen de twee motoren. Na wat terugrekenen bleek het verschil in ijzerverlies van de motor onder het regelalgoritme meer dan verdubbeld te zijn. Dit herinnert iedereen er nogmaals aan om regelalgoritmes te koppelen bij het ontwerpen van motoren met variabele frequentieregeling.
2. Verminder de magnetische dichtheid
Door de lengte van de ijzeren kern te vergroten of het magnetisch geleidende gebied van het magnetische circuit te vergroten, kan de magnetische fluxdichtheid worden verlaagd, maar de hoeveelheid ijzer die in de motor wordt gebruikt, neemt navenant toe;
3. Het verminderen van de dikte van de ijzerspanen om het verlies van geïnduceerde stroom te verminderen.
Het vervangen van warmgewalste siliciumstaalplaten door koudgewalste siliciumstaalplaten kan de dikte van de siliciumstaalplaten verminderen, maar dunne ijzerspanen zullen het aantal ijzerspanen en de productiekosten van de motor verhogen;
4. Het gebruik van koudgewalste siliciumstaalplaten met een goede magnetische geleidbaarheid om hysteresisverliezen te verminderen;
5. Het toepassen van een hoogwaardige isolerende coating van ijzerspanen;
6. Warmtebehandeling en productietechnologie
De restspanning na de verwerking van ijzerspanen kan het verlies van de motor ernstig beïnvloeden. Bij de verwerking van siliciumstaalplaten hebben de snijrichting en de afschuifspanning tijdens het ponsen een aanzienlijke invloed op het verlies van de ijzerkern. Door de siliciumstaalplaat in de walsrichting te snijden en een warmtebehandeling toe te passen, kan het verlies met 10% tot 20% worden verminderd.
Geplaatst op: 1 november 2023
