Faktoren, die den grundlegenden Eisenverlust beeinflussen
Zunächst müssen wir zwei Konzepte kennen. Das eine ist die alternierende Magnetisierung, die einfach in den Stator- oder Rotorzähnen des Motors stattfindet; das andere ist die rotierende Magnetisierung, die durch das Stator- oder Rotorjoch des Motors erzeugt wird. Experimente zeigen, dass bei Siliziumstahlblechen unter zwei Arten der Magnetisierung die folgenden Phänomene auftreten:
Wenn die Flussdichte unter 1.7 Tesla liegt, ist der Hystereseverlust durch rotierende Magnetisierung größer als der durch alternierende Magnetisierung; wenn sie über 1.7 Tesla liegt, ist das Gegenteil der Fall. Die magnetische Flussdichte des Motorjochs liegt im Allgemeinen zwischen 1.0 und 1.5 Tesla, und der entsprechende Hystereseverlust durch rotierende Magnetisierung ist etwa 45 bis 65 % größer als der Hystereseverlust durch alternierende Magnetisierung.
Wenn sich das Magnetfeld im Kern ändert, wird außerdem Strom induziert, der als Wirbelstrom bezeichnet wird, und der dadurch verursachte Verlust wird als Wirbelstromverlust bezeichnet. Um den Wirbelstromverlust zu verringern, wird der Motorkern normalerweise nicht aus einem Stück gefertigt, sondern axial durch isolierte Stahlbleche gestapelt, um den Fluss des Wirbelstroms zu behindern. Im Folgenden finden Sie eine Analyse mehrerer wichtiger Punkte, die unseren Eisenverlust beeinflussen, sodass jeder vorwärts oder rückwärts arbeiten kann, um das Problem in tatsächlichen technischen Anwendungen zu finden.
Warum beeinflusst die Herstellung von Stanzblechen den Eisenverlust? Die Eigenschaften des Stanzprozesses hängen maßgeblich von der Form der Stanzmaschinen und den Anforderungen verschiedener Loch- und Schlitztypen ab. Der entsprechende Schermodus und die Spannungsintensität werden so gewählt, dass die Bedingungen im Bereich geringer Spannungen außerhalb der Laminierung gewährleistet sind. Aufgrund des Zusammenhangs zwischen Tiefe und Form spielen scharfe Winkel eine wichtige Rolle. Hohe Spannungen führen zu erheblichem Eisenverlust im Bereich geringer Spannungen, insbesondere bei relativ langen Scherkanten innerhalb der Laminierung. Dieser Verlust tritt vor allem im Bereich der Zahnnut auf und steht daher häufig im Fokus der Forschung. Siliziumstahlbleche mit geringem Eisenverlust weisen oft größere Korngrößen auf. Der Aufprall verursacht synthetische Grate und Scherrisse an der Unterseite des Stanzblechs. Der Aufprallwinkel hat einen signifikanten Einfluss auf die Gratgröße und den Verformungsbereich. Wenn sich ein Bereich hoher Spannung entlang der Randverformungszone bis ins Innere des Materials erstreckt, verändert sich die Kornstruktur in diesen Bereichen zwangsläufig entsprechend, wird verzerrt oder gebrochen und führt zu extrem verlängerten Korngrenzen in Richtung des Abrisses. Gleichzeitig erhöht sich die Korngrenzendichte im Spannungsbereich in Scherrichtung, was einen entsprechenden Anstieg des Eisenverlusts im Inneren des Bereichs zur Folge hat. Daher kann das Material in der Spannungszone als Material mit hohem Eisenverlust betrachtet werden, das entlang der Aufprallkante in die übliche Schichtung fällt. Auf diese Weise lassen sich die tatsächlichen Materialkonstanten der Kante bestimmen, und das Eisenverlustmodell kann verwendet werden, um den tatsächlichen Eisenverlust der Aufprallkante weiter zu ermitteln.
1. Der Einfluss des Glühprozesses auf den Eisenverlust
Der Einfluss des Eisenverlusts besteht hauptsächlich bei Siliziumstahlblechen, und mechanische und thermische Belastungen wirken sich auf Siliziumstahlbleche aus, wenn sich ihre tatsächlichen Eigenschaften ändern. Zusätzliche mechanische Belastungen führen zu Änderungen des Eisenverlusts. Gleichzeitig führt der kontinuierliche Temperaturanstieg im Motor auch zum Problem des Eisenverlusts. Effektive Glühmaßnahmen zum Entfernen zusätzlicher mechanischer Belastungen wirken sich günstig auf die Verringerung des Eisenverlusts im Motor aus.
2. Gründe für große Verluste im Herstellungsprozess
Als wichtigstes magnetisch leitfähiges Material des Motors hat die Leistungskonformität des Siliziumstahlblechs einen großen Einfluss auf die Leistung des Motors. Es geht hauptsächlich darum, sicherzustellen, dass die Qualität des Siliziumstahlblechs den Konstruktionsanforderungen entspricht. Darüber hinaus ist die Materialleistung der gleichen Qualität von Siliziumstahlblechen verschiedener Hersteller unterschiedlich. Versuchen Sie bei der Materialauswahl, Materialien von guten Siliziumstahlherstellern auszuwählen. Hier sind einige Schlüsselfaktoren, die den Eisenverlust tatsächlich beeinflussen.
⏩ Das Siliziumstahlblech wurde nicht isoliert oder nicht richtig behandelt. Diese Art von Problem kann im Erkennungsprozess von Siliziumstahlblechen gefunden werden, aber nicht alle Motorhersteller verfügen über dieses Erkennungselement, und dieses Problem wird von den Motorherstellern oft nicht gut erkannt.
⏩ Die Isolierung zwischen den Blechen ist beschädigt oder es liegt ein Kurzschluss zwischen den Blechen vor. Diese Art von Problem tritt während des Herstellungsprozesses des Kerns auf. Wenn der Druck während der Laminierung des Kerns zu groß ist, wird die Isolierung zwischen den Blechen beschädigt; oder die Grate nach dem Stanzen sind zu groß und werden durch Schleifen entfernt, was zu schweren Schäden an der Isolierung auf der Oberfläche des gestanzten Blechs führt; und die Schlitze sind nach Abschluss der Laminierung nicht glatt und es wird die Feilmethode verwendet; oder die Innenbohrung des Stators ist nicht glatt, die Innenbohrung des Stators und der Maschinenbasisanschlag sind nicht konzentrisch usw. und es wird die Drehmethode verwendet, um dies zu korrigieren. Diese üblichen Verwendungen bei der Herstellung und Verarbeitung von Motoren haben tatsächlich einen großen Einfluss auf die Leistung des Motors, insbesondere auf den Eisenverlust.
⏩ Wenn die Wicklung durch Verbrennen oder elektrisches Erhitzen entfernt wird, wird der Kern überhitzt, die magnetische Leitfähigkeit verringert und die Isolierung zwischen den Blechen beschädigt. Dieses Problem tritt hauptsächlich bei der Reparatur von Wicklungen und Motoren während des Produktions- und Verarbeitungsprozesses auf.
⏩ Stapelschweißen und andere Prozesse führen ebenfalls zu Isolationsschäden zwischen den Laminierungen und erhöhen die Wirbelstromverluste.
⏩ Das Eisengewicht reicht nicht aus und die Bleche sind nicht verdichtet. Das Endergebnis ist, dass das Gewicht des Kerns nicht ausreicht, was direkt zu übermäßigem Strom und übermäßigem Eisenverlust führt.
⏩ Das Siliziumstahlblech ist zu dick lackiert, wodurch der Magnetkreis zu stark gesättigt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Beziehungskurve zwischen Leerlaufstrom und Spannung stark verbogen. Dies ist auch ein Schlüsselfaktor bei der Herstellung und Verarbeitung von Siliziumstahlblechen.
⏩ Durch die Herstellung und Verarbeitung des Kerns wird die Kornausrichtung der Stanz- und Scherflächenbefestigung des Siliziumstahlblechs zerstört, was bei gleicher magnetischer Induktion zu einem Anstieg des Eisenverlusts führt. Bei Motoren mit variabler Frequenz muss auch der zusätzliche Eisenverlust durch Oberschwingungen berücksichtigt werden. Dies ist ein Faktor, der im Konstruktionsprozess berücksichtigt werden sollte.
Zusätzlich zu den oben genannten Faktoren sollte der Auslegungswert des Motoreisenverlusts auf der tatsächlichen Produktion und Verarbeitung des Kerns basieren und versuchen, den theoretischen Wert mit dem tatsächlichen Wert in Einklang zu bringen. Die vom allgemeinen Materiallieferanten bereitgestellte Kennlinie wird nach der Epstein-Kreis-Methode gemessen, und die Magnetisierungsrichtung verschiedener Teile des Motors ist unterschiedlich. Dieser spezielle Rotationseisenverlust kann derzeit nicht berücksichtigt werden. Dies führt zu Inkonsistenzen zwischen dem berechneten Wert und dem gemessenen Wert in unterschiedlichem Ausmaß.
Methoden zur Reduzierung des Eisenverlusts in der technischen Konstruktion
Es gibt viele Möglichkeiten, den Eisenverlust in der Technik zu reduzieren, und das Wichtigste ist, das richtige Medikament für die richtige Krankheit zu verschreiben. Natürlich ist es nicht nur ein Problem des Eisenverlusts, sondern auch bei anderen Verlusten ist das gleiche. Der grundlegendste Weg besteht darin, den Grund für den hohen Eisenverlust zu kennen, sei es aufgrund einer hohen magnetischen Dichte, einer hohen Frequenz oder einer übermäßigen lokalen Sättigung usw. Natürlich muss man gemäß der normalen Methode einerseits versuchen, von der Simulationsseite her der Realität nahe zu kommen, und andererseits reduziert die Prozessanpassungstechnologie den zusätzlichen Eisenverlust. Der gängigste Weg besteht darin, den Austausch von guten Siliziumstahlblechen zu erhöhen. Wenn die Kosten nicht berücksichtigt werden, kann importierter Supersiliziumstahl ausgewählt werden. Natürlich hat die Entwicklung der inländischen Antriebstechnologie für neue Energien auch zu einer besseren Entwicklung der vor- und nachgelagerten Bereiche geführt. Inländische Stahlwerke bringen auch spezielle Siliziumstahlprodukte auf den Markt. Das Spektrum bietet eine bessere Klassifizierung der Produkte für verschiedene Anwendungsszenarien. Hier sind einige direktere Methoden:
⏩ Optimieren Sie den Magnetkreis
Um den Magnetkreis zu optimieren, muss man genauer gesagt die Sinusform des Magnetfelds optimieren. Dies ist sehr wichtig, nicht nur für Induktionsmotoren mit fester Frequenz. Induktionsmotoren mit variabler Frequenz und Synchronmotoren sind entscheidend. Als ich in der Textilmaschinenindustrie arbeitete, baute ich aus Kostengründen zwei Motoren mit unterschiedlicher Leistung. Das Wichtigste war natürlich, ob es einen schiefen Pol gab, der zu einer inkonsistenten Sinusform des Luftspaltmagnetfelds führte. Da es unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen arbeitet, macht der Eisenverlust einen großen Anteil aus, sodass der Verlust der beiden Motoren sehr unterschiedlich ist. Schließlich unterschied sich der Eisenverlust des Motors unter dem Steueralgorithmus nach einer Reihe von Rückwärtsberechnungen um mehr als das Zweifache. Hier möchte ich auch alle daran erinnern, dass Sie beim Bau von Motoren mit variabler Frequenz und Drehzahlregelung den Steueralgorithmus koppeln müssen, um dies zu erreichen.
⏩ Reduzieren Sie die magnetische Dichte
Erhöhen Sie die Länge des Eisenkerns oder vergrößern Sie den magnetischen Leitfähigkeitsbereich des Magnetkreises, um die magnetische Flussdichte zu verringern. Die im Motor verwendete Eisenmenge erhöht sich jedoch entsprechend.
⏩ Reduzieren Sie die Dicke des Eisenkerns, um den Verlust des induzierten Stroms zu verringern. Beispielsweise kann die Verwendung von kaltgewalzten Siliziumstahlblechen anstelle von warmgewalzten Siliziumstahlblechen die Dicke der Siliziumstahlbleche verringern, dünne Eisenkernbleche erhöhen jedoch die Anzahl der Eisenkernbleche und die Herstellungskosten des Motors.
⏩ Verwenden Sie kaltgewalzte Siliziumstahlbleche mit guter magnetischer Leitfähigkeit, um den Hystereseverlust zu verringern.
⏩ Verwenden Sie eine Hochleistungs-Isolierbeschichtung aus Eisenkernblech.
⏩ Wärmebehandlung und Fertigungstechnik
Die Restspannung nach der Verarbeitung des Eisenkernblechs wirkt sich erheblich auf den Motorverlust aus. Bei der Verarbeitung von Siliziumstahlblechen haben die Schnittrichtung und die Stanzscherspannung einen größeren Einfluss auf den Eisenkernverlust. Das Schneiden entlang der Walzrichtung des Siliziumstahlblechs und die Wärmebehandlung des Siliziumstahl-Stanzblechs können den Verlust um 10 bis 20 % reduzieren.
