Cách giảm tổn hao sắt trong động cơ

Các yếu tố ảnh hưởng đến lượng sắt tiêu thụ cơ bản

Để phân tích một vấn đề, trước tiên chúng ta cần nắm vững một số lý thuyết cơ bản, điều này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn. Thứ nhất, chúng ta cần biết hai khái niệm. Một là từ hóa xoay chiều, nói một cách đơn giản, xảy ra trong lõi sắt của máy biến áp và trong các răng stato hoặc rôto của động cơ; một là tính chất từ ​​hóa quay, được tạo ra bởi gọng stato hoặc rôto của động cơ. Có nhiều bài báo bắt đầu từ hai điểm này và tính toán tổn hao sắt của động cơ dựa trên các đặc tính khác nhau theo phương pháp giải trên. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng các tấm thép silic thể hiện các hiện tượng sau đây dưới sự từ hóa của hai tính chất:
Khi mật độ từ thông nhỏ hơn 1,7 Tesla, tổn hao trễ từ do từ hóa quay lớn hơn tổn hao trễ từ do từ hóa xoay chiều; khi mật độ từ thông lớn hơn 1,7 Tesla, điều ngược lại xảy ra. Mật độ từ thông của gọng động cơ thường nằm trong khoảng từ 1,0 đến 1,5 Tesla, và tổn hao trễ từ do từ hóa quay tương ứng lớn hơn khoảng 45 đến 65% so với tổn hao trễ từ do từ hóa xoay chiều.
Tất nhiên, những kết luận trên cũng được sử dụng, và tôi chưa tự mình kiểm chứng chúng trong thực tế. Ngoài ra, khi từ trường trong lõi sắt thay đổi, một dòng điện sẽ được tạo ra trong đó, gọi là dòng điện xoáy, và tổn thất do nó gây ra được gọi là tổn thất dòng điện xoáy. Để giảm tổn thất dòng điện xoáy, lõi sắt của động cơ thường không thể được làm thành một khối liền mạch, mà được xếp chồng lên nhau theo trục bằng các tấm thép cách điện để cản trở dòng chảy của dòng điện xoáy. Công thức tính toán cụ thể về lượng tiêu thụ sắt sẽ không phức tạp ở đây. Công thức cơ bản và ý nghĩa của việc tính toán lượng tiêu thụ sắt bằng Baidu sẽ rất rõ ràng. Sau đây là phân tích một số yếu tố chính ảnh hưởng đến lượng tiêu thụ sắt của chúng ta, để mọi người cũng có thể suy luận ngược lại vấn đề trong các ứng dụng kỹ thuật thực tế.

Sau khi thảo luận những điều trên, tại sao quá trình dập lại ảnh hưởng đến lượng tiêu hao sắt? Đặc điểm của quá trình dập chủ yếu phụ thuộc vào hình dạng khác nhau của máy dập, và xác định chế độ cắt và mức độ ứng suất tương ứng theo nhu cầu của các loại lỗ và rãnh khác nhau, từ đó đảm bảo điều kiện của các vùng ứng suất nông xung quanh chu vi của tấm thép. Do mối quan hệ giữa độ sâu và hình dạng, nó thường bị ảnh hưởng bởi các góc nhọn, đến mức mức độ ứng suất cao có thể gây ra tổn thất sắt đáng kể ở các vùng ứng suất nông, đặc biệt là ở các cạnh cắt tương đối dài trong phạm vi tấm thép. Cụ thể, điều này chủ yếu xảy ra ở vùng dạng tổ ong, thường trở thành trọng tâm nghiên cứu trong quá trình nghiên cứu thực tế. Tấm thép silic tổn thất thấp thường được xác định bởi kích thước hạt lớn hơn. Va đập có thể gây ra các gờ tổng hợp và vết cắt rách ở cạnh dưới của tấm, và góc va đập có thể ảnh hưởng đáng kể đến kích thước của các gờ và vùng biến dạng. Nếu vùng ứng suất cao kéo dài dọc theo vùng biến dạng mép vào bên trong vật liệu, cấu trúc hạt trong các khu vực này chắc chắn sẽ trải qua những thay đổi tương ứng, bị xoắn hoặc nứt vỡ, và sự kéo dài cực độ của ranh giới sẽ xảy ra dọc theo hướng xé rách. Lúc này, mật độ ranh giới hạt trong vùng ứng suất theo hướng cắt sẽ tăng lên một cách tất yếu, dẫn đến sự gia tăng tương ứng về tổn thất sắt trong khu vực. Vì vậy, tại thời điểm này, vật liệu trong vùng ứng suất có thể được coi là vật liệu tổn thất cao nằm trên lớp cán mỏng thông thường dọc theo mép va chạm. Bằng cách này, hằng số thực tế của vật liệu mép có thể được xác định, và tổn thất thực tế của mép va chạm có thể được xác định thêm bằng cách sử dụng mô hình tổn thất sắt.
1. Ảnh hưởng của quá trình ủ nhiệt đến sự hao hụt sắt
Các điều kiện ảnh hưởng đến hiện tượng hao hụt sắt chủ yếu tồn tại ở khía cạnh tấm thép silic, và ứng suất cơ học và nhiệt sẽ tác động lên tấm thép silic, làm thay đổi các đặc tính thực tế của chúng. Ứng suất cơ học bổ sung sẽ dẫn đến sự thay đổi về hao hụt sắt. Đồng thời, sự gia tăng liên tục nhiệt độ bên trong động cơ cũng sẽ thúc đẩy sự xuất hiện của các vấn đề hao hụt sắt. Áp dụng các biện pháp ủ hiệu quả để loại bỏ ứng suất cơ học bổ sung sẽ có tác dụng tích cực trong việc giảm hao hụt sắt bên trong động cơ.

2. Nguyên nhân gây ra tổn thất quá mức trong các quy trình sản xuất

Thép silic tấm, là vật liệu từ tính chính cho động cơ, có tác động đáng kể đến hiệu suất của động cơ do phải đáp ứng các yêu cầu thiết kế. Ngoài ra, hiệu suất của thép silic tấm cùng loại có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất. Khi lựa chọn vật liệu, cần nỗ lực lựa chọn vật liệu từ các nhà sản xuất thép silic uy tín. Dưới đây là một số yếu tố chính đã thực sự ảnh hưởng đến lượng tiêu thụ sắt đã được ghi nhận trước đây.

Tấm thép silic chưa được cách điện hoặc xử lý đúng cách. Loại vấn đề này có thể được phát hiện trong quá trình kiểm tra tấm thép silic, nhưng không phải tất cả các nhà sản xuất động cơ đều có hạng mục kiểm tra này, và vấn đề này thường không được các nhà sản xuất động cơ nhận biết rõ.

Hư hỏng lớp cách điện giữa các tấm hoặc hiện tượng ngắn mạch giữa các tấm. Loại sự cố này xảy ra trong quá trình sản xuất lõi sắt. Nếu áp suất trong quá trình cán lõi sắt quá cao, gây hư hỏng lớp cách điện giữa các tấm; Hoặc nếu các gờ sau khi dập quá lớn, chúng có thể được loại bỏ bằng cách đánh bóng, dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng lớp cách điện của bề mặt dập; Sau khi hoàn thành việc cán lõi sắt, rãnh không được nhẵn, và phương pháp dũa được sử dụng; Ngoài ra, do các yếu tố như lỗ stato không đều và không đồng tâm giữa lỗ stato và mép ghế máy, có thể sử dụng phương pháp tiện để sửa chữa. Việc sử dụng thông thường các quy trình sản xuất và gia công động cơ này thực sự có tác động đáng kể đến hiệu suất của động cơ, đặc biệt là tổn hao sắt.

Khi sử dụng các phương pháp như đốt hoặc nung nóng bằng điện để tháo rời cuộn dây, có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt lõi sắt, dẫn đến giảm độ dẫn từ và làm hỏng lớp cách điện giữa các lá thép. Vấn đề này chủ yếu xảy ra trong quá trình sửa chữa cuộn dây và động cơ trong quá trình sản xuất và gia công.

Việc hàn xếp chồng và các quy trình khác cũng có thể gây hư hại lớp cách điện giữa các chồng tấm, làm tăng tổn thất dòng điện xoáy.
Trọng lượng sắt không đủ và sự nén chặt giữa các tấm không hoàn toàn. Kết quả cuối cùng là trọng lượng lõi sắt không đủ, và hậu quả trực tiếp nhất là dòng điện vượt quá dung sai, đồng thời có thể xảy ra trường hợp tổn thất sắt vượt quá tiêu chuẩn.
Lớp phủ trên tấm thép silic quá dày, khiến mạch từ bị bão hòa quá mức. Lúc này, đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện không tải và điện áp bị uốn cong nghiêm trọng. Đây cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất và gia công tấm thép silic.

Trong quá trình sản xuất và gia công lõi sắt, hướng hạt của tấm thép silic được dập và gắn kết trên bề mặt cắt có thể bị hư hại, dẫn đến tăng tổn thất sắt dưới cùng một cảm ứng từ; Đối với động cơ biến tần, cần phải xem xét thêm tổn thất sắt do sóng hài gây ra; Đây là một yếu tố cần được xem xét toàn diện trong quá trình thiết kế.

Ngoài các yếu tố nêu trên, giá trị thiết kế tổn hao sắt trong động cơ cần dựa trên quá trình sản xuất và gia công thực tế của lõi sắt, và cần nỗ lực hết sức để đảm bảo giá trị lý thuyết phù hợp với giá trị thực tế. Các đường cong đặc tính do các nhà cung cấp vật liệu thông thường cung cấp được đo bằng phương pháp cuộn dây vuông Epstein, nhưng hướng từ hóa của các bộ phận khác nhau trong động cơ là khác nhau, và tổn hao sắt quay đặc biệt này hiện chưa thể được xem xét. Điều này có thể dẫn đến sự không nhất quán ở các mức độ khác nhau giữa giá trị tính toán và giá trị đo được.

Các phương pháp giảm tổn thất sắt trong thiết kế kỹ thuật
Trong kỹ thuật, có nhiều cách để giảm tiêu thụ sắt, và điều quan trọng nhất là phải điều chỉnh phương pháp cho phù hợp với tình huống. Tất nhiên, không chỉ là vấn đề tiêu thụ sắt mà còn là các tổn thất khác. Cách cơ bản nhất là tìm hiểu nguyên nhân gây ra tổn thất sắt cao, chẳng hạn như mật độ từ trường cao, tần số cao hoặc độ bão hòa cục bộ quá mức. Tất nhiên, theo cách thông thường, một mặt cần phải tiếp cận thực tế càng sát càng tốt từ phía mô phỏng, mặt khác, quá trình này được kết hợp với công nghệ để giảm thiểu tiêu thụ sắt bổ sung. Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là tăng cường sử dụng thép tấm silic chất lượng tốt, và bất kể chi phí, có thể lựa chọn thép siêu silic nhập khẩu. Tất nhiên, sự phát triển của các công nghệ năng lượng mới trong nước cũng đã thúc đẩy sự phát triển tốt hơn ở cả khâu thượng nguồn và hạ nguồn. Các nhà máy thép trong nước cũng đang tung ra các sản phẩm thép silic chuyên dụng. Về mặt nguồn gốc, có sự phân loại tốt các sản phẩm cho các kịch bản ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một vài phương pháp đơn giản thường gặp:

1. Tối ưu hóa mạch từ

Tối ưu hóa mạch từ, nói chính xác hơn, là tối ưu hóa hình sin của từ trường. Điều này rất quan trọng, không chỉ đối với động cơ cảm ứng tần số cố định. Động cơ cảm ứng tần số biến đổi và động cơ đồng bộ cũng rất quan trọng. Khi tôi làm việc trong ngành công nghiệp máy dệt, tôi đã chế tạo hai động cơ có hiệu suất khác nhau để giảm chi phí. Tất nhiên, điều quan trọng nhất là sự có hoặc không có các cực lệch, dẫn đến đặc tính hình sin không nhất quán của từ trường khe hở không khí. Do hoạt động ở tốc độ cao, tổn hao sắt chiếm tỷ lệ lớn, dẫn đến sự khác biệt đáng kể về tổn hao giữa hai động cơ. Cuối cùng, sau một số tính toán ngược, sự khác biệt về tổn hao sắt của động cơ theo thuật toán điều khiển đã tăng hơn gấp đôi. Điều này cũng nhắc nhở mọi người cần phải kết hợp các thuật toán điều khiển khi chế tạo động cơ điều khiển tốc độ biến đổi.

2. Giảm mật độ từ tính
Tăng chiều dài lõi sắt hoặc tăng diện tích dẫn từ của mạch từ để giảm mật độ từ thông, nhưng lượng sắt sử dụng trong động cơ cũng tăng lên tương ứng;

3. Giảm độ dày của các mảnh sắt để giảm tổn thất dòng điện cảm ứng.
Việc thay thế thép tấm silic cán nóng bằng thép tấm silic cán nguội có thể làm giảm độ dày của thép tấm silic, nhưng việc sử dụng phôi sắt mỏng sẽ làm tăng số lượng phôi sắt và chi phí sản xuất động cơ;

4. Sử dụng tấm thép silic cán nguội có độ dẫn từ tốt để giảm tổn hao trễ từ;
5. Sử dụng lớp phủ cách điện bằng vụn sắt hiệu suất cao;
6. Công nghệ xử lý nhiệt và sản xuất
Ứng suất dư sau khi gia công phôi sắt có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tổn thất của động cơ. Khi gia công tấm thép silic, hướng cắt và ứng suất cắt đột dập có tác động đáng kể đến tổn thất lõi sắt. Cắt theo hướng cán của tấm thép silic và xử lý nhiệt trên tấm thép silic có thể giảm tổn thất từ ​​10% đến 20%.