Faktory ovlivňující spotřebu základního železa
Abychom mohli analyzovat problém, musíme nejprve znát několik základních teorií, které nám pomohou jej pochopit. Zaprvé, musíme znát dva koncepty. Prvním je střídavá magnetizace, která se, zjednodušeně řečeno, vyskytuje v železném jádru transformátoru a v zubech statoru nebo rotoru motoru; druhým je vlastnost rotační magnetizace, která je vytvářena jhem statoru nebo rotoru motoru. Existuje mnoho článků, které vycházejí ze dvou bodů a vypočítávají ztráty železa motoru na základě různých charakteristik podle výše uvedené metody řešení. Experimenty ukázaly, že křemíkové ocelové plechy vykazují následující jevy při magnetizaci se dvěma vlastnostmi:
Pokud je hustota magnetického toku nižší než 1,7 Tesla, je hysterezní ztráta způsobená rotační magnetizací větší než ztráta způsobená střídavou magnetizací; pokud je vyšší než 1,7 Tesla, je pravdou opak. Hustota magnetického toku jha motoru je obecně mezi 1,0 a 1,5 Tesla a odpovídající hysterezní ztráta rotační magnetizací je asi o 45 až 65 % větší než hysterezní ztráta střídavou magnetizací.
Výše uvedené závěry se samozřejmě také používají a osobně jsem si je v praxi neověřil. Kromě toho, když se v železném jádře změní magnetické pole, indukuje se v něm proud, nazývaný vířivý proud, a ztráty jím způsobené se nazývají ztráty vířivými proudy. Aby se snížily ztráty vířivými proudy, železné jádro motoru obvykle nelze vyrobit do jednoho bloku a je axiálně uloženo izolovanými ocelovými plechy, aby se zabránilo toku vířivých proudů. Konkrétní výpočetní vzorec pro spotřebu železa zde nebude těžkopádný. Základní vzorec a význam výpočtu spotřeby železa Baidu budou velmi jasné. Následuje analýza několika klíčových faktorů, které ovlivňují naši spotřebu železa, aby si každý mohl problém odvodit vpřed nebo vzad v praktických inženýrských aplikacích.
Po diskusi o výše uvedeném, proč výroba ražení ovlivňuje spotřebu železa? Charakteristiky děrovacího procesu závisí především na různých tvarech děrovacích strojů a určují odpovídající smykový režim a úroveň napětí podle potřeb různých typů otvorů a drážek, čímž zajišťují podmínky mělkých napěťových oblastí po obvodu laminace. Vzhledem ke vztahu mezi hloubkou a tvarem je laminace často ovlivněna ostrými úhly, do té míry, že vysoká úroveň napětí může způsobit značné ztráty železa v mělkých napěťových oblastech, zejména na relativně dlouhých smykových hranách v rozsahu laminace. Konkrétně se vyskytuje hlavně v alveolární oblasti, která se často stává předmětem výzkumu v samotném výzkumném procesu. Plechy z křemíkové oceli s nízkými ztrátami jsou často určeny větší velikostí zrn. Náraz může způsobit syntetické otřepy a trhací smyk na spodním okraji plechu a úhel nárazu může mít významný vliv na velikost otřepů a deformačních oblastí. Pokud se zóna vysokého napětí rozprostírá podél deformační zóny okraje do vnitřku materiálu, struktura zrn v těchto oblastech nevyhnutelně projde odpovídajícími změnami, bude zkroucena nebo zlomena a dojde k extrémnímu prodloužení hranice ve směru trhání. V tomto okamžiku se hustota hranic zrn v napěťové zóně ve směru smyku nevyhnutelně zvýší, což povede k odpovídajícímu zvýšení ztráty železa v této oblasti. V tomto bodě lze tedy materiál v napěťové oblasti považovat za materiál s vysokými ztrátami, který se dotýká běžné laminace podél nárazové hrany. Tímto způsobem lze určit skutečnou konstantu materiálu hrany a skutečnou ztrátu na nárazové hraně lze dále určit pomocí modelu ztráty železa.
1. Vliv procesu žíhání na ztrátu železa
Vlivné podmínky na úbytek železa existují zejména u plechů z křemíkové oceli a mechanické a tepelné namáhání ovlivňuje plechy z křemíkové oceli změnami v jejich skutečných vlastnostech. Dodatečné mechanické namáhání vede ke změnám ve ztrátách železa. Zároveň neustálé zvyšování vnitřní teploty motoru také podporuje vznik problémů se ztrátami železa. Účinná žíhací opatření k odstranění dodatečného mechanického namáhání budou mít příznivý vliv na snížení ztrát železa uvnitř motoru.
2. Důvody nadměrných ztrát ve výrobních procesech
Plechy z křemíkové oceli, jakožto hlavní magnetický materiál pro motory, mají významný vliv na výkon motoru díky shodě s konstrukčními požadavky. Kromě toho se výkon plechů z křemíkové oceli stejné jakosti může u různých výrobců lišit. Při výběru materiálů je třeba dbát na to, aby byly použity materiály od kvalitních výrobců křemíkové oceli. Níže uvádíme některé klíčové faktory, které skutečně ovlivnily spotřebu železa a s nimiž jsme se setkali dříve.
Plech z křemíkové oceli nebyl izolován ani řádně ošetřen. Tento typ problému lze odhalit během testování plechů z křemíkové oceli, ale ne všichni výrobci motorů mají tento testovací prvek k dispozici a tento problém si výrobci motorů často dobře nevšímají.
Poškozená izolace mezi plechy nebo zkraty mezi plechy. K tomuto typu problému dochází během výrobního procesu železného jádra. Pokud je tlak během laminování železného jádra příliš vysoký, dochází k poškození izolace mezi plechy; nebo pokud jsou otřepy po děrování příliš velké, lze je odstranit leštěním, což vede k vážnému poškození izolace děrovaného povrchu; po dokončení laminování železného jádra není drážka hladká a používá se metoda pilování; alternativně lze kvůli faktorům, jako je nerovnoměrný otvor statoru a nesouosost mezi otvorem statoru a okrajem sedla stroje, použít k nápravě soustružení. Konvenční použití těchto procesů výroby a zpracování motorů má ve skutečnosti významný vliv na výkon motoru, zejména na ztráty v železe.
Při demontáži vinutí metodami, jako je pálení nebo ohřev elektřinou, může dojít k přehřátí železného jádra, což má za následek snížení magnetické vodivosti a poškození izolace mezi plechy. K tomuto problému dochází zejména při opravách vinutí a motoru během výrobního a zpracovatelského procesu.
Svařování mezi jednotlivými svazky a další procesy mohou také způsobit poškození izolace mezi nimi, což zvyšuje ztráty vířivými proudy.
Nedostatečná hmotnost železa a neúplné zhutnění mezi plechy. Konečným výsledkem je, že hmotnost železného jádra je nedostatečná a nejpřímějším důsledkem je, že proud překračuje toleranci, přičemž může dojít k překročení normy o ztrátě železa.
Povlak na křemíkové ocelové desce je příliš silný, což způsobuje přílišné nasycení magnetického obvodu. V tomto okamžiku je křivka vztahu mezi proudem naprázdno a napětím silně ohnutá. To je také klíčový prvek ve výrobním a zpracovatelském procesu křemíkových ocelových desek.
Během výroby a zpracování železných jader může dojít k poškození orientace zrn na upevňovacích plochách děrovaného a smykového plechu z křemíkové oceli, což vede ke zvýšení ztrát železa při stejné magnetické indukci. U motorů s proměnnou frekvencí je třeba zohlednit i další ztráty železa způsobené harmonickými. Tento faktor by měl být komplexně zvážen v procesu návrhu.
Kromě výše uvedených faktorů by měla být návrhová hodnota ztráty v železe motoru založena na skutečné výrobě a zpracování železného jádra a mělo by být vynaloženo veškeré úsilí k zajištění toho, aby teoretická hodnota odpovídala skutečné hodnotě. Charakteristické křivky poskytované dodavateli obecných materiálů jsou měřeny metodou Epsteinovy čtvercové cívky, ale směr magnetizace různých částí motoru je odlišný a tuto specifickou ztrátu v železe rotačním proudem nelze v současné době zohlednit. To může vést k různým stupňům nesrovnalostí mezi vypočítanými a naměřenými hodnotami.
Metody pro snížení ztrát železa v inženýrských konstrukcích
Existuje mnoho způsobů, jak snížit spotřebu železa ve strojírenství, a nejdůležitější je přizpůsobit lék dané situaci. Samozřejmě se nejedná jen o spotřebu železa, ale i o další ztráty. Nejzákladnějším způsobem je znát důvody vysokých ztrát železa, jako je vysoká magnetická hustota, vysoká frekvence nebo nadměrná lokální saturace. Samozřejmě je za normálních okolností na jedné straně nutné se co nejvíce přiblížit realitě ze strany simulace a na druhé straně je proces kombinován s technologií pro snížení dodatečné spotřeby železa. Nejčastěji používanou metodou je zvýšení používání kvalitních plechů z křemíkové oceli a bez ohledu na cenu lze zvolit dováženou super křemíkovou ocel. Vývoj domácích nových energeticky orientovaných technologií samozřejmě také podnítil lepší rozvoj v oblasti upstreamu i downstreamu. Domácí ocelárny také uvádějí na trh specializované výrobky z křemíkové oceli. Genealogy má dobrou klasifikaci výrobků pro různé scénáře použití. Zde je několik jednoduchých metod, se kterými se můžete setkat:
1. Optimalizace magnetického obvodu
Optimalizace magnetického obvodu, přesněji řečeno, je optimalizace sinusového průběhů magnetického pole. To je zásadní nejen pro asynchronní motory s pevnou frekvencí. Zásadní jsou asynchronní motory s proměnnou frekvencí a synchronní motory. Když jsem pracoval v textilním strojírenství, vyrobil jsem dva motory s různým výkonem, abych snížil náklady. Nejdůležitější samozřejmě byla přítomnost nebo absence zkosených pólů, což vedlo k nekonzistentním sinusovým charakteristikám magnetického pole vzduchové mezery. V důsledku práce při vysokých rychlostech tvoří ztráty v železe velkou část, což má za následek významný rozdíl ve ztrátách mezi oběma motory. Nakonec, po několika zpětných výpočtech, se rozdíl ve ztrátách v železe motoru pod řídicím algoritmem zvýšil více než dvojnásobně. To také všem připomíná propojení řídicích algoritmů při výrobě motorů s proměnnou frekvencí a regulací otáček.
2. Snížení magnetické hustoty
Zvětšení délky železného jádra nebo zvětšení plochy magnetické vodivosti magnetického obvodu pro snížení hustoty magnetického toku, ale množství železa použitého v motoru se odpovídajícím způsobem zvyšuje;
3. Snížení tloušťky železných třísek pro snížení ztrát indukovaného proudu
Nahrazení plechů z křemíkové oceli válcovaných za tepla plechy z křemíkové oceli válcovanými za studena může snížit tloušťku plechů z křemíkové oceli, ale tenké železné třísky zvýší jejich počet a náklady na výrobu motoru.
4. Použití za studena válcovaných plechů z křemíkové oceli s dobrou magnetickou vodivostí pro snížení hysterezních ztrát;
5. Použití vysoce výkonného izolačního povlaku ze železných třísek;
6. Tepelné zpracování a výrobní technologie
Zbytkové napětí po zpracování železných třísek může vážně ovlivnit ztráty motoru. Při zpracování plechů z křemíkové oceli má směr řezání a smykové napětí při protlačování významný vliv na ztráty železného jádra. Řezání ve směru válcování plechu z křemíkové oceli a provádění tepelného zpracování plechu z křemíkové oceli může snížit ztráty o 10 % až 20 %.
Čas zveřejnění: 1. listopadu 2023
