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

Ảnh hưởng của ứng suất lõi sắt đến 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 công nghiệp động cơ nam châm vĩnh cửu, đặt ra yêu cầu cao hơn về hiệu suất liên quan đến động cơ, tiêu chuẩn kỹ thuật và độ ổn định khi vận hành sản phẩm. Để động cơ nam châm vĩnh cửu phát triển trong lĩnh vực ứng dụng rộng rãi hơn, cần tăng cường hiệu suất liên quan từ mọi khía cạnh, để chất lượng tổng thể và các chỉ số hiệu suất của động cơ có thể đạt mức cao hơn.

Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu, lõi sắt là bộ phận rất quan trọng bên trong động cơ. Để lựa chọn vật liệu lõi sắt, cần xem xét đầy đủ liệu độ dẫn từ có thể đáp ứng nhu cầu làm việc của động cơ nam châm vĩnh cửu hay không. Nói chung, Thép điện được chọn làm vật liệu cốt lõi cho động cơ nam châm vĩnh cửu, nguyên nhân chính là do Thép điện có tính dẫn điện tốt.

Việc lựa chọn vật liệu lõi động cơ có tác động rất quan trọng đến hiệu suất tổng thể và kiểm soát chi phí của động cơ nam châm vĩnh cửu. Trong quá trình sản xuất, lắp ráp và vận hành chính thức 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 làm tăng tổn thất động cơ.

Trong thiết kế và chế tạo động cơ nam châm vĩnh cửu, yêu cầu lựa chọn và sử dụng vật liệu ngày càng cao, thậm chí gần đạt tiêu chuẩn giới hạn và mức độ hoạt động của vật liệu. Là vật liệu cốt lõi của động cơ nam châm vĩnh cửu, Thép điện phải đáp ứng yêu cầu độ chính xác rất cao trong các công nghệ ứng dụng liên quan và tính toán chính xác tổn thất sắt mới đáp ứng được nhu cầu thực tế.

Phương pháp thiết kế động cơ truyền thống dùng để tính toán các đặc tính điện từ của Thép điện rõ ràng là không chính xác, bởi 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. Vì vậy, 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 hoạt động như hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu đạt một mức độ cao hơn.

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

Từ góc độ 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, cụm nhiễu của vỏ, v.v. Hiệu ứng ứng suất do cụm nhiễu của vỏ gây ra là lớn nhất và khu vực tác động đáng kể nhất. Đối với rôto của động cơ nam châm vĩnh cửu, các nguồn gây 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 cấu trúc cách ly từ tính cũng được lắp đặt ở lõi rôto.

Vì vậy, ứng suất ly tâm là nguồn gây ứng suất chính. Ứng suất lõi stato được tạo ra bởi cụm giao thoa của vỏ động cơ nam châm vĩnh cửu chủ yếu tồn tại dưới dạng ứng suất nén và điểm tác dụng của nó tập trung ở ách của lõi stato động cơ, với hướng ứng suất biểu hiện dưới dạng tiếp tuyến chu vi. Đặc tính ứng suất được hình thành bởi lực ly tâm của rôto động cơ nam châm vĩnh cửu là ứng suất kéo, gần như tác dụng hoàn toàn 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 sườn gia cố, khiến dễ dàng xảy ra suy giảm hiệu suất ở khu vực này.

Ảnh hưởng của ứng suất lõi sắt đến từ trường của động cơ nam châm vĩnh cửu

Phân tích sự thay đổi 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 sự thay đổi đáng kể về mật độ từ tại các gân 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 về ảnh hưởng của ứng suất lõi đến sự phân bố mật độ từ và độ dẫn từ của động cơ trong quá trình hoạt động của động cơ nam châm vĩnh cửu.

Ảnh hưởng của căng thẳng đến mất lõi

Do ứng suất, ứng suất nén ở ách của stato động cơ nam châm vĩnh cửu sẽ tương đối tập trung, dẫn đến tổn thất đáng kể và suy giảm hiệu suất. Có vấn đề tổn thất sắt đáng kể ở gông của stato động cơ nam châm vĩnh cửu, đặc biệt là ở điểm nối giữa răng stato và gông, nơi tổn thất sắt tăng nhiều nhất do ứng suất. Qua tính toán, nghiên cứu đã phát hiện ra rằng tổn hao sắt của động cơ nam châm vĩnh cửu đã tăng từ 40% -50% do ảnh hưởng của ứng suất kéo, điều này vẫn còn khá đáng kinh ngạc, do đó dẫn đến tổng tổn hao sắt của động cơ nam châm vĩnh cửu tăng đáng kể. Qua phân tích cũng có thể nhận thấy tổn hao sắt của động cơ là dạng tổn hao chủ yếu do ảnh hưởng của ứng suất nén đến quá trình hình thành lõi sắt stato. Đối với rôto động cơ, khi lõi sắt chịu lực kéo ly tâm trong quá trình vận hành, nó không những không làm tăng tổn thất sắt mà còn có tác dụng cải thiện nhất định.

Ảnh hưởng của ứng suất đến độ tự cảm và mô-men xoắn

Hiệu suất cảm ứng từ của lõi sắt động cơ bị suy giảm trong điều kiện ứng suất của lõi sắt và độ tự cảm của 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 bộ phận 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 về độ tự cảm của trục.

Phần mạch từ trục bao 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 suy giảm và độ tự cảm của trục giảm đáng kể. Phân tích tác động của đặc tính ứng suất 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.