Ảnh hưởng của ứng suất lõi sắt lên hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu

Tác động của ứng suất lõi sắt lên hiệu suất củaĐộng cơ nam châm vĩnh cửu

Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế đã thúc đẩy hơn nữa xu hướng chuyên nghiệp hóa của ngành động cơ nam châm vĩnh cửu, đưa ra các yêu cầu cao hơn về hiệu suất liên quan đến động cơ, tiêu chuẩn kỹ thuật và độ ổn định vận hành sản phẩm. Để động cơ nam châm vĩnh cửu phát triển trong lĩnh vực ứng dụng rộng hơn, cần phải tăng cường hiệu suất liên quan từ mọi phương diện, để chất lượng tổng thể và các chỉ số hiệu suất của động cơ có thể đạt đến mức cao hơn.

Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu, lõi sắt là một thành phần rất quan trọng trong động cơ. Đối với việc lựa chọn vật liệu lõi sắt, cần phải xem xét đầy đủ xem độ dẫn từ có thể đáp ứng được nhu cầu làm việc của động cơ nam châm vĩnh cửu hay không. Nói chung, thép điện được chọn làm vật liệu lõi cho động cơ nam châm vĩnh cửu và lý do chính là thép điện có độ dẫn từ tốt.

Việc lựa chọn vật liệu lõi động cơ có tác động rất quan trọng đến hiệu suất chung và kiểm soát chi phí của động cơ nam châm vĩnh cửu. Trong quá trình sản xuất, lắp ráp và vận hành chính thức của động cơ nam châm vĩnh cửu, một số ứng suất nhất định sẽ hình thành trên lõi. Tuy nhiên, sự tồn tại của ứng suất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ dẫn từ của tấm thép điện, khiến độ dẫn từ giảm ở các mức độ khác nhau, do đó hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu sẽ giảm và sẽ làm tăng tổn thất của động cơ.

Trong thiết kế và sản xuất động cơ nam châm vĩnh cửu, yêu cầu về lựa chọn và sử dụng vật liệu ngày càng cao, thậm chí gần với tiêu chuẩn giới hạn và mức hiệu suất vật liệu. Là vật liệu cốt lõi của động cơ nam châm vĩnh cửu, thép điện phải đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác rất cao trong các công nghệ ứng dụng có liên quan và tính toán chính xác tổn thất sắt để đáp ứng nhu cầu thực tế.

Phương pháp thiết kế động cơ truyền thống được sử dụng để tính toán các đặc tính điện từ của Thép điện rõ ràng là không chính xác, vì các phương pháp thông thường này chủ yếu dành cho các điều kiện thông thường và kết quả tính toán sẽ có độ lệch lớn. Do đó, cần có một phương pháp tính toán mới để tính toán chính xác độ dẫn từ và tổn thất sắt của Thép điện trong điều kiện trường ứng suất, để mức độ ứng dụng của vật liệu lõi sắt cao hơn và các chỉ số hiệu suất như hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu đạt đến mức cao hơn.

Zheng Yong và các nhà nghiên cứu khác tập trung vào tác động của ứng suất lõi lên hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu và kết hợp phân tích thực nghiệm để khám phá các cơ chế liên quan của tính chất từ ​​ứng suất và hiệu suất mất sắt ứng suất của vật liệu lõi động cơ nam châm vĩnh cửu. Ứng suất trên lõi sắt của động cơ nam châm vĩnh cửu trong điều kiện vận hành chịu ảnh hưởng của nhiều nguồn ứng suất khác nhau và mỗi nguồn ứng suất thể hiện nhiều tính chất hoàn toàn khác nhau.

Theo quan điểm về dạng ứng suất của lõi stato của động cơ nam châm vĩnh cửu, các nguồn hình thành của nó bao gồm đục lỗ, tán đinh, cán mỏng, lắp ráp can thiệp của vỏ, v.v. Hiệu ứng ứng suất do lắp ráp can thiệp của vỏ gây ra có diện tích tác động lớn nhất và đáng kể nhất. Đối với rôto của động cơ nam châm vĩnh cửu, các nguồn ứng suất chính mà nó chịu bao gồm ứng suất nhiệt, lực ly tâm, lực điện từ, v.v. So với động cơ thông thường, tốc độ bình thường của động cơ nam châm vĩnh cửu tương đối cao và một cấu trúc cách ly từ tính cũng được lắp đặt tại lõi rôto.

Do đó, ứng suất ly tâm là nguồn ứng suất chính. Ứng suất lõi stato do cụm lắp ráp giao thoa của vỏ động cơ nam châm vĩnh cửu tạo ra chủ yếu tồn tại dưới dạng ứng suất nén và điểm tác động của nó tập trung ở gông của lõi stato động cơ, với hướng ứng suất biểu hiện là tiếp tuyến chu vi. Tính chất ứng suất do lực ly tâm của rôto động cơ nam châm vĩnh cửu tạo thành là ứng suất kéo, gần như hoàn toàn tác động lên lõi sắt của rôto. Ứng suất ly tâm tối đa tác động lên giao điểm của cầu cách ly từ rôto động cơ nam châm vĩnh cửu và gân gia cố, khiến hiệu suất dễ bị suy giảm ở khu vực này.

Tác động của ứng suất lõi sắt lên từ trường của động cơ nam châm vĩnh cửu

Phân tích những thay đổi về mật độ từ của các bộ phận chính của động cơ nam châm vĩnh cửu, người ta thấy rằng dưới tác động của bão hòa, không có thay đổi đáng kể nào về mật độ từ tại các gờ gia cố và cầu cách ly từ của rôto động cơ. Mật độ từ của stato và mạch từ chính của động cơ thay đổi đáng kể. Điều này cũng có thể giải thích thêm tác động của ứng suất lõi lên sự phân bố mật độ từ và độ dẫn từ của động cơ trong quá trình vận hành động cơ nam châm vĩnh cửu.

Tác động của căng thẳng đến mất lõi

Do ứng suất, ứng suất nén tại càng của stato động cơ nam châm vĩnh cửu sẽ tương đối tập trung, dẫn đến tổn thất đáng kể và giảm hiệu suất. Có một vấn đề tổn thất sắt đáng kể tại càng của stato động cơ nam châm vĩnh cửu, đặc biệt là tại điểm giao nhau giữa răng stato và càng, nơi tổn thất sắt tăng nhiều nhất do ứng suất. Nghiên cứu đã phát hiện thông qua tính toán rằng tổn thất sắt của động cơ nam châm vĩnh cửu đã tăng 40% -50% do ảnh hưởng của ứng suất kéo, vẫn còn khá đáng kinh ngạc, do đó dẫn đến sự gia tăng đáng kể về tổng tổn thất của động cơ nam châm vĩnh cửu. Thông qua phân tích, cũng có thể thấy rằng tổn thất sắt của động cơ là dạng tổn thất chính do ảnh hưởng của ứng suất nén đến sự hình thành lõi sắt stato. Đối với rôto động cơ, khi lõi sắt chịu ứng suất kéo ly tâm trong quá trình vận hành, không những không làm tăng tổn thất sắt mà còn có tác dụng cải thiện nhất định.

Tác động của ứng suất lên độ tự cảm và mô men xoắn

Hiệu suất cảm ứng từ của lõi sắt động cơ giảm xuống dưới điều kiện ứng suất của lõi sắt, và độ tự cảm trục của nó sẽ giảm ở một mức độ nhất định. Cụ thể, khi phân tích mạch từ của động cơ nam châm vĩnh cửu, mạch từ trục chủ yếu bao gồm ba phần: khe hở không khí, nam châm vĩnh cửu và lõi sắt rôto stato. Trong số đó, nam châm vĩnh cửu là phần quan trọng nhất. Dựa trên lý do này, khi hiệu suất cảm ứng từ của lõi sắt động cơ nam châm vĩnh cửu thay đổi, nó không thể gây ra những thay đổi đáng kể trong độ tự cảm trục.

Phần mạch từ trục gồm khe hở không khí và lõi rôto stato của động cơ nam châm vĩnh cửu nhỏ hơn nhiều so với điện trở từ của nam châm vĩnh cửu. Có tính đến ảnh hưởng của ứng suất lõi, hiệu suất cảm ứng từ giảm và độ tự cảm của trục giảm đáng kể. Phân tích tác động của ứng suất tính chất từ ​​lên lõi sắt của động cơ nam châm vĩnh cửu. Khi hiệu suất cảm ứng từ của lõi động cơ giảm, liên kết từ của động cơ giảm và mô men điện từ của động cơ nam châm vĩnh cửu cũng giảm.