วิธีลดการสูญเสียเหล็กในมอเตอร์

ปัจจัยที่มีผลต่อการบริโภคธาตุเหล็กขั้นพื้นฐาน

ในการวิเคราะห์ปัญหา เราจำเป็นต้องทราบทฤษฎีพื้นฐานบางอย่างก่อน ซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจได้ดียิ่งขึ้น ประการแรก เราต้องรู้จักสองแนวคิด ประการแรกคือ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กสลับ ซึ่งเกิดขึ้นในแกนเหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้าและในฟันของสเตเตอร์หรือโรเตอร์ของมอเตอร์ ประการที่สองคือ คุณสมบัติการเหนี่ยวนำแม่เหล็กแบบหมุน ซึ่งเกิดจากแกนของสเตเตอร์หรือโรเตอร์ของมอเตอร์ มีบทความมากมายที่เริ่มต้นจากสองประเด็นนี้และคำนวณการสูญเสียพลังงานในแกนเหล็กของมอเตอร์โดยพิจารณาจากลักษณะต่างๆ ตามวิธีการแก้ปัญหาข้างต้น การทดลองแสดงให้เห็นว่าแผ่นเหล็กซิลิคอนแสดงปรากฏการณ์ต่อไปนี้ภายใต้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่มีคุณสมบัติทั้งสอง:
เมื่อความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กต่ำกว่า 1.7 เทสลา การสูญเสียฮิสเทอรีซิสที่เกิดจากการหมุนของสนามแม่เหล็กจะมากกว่าการสูญเสียฮิสเทอรีซิสที่เกิดจากการหมุนของสนามแม่เหล็กสลับกัน ในทางกลับกัน เมื่อความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กสูงกว่า 1.7 เทสลา จะเป็นไปในทางตรงกันข้าม โดยทั่วไปแล้ว ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กของแกนมอเตอร์จะอยู่ระหว่าง 1.0 ถึง 1.5 เทสลา และการสูญเสียฮิสเทอรีซิสจากการหมุนของสนามแม่เหล็กที่สอดคล้องกันจะมากกว่าการสูญเสียฮิสเทอรีซิสจากการหมุนของสนามแม่เหล็กสลับกันประมาณ 45 ถึง 65%
แน่นอนว่าข้อสรุปข้างต้นนั้นมีการนำไปใช้จริง และผมเองก็ยังไม่ได้ตรวจสอบในทางปฏิบัติ นอกจากนี้ เมื่อสนามแม่เหล็กในแกนเหล็กเปลี่ยนแปลง กระแสไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำขึ้น เรียกว่า กระแสไหลวน และการสูญเสียที่เกิดจากกระแสไหลวนนี้เรียกว่า การสูญเสียจากกระแสไหลวน เพื่อลดการสูญเสียจากกระแสไหลวน แกนเหล็กของมอเตอร์มักจะไม่สามารถทำเป็นชิ้นเดียวได้ แต่จะวางซ้อนกันตามแนวแกนโดยใช้แผ่นเหล็กฉนวนเพื่อขัดขวางการไหลของกระแสไหลวน สูตรการคำนวณการสิ้นเปลืองเหล็กโดยละเอียดจะไม่ซับซ้อนในที่นี้ สูตรพื้นฐานและความสำคัญของการคำนวณการสิ้นเปลืองเหล็กของ Baidu นั้นชัดเจนมาก ต่อไปนี้เป็นการวิเคราะห์ปัจจัยสำคัญหลายประการที่ส่งผลต่อการสิ้นเปลืองเหล็กของเรา เพื่อให้ทุกคนสามารถอนุมานปัญหาในการใช้งานทางวิศวกรรมในทางปฏิบัติได้

หลังจากที่ได้กล่าวถึงข้างต้นแล้ว เหตุใดการผลิตด้วยการปั๊มขึ้นรูปจึงส่งผลต่อการสิ้นเปลืองเหล็ก? ลักษณะของกระบวนการปั๊มขึ้นรูปส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับรูปทรงที่แตกต่างกันของเครื่องปั๊ม และกำหนดโหมดการเฉือนและระดับความเค้นที่สอดคล้องกันตามความต้องการของรูและร่องประเภทต่างๆ จึงมั่นใจได้ว่ามีสภาวะของบริเวณความเค้นตื้นรอบๆ ขอบของแผ่นเหล็ก เนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างความลึกและรูปทรง จึงมักได้รับผลกระทบจากมุมแหลม จนถึงระดับความเค้นสูงที่อาจทำให้เกิดการสูญเสียเหล็กอย่างมากในบริเวณความเค้นตื้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในขอบเฉือนที่ค่อนข้างยาวภายในช่วงแผ่นเหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นในบริเวณที่เป็นรูพรุน ซึ่งมักกลายเป็นจุดสนใจของการวิจัยในกระบวนการวิจัยจริง แผ่นเหล็กซิลิคอนที่มีการสูญเสียต่ำมักถูกกำหนดโดยขนาดเกรนที่ใหญ่กว่า การกระแทกสามารถทำให้เกิดครีบสังเคราะห์และการฉีกขาดที่ขอบด้านล่างของแผ่น และมุมของการกระแทกสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อขนาดของครีบและพื้นที่การเสียรูป หากบริเวณที่มีความเค้นสูงขยายตัวไปตามบริเวณการเสียรูปของขอบจนถึงภายในวัสดุ โครงสร้างของเกรนในบริเวณเหล่านั้นจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ อาจเกิดการบิดเบี้ยวหรือแตกหัก และขอบเขตจะยืดตัวอย่างมากตามทิศทางการฉีกขาด ในขณะนี้ ความหนาแน่นของขอบเขตเกรนในบริเวณที่มีความเค้นในทิศทางการเฉือนจะเพิ่มขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ส่งผลให้การสูญเสียเหล็กในบริเวณนั้นเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ดังนั้น ณ จุดนี้ วัสดุในบริเวณที่มีความเค้นสูงสามารถถือได้ว่าเป็นวัสดุที่มีการสูญเสียสูง ซึ่งอยู่เหนือชั้นลามิเนตทั่วไปตามขอบที่ได้รับแรงกระแทก ด้วยวิธีนี้ ค่าคงที่ที่แท้จริงของวัสดุขอบสามารถกำหนดได้ และการสูญเสียที่แท้จริงของขอบที่ได้รับแรงกระแทกสามารถกำหนดได้เพิ่มเติมโดยใช้แบบจำลองการสูญเสียเหล็ก
1. อิทธิพลของกระบวนการอบอ่อนต่อการสูญเสียเหล็ก
ปัจจัยที่มีผลต่อการสูญเสียเหล็กส่วนใหญ่เกิดขึ้นในแผ่นเหล็กซิลิคอน โดยความเค้นทางกลและความร้อนจะส่งผลต่อแผ่นเหล็กซิลิคอน ทำให้คุณสมบัติที่แท้จริงเปลี่ยนแปลงไป ความเค้นทางกลที่เพิ่มขึ้นจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในการสูญเสียเหล็ก ในขณะเดียวกัน การเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของอุณหภูมิภายในมอเตอร์ก็จะส่งเสริมให้เกิดปัญหาการสูญเสียเหล็กเช่นกัน การใช้มาตรการอบอ่อนที่มีประสิทธิภาพเพื่อขจัดความเค้นทางกลเพิ่มเติมจะมีผลดีต่อการลดการสูญเสียเหล็กภายในมอเตอร์

2. สาเหตุของการสูญเสียมากเกินไปในกระบวนการผลิต

แผ่นเหล็กซิลิคอน ซึ่งเป็นวัสดุแม่เหล็กหลักสำหรับมอเตอร์ มีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์ เนื่องจากเป็นไปตามข้อกำหนดด้านการออกแบบ นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของแผ่นเหล็กซิลิคอนเกรดเดียวกันอาจแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตแต่ละราย ดังนั้น ในการเลือกวัสดุ ควรพยายามเลือกวัสดุจากผู้ผลิตเหล็กซิลิคอนที่ดี ด้านล่างนี้คือปัจจัยสำคัญบางประการที่ส่งผลต่อการสิ้นเปลืองเหล็กที่เคยพบเจอมาแล้ว

แผ่นเหล็กซิลิคอนไม่ได้ถูกหุ้มฉนวนหรือผ่านการบำบัดอย่างเหมาะสม ปัญหาประเภทนี้สามารถตรวจพบได้ในระหว่างกระบวนการทดสอบแผ่นเหล็กซิลิคอน แต่ไม่ใช่ผู้ผลิตมอเตอร์ทุกรายจะมีอุปกรณ์ทดสอบนี้ และปัญหานี้มักไม่เป็นที่รู้จักดีในหมู่ผู้ผลิตมอเตอร์

ฉนวนระหว่างแผ่นเสียหายหรือเกิดการลัดวงจรระหว่างแผ่น ปัญหาประเภทนี้เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผลิตแกนเหล็ก หากแรงดันระหว่างการรีดแกนเหล็กสูงเกินไป จะทำให้ฉนวนระหว่างแผ่นเสียหาย หรือหากมีเสี้ยนขนาดใหญ่เกินไปหลังจากการเจาะรู ซึ่งสามารถกำจัดได้ด้วยการขัดเงา จะทำให้ฉนวนของพื้นผิวที่เจาะเสียหายอย่างรุนแรง หลังจากรีดแกนเหล็กเสร็จแล้ว ร่องไม่เรียบ จึงต้องใช้วิธีการตะไบ หรืออาจใช้การกลึงเพื่อแก้ไข เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น รูแกนเหล็กไม่สม่ำเสมอ และความไม่ตรงกันระหว่างรูแกนเหล็กกับขอบของตัวเครื่อง การใช้งานกระบวนการผลิตและแปรรูปมอเตอร์แบบดั้งเดิมเหล่านี้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสูญเสียเหล็ก

เมื่อใช้วิธีการต่างๆ เช่น การเผาหรือการให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าเพื่อถอดขดลวด อาจทำให้แกนเหล็กมีความร้อนสูงเกินไป ส่งผลให้ค่าการนำไฟฟ้าของแม่เหล็กลดลงและฉนวนระหว่างแผ่นโลหะเสียหาย ปัญหานี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในระหว่างการซ่อมแซมขดลวดและมอเตอร์ในกระบวนการผลิตและการแปรรูป

การเชื่อมซ้อนและกระบวนการอื่นๆ อาจทำให้ฉนวนระหว่างแผ่นโลหะเสียหาย ส่งผลให้การสูญเสียจากกระแสไหลวนเพิ่มขึ้น
น้ำหนักเหล็กไม่เพียงพอและการอัดแน่นระหว่างแผ่นไม่สมบูรณ์ ผลที่ตามมาคือ น้ำหนักของแกนเหล็กไม่เพียงพอ และผลที่ตามมาโดยตรงที่สุดคือ กระแสไฟฟ้าเกินค่าความคลาดเคลื่อน ในขณะเดียวกันก็อาจมีการสูญเสียเหล็กเกินมาตรฐานด้วย
ชั้นเคลือบที่หนาเกินไปบนแผ่นเหล็กซิลิคอน ทำให้วงจรแม่เหล็กอิ่มตัวมากเกินไป ในขณะนี้ เส้นกราฟความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันขณะไม่มีโหลดจะบิดเบี้ยวอย่างรุนแรง นี่เป็นองค์ประกอบสำคัญอีกประการหนึ่งในกระบวนการผลิตและการแปรรูปแผ่นเหล็กซิลิคอน

ในระหว่างการผลิตและการแปรรูปแกนเหล็ก การเรียงตัวของเกรนบนพื้นผิวการเจาะและการตัดของแผ่นเหล็กซิลิคอนอาจได้รับความเสียหาย ส่งผลให้การสูญเสียเหล็กเพิ่มขึ้นภายใต้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเดียวกัน สำหรับมอเตอร์ความถี่แปรผัน ควรพิจารณาการสูญเสียเหล็กเพิ่มเติมที่เกิดจากฮาร์โมนิกด้วย นี่เป็นปัจจัยที่ควรพิจารณาอย่างรอบด้านในกระบวนการออกแบบ

นอกเหนือจากปัจจัยข้างต้นแล้ว ค่าการออกแบบของการสูญเสียเหล็กในมอเตอร์ควรพิจารณาจากกระบวนการผลิตและการแปรรูปแกนเหล็กจริง และควรพยายามอย่างเต็มที่เพื่อให้มั่นใจว่าค่าทางทฤษฎีตรงกับค่าจริง เส้นโค้งลักษณะเฉพาะที่ผู้จำหน่ายวัสดุทั่วไปให้มานั้นวัดโดยใช้วิธีขดลวดสี่เหลี่ยมของ Epstein แต่ทิศทางการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของชิ้นส่วนต่างๆ ในมอเตอร์นั้นแตกต่างกัน และการสูญเสียเหล็กหมุนแบบพิเศษนี้ไม่สามารถนำมาพิจารณาได้ในปัจจุบัน ซึ่งอาจนำไปสู่ความคลาดเคลื่อนในระดับต่างๆ ระหว่างค่าที่คำนวณได้และค่าที่วัดได้

วิธีการลดการสูญเสียเหล็กในการออกแบบทางวิศวกรรม
มีหลายวิธีในการลดการใช้เหล็กในงานวิศวกรรม และสิ่งสำคัญที่สุดคือการปรับวิธีการให้เหมาะสมกับสถานการณ์ แน่นอนว่าไม่ใช่แค่เรื่องการใช้เหล็กเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการสูญเสียอื่นๆ ด้วย วิธีพื้นฐานที่สุดคือการทราบสาเหตุของการสูญเสียเหล็กสูง เช่น ความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กสูง ความถี่สูง หรือการอิ่มตัวเฉพาะที่มากเกินไป แน่นอนว่าในวิธีปกติ ในด้านหนึ่งจำเป็นต้องเข้าใกล้ความเป็นจริงให้มากที่สุดจากด้านการจำลอง และในอีกด้านหนึ่ง กระบวนการจะต้องผสมผสานกับเทคโนโลยีเพื่อลดการใช้เหล็กเพิ่มเติม วิธีที่ใช้กันทั่วไปคือการเพิ่มการใช้แผ่นเหล็กซิลิคอนคุณภาพดี และโดยไม่คำนึงถึงต้นทุน สามารถเลือกใช้เหล็กซิลิคอนคุณภาพสูงที่นำเข้าได้ แน่นอนว่าการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานใหม่ในประเทศก็ช่วยผลักดันการพัฒนาที่ดีขึ้นในต้นน้ำและปลายน้ำ โรงงานเหล็กในประเทศก็กำลังเปิดตัวผลิตภัณฑ์เหล็กซิลิคอนเฉพาะทางเช่นกัน Genealogy มีการจำแนกประเภทผลิตภัณฑ์ที่ดีสำหรับสถานการณ์การใช้งานต่างๆ ต่อไปนี้เป็นวิธีการง่ายๆ บางวิธีที่สามารถนำไปใช้ได้:

1. ปรับวงจรแม่เหล็กให้เหมาะสม

การปรับวงจรแม่เหล็กให้เหมาะสมที่สุดนั้น หมายถึงการปรับค่าไซน์ของสนามแม่เหล็กให้เหมาะสมที่สุด ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญไม่เพียงแต่สำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำความถี่คงที่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงมอเตอร์เหนี่ยวนำความถี่แปรผันและมอเตอร์ซิงโครนัสด้วย เมื่อครั้งที่ผมทำงานในอุตสาหกรรมเครื่องจักรสิ่งทอ ผมได้สร้างมอเตอร์สองตัวที่มีประสิทธิภาพแตกต่างกันเพื่อลดต้นทุน แน่นอนว่าสิ่งที่สำคัญที่สุดคือการมีหรือไม่มีขั้วแม่เหล็กเอียง ซึ่งส่งผลให้ลักษณะไซน์ของสนามแม่เหล็กในช่องว่างอากาศไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากการทำงานที่ความเร็วสูง การสูญเสียในแกนเหล็กจึงมีสัดส่วนมาก ส่งผลให้ความแตกต่างในการสูญเสียระหว่างมอเตอร์ทั้งสองตัวมีนัยสำคัญ สุดท้ายแล้ว หลังจากคำนวณย้อนกลับ พบว่าความแตกต่างของการสูญเสียในแกนเหล็กของมอเตอร์ภายใต้อัลกอริทึมควบคุมเพิ่มขึ้นมากกว่าสองเท่า สิ่งนี้ยังเตือนให้ทุกคนพิจารณาการเชื่อมโยงอัลกอริทึมควบคุมเมื่อสร้างมอเตอร์ควบคุมความเร็วความถี่แปรผันอีกครั้ง

2. ลดความหนาแน่นของสนามแม่เหล็ก
การเพิ่มความยาวของแกนเหล็กหรือการเพิ่มพื้นที่นำไฟฟ้าของวงจรแม่เหล็กจะช่วยลดความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก แต่ปริมาณเหล็กที่ใช้ในมอเตอร์ก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

3. ลดความหนาของเศษเหล็กเพื่อลดการสูญเสียกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ
การเปลี่ยนจากแผ่นเหล็กซิลิคอนรีดร้อนเป็นแผ่นเหล็กซิลิคอนรีดเย็นสามารถลดความหนาของแผ่นเหล็กซิลิคอนได้ แต่เศษเหล็กที่บางลงจะทำให้จำนวนเศษเหล็กเพิ่มขึ้นและต้นทุนการผลิตมอเตอร์จะสูงขึ้น

4. ใช้แผ่นเหล็กซิลิคอนรีดเย็นที่มีคุณสมบัติการนำแม่เหล็กที่ดี เพื่อลดการสูญเสียฮิสเทรีซิส
5. ใช้วัสดุเคลือบฉนวนชิปเหล็กประสิทธิภาพสูง
6. เทคโนโลยีการอบชุบความร้อนและการผลิต
ความเค้นตกค้างหลังจากการแปรรูปเศษเหล็กอาจส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อการสูญเสียของมอเตอร์ เมื่อแปรรูปแผ่นเหล็กซิลิคอน ทิศทางการตัดและความเค้นเฉือนจากการเจาะมีผลกระทบอย่างมากต่อการสูญเสียของแกนเหล็ก การตัดตามทิศทางการรีดของแผ่นเหล็กซิลิคอนและการอบชุบความร้อนบนแผ่นเหล็กซิลิคอนสามารถลดการสูญเสียได้ 10% ถึง 20%