השפעת מאמץ ליבת הברזל על ביצועי מנועים מגנט קבוע

השפעת לחץ ליבת הברזל על ביצועימנועים מגנט קבוע

ההתפתחות המהירה של הכלכלה קידמה עוד יותר את מגמת המקצועיות של תעשיית המנועים בעלי מגנט קבוע, והעלתה דרישות גבוהות יותר לביצועים הקשורים למנועים, סטנדרטים טכניים ויציבות תפעול המוצר. על מנת שמנועים בעלי מגנט קבוע יתפתחו בתחום יישומים רחב יותר, יש צורך לחזק את הביצועים הרלוונטיים מכל ההיבטים, כך שהאיכות הכוללת ומדדי הביצועים של המנוע יוכלו להגיע לרמה גבוהה יותר.

עבור מנועים בעלי מגנט קבוע, ליבת הברזל היא מרכיב חשוב מאוד בתוך המנוע. בבחירת חומרי ליבת הברזל, יש לשקול היטב האם המוליכות המגנטית יכולה לענות על צרכי העבודה של מנוע המגנט הקבוע. באופן כללי, פלדה חשמלית נבחרת כחומר הליבה למנועים בעלי מגנט קבוע, והסיבה העיקרית לכך היא שלפלדה חשמלית יש מוליכות מגנטית טובה.

לבחירת חומרי ליבת המנוע יש השפעה חשובה מאוד על הביצועים הכוללים ובקרת העלויות של מנועים בעלי מגנט קבוע. במהלך הייצור, ההרכבה והתפעול הרשמי של מנועים בעלי מגנט קבוע, ייווצרו מאמצים מסוימים על הליבה. עם זאת, קיומו של מאמצים ישפיע ישירות על המוליכות המגנטית של יריעת פלדה חשמלית, ויגרום למוליכות המגנטית לרדת בדרגות שונות, כך שביצועי מנוע המגנט הקבוע יירדו ויגדילו את אובדן המנוע.

בתכנון וייצור של מנועים בעלי מגנט קבוע, הדרישות לבחירה ושימוש בחומרים הולכות וגדלות, ואף קרובות לתקן המגביל ולרמת ביצועי החומר. כחומר הליבה של מנועים בעלי מגנט קבוע, פלדה חשמלית חייבת לעמוד בדרישות דיוק גבוהות מאוד בטכנולוגיות יישום רלוונטיות ובחישוב מדויק של אובדן ברזל על מנת לענות על הצרכים בפועל.

שיטת תכנון המנועים המסורתית המשמשת לחישוב המאפיינים האלקטרומגנטיים של פלדה חשמלית אינה מדויקת באופן ברור, מכיוון ששיטות קונבנציונליות אלו מיועדות בעיקר לתנאים קונבנציונליים, ותוצאות החישוב יהיו בעלות סטייה גדולה. לכן, נדרשת שיטת חישוב חדשה כדי לחשב במדויק את המוליכות המגנטית ואובדן הברזל של פלדה חשמלית בתנאי שדה מאמץ, כך שרמת היישום של חומרי ליבת ברזל תהיה גבוהה יותר, ומדדי הביצועים כגון יעילות של מנועי מגנט קבוע יגיעו לרמה גבוהה יותר.

ג'נג יונג וחוקרים אחרים התמקדו בהשפעת מאמץ הליבה על ביצועי מנועים בעלי מגנט קבוע, ושילבו ניתוח ניסיוני כדי לחקור את המנגנונים הרלוונטיים של תכונות מגנטיות של מאמץ וביצועי אובדן ברזל במאמץ של חומרי ליבת מנוע מגנט קבוע. המאמץ על ליבת הברזל של מנוע מגנט קבוע בתנאי הפעלה מושפע ממקורות שונים של מאמץ, וכל מקור של מאמץ מציג תכונות רבות ושונות לחלוטין.

מנקודת מבט של צורת המאמץ של ליבת הסטטור של מנועי מגנט קבוע, מקורות היווצרותו כוללים ניקוב, מסמרות, למינציה, הרכבת הפרעות של המארז וכו'. להשפעת המאמץ הנגרמת מהרכבת הפרעות של המארז יש את אזור ההשפעה הגדול והמשמעותי ביותר. עבור הרוטור של מנוע מגנט קבוע, מקורות המאמץ העיקריים שהוא נושא כוללים מאמץ תרמי, כוח צנטריפוגלי, כוח אלקטרומגנטי וכו'. בהשוואה למנועים רגילים, המהירות הרגילה של מנוע מגנט קבוע גבוהה יחסית, וגם בליבת הרוטור מותקן מבנה בידוד מגנטי.

לכן, מאמץ צנטריפוגלי הוא המקור העיקרי למאמץ. מאמץ ליבת הסטטור הנוצר על ידי מכלול ההתאבכות של מעטפת המנוע בעל המגנט הקבוע קיים בעיקר בצורת מאמץ דחיסה, ונקודת הפעולה שלו מרוכזת בעול ליבת הסטטור של המנוע, כאשר כיוון המאמץ מתבטא כמשיק היקפי. מאפיין המאמץ שנוצר על ידי הכוח הצנטריפוגלי של רוטור המנוע בעל המגנט הקבוע הוא מאמץ מתיחה, הפועל כמעט לחלוטין על ליבת הברזל של הרוטור. המאמץ הצנטריפוגלי המקסימלי פועל על הצומת של גשר הבידוד המגנטי של רוטור המנוע בעל המגנט הקבוע וצלע החיזוק, מה שמקל על ירידה בביצועים באזור זה.

השפעת מאמץ ליבת הברזל על השדה המגנטי של מנועים מגנט קבוע

בניתוח השינויים בצפיפות המגנטית של חלקים מרכזיים במנועים בעלי מגנט קבוע, נמצא כי תחת השפעת הרוויה, לא חל שינוי משמעותי בצפיפות המגנטית בצלעות החיזוק ובגשרי הבידוד המגנטי של רוטור המנוע. הצפיפות המגנטית של הסטטור והמעגל המגנטי הראשי של המנוע משתנה באופן משמעותי. זה יכול גם להסביר עוד יותר את השפעת מאמץ הליבה על התפלגות הצפיפות המגנטית והמוליכות המגנטית של המנוע במהלך פעולת מנוע המגנט הקבוע.

השפעת הלחץ על אובדן הליבה

עקב מאמץ, מאמץ הדחיסה בעול של סטטור המנוע בעל מגנט קבוע יהיה מרוכז יחסית, מה שיגרום לאובדן ברזל משמעותי ולירידה משמעותית בביצועים. קיימת בעיית אובדן ברזל משמעותית בעול של סטטור המנוע בעל מגנט קבוע, במיוחד בצומת שיני הסטטור והעול, שם אובדן הברזל גדל בצורה המשמעותית ביותר עקב המאמץ. מחקרים מצאו באמצעות חישוב כי אובדן הברזל של מנועי מגנט קבוע גדל ב-40% -50% עקב השפעת מאמץ מתיחה, דבר שעדיין מדהים למדי, ובכך הוביל לעלייה משמעותית באובדן הכולל של מנועי מגנט קבוע. באמצעות ניתוח, ניתן גם לגלות כי אובדן הברזל של המנוע הוא צורת האובדן העיקרית הנגרמת עקב השפעת מאמץ דחיסה על היווצרות ליבת הברזל של הסטטור. עבור רוטור המנוע, כאשר ליבת הברזל נמצאת תחת מאמץ מתיחה צנטריפוגלי במהלך הפעולה, לא רק שזה לא יגדיל את אובדן הברזל, אלא גם ישפיע על שיפור מסוים.

השפעת המאמץ על השראות ומומנט

ביצועי האינדוקציה המגנטית של ליבת הברזל של המנוע מתדרדרים תחת תנאי הלחץ של ליבת הברזל, והשראות הציר שלה תפחת במידה מסוימת. באופן ספציפי, בניתוח המעגל המגנטי של מנוע מגנט קבוע, מעגל הציר המגנטי כולל בעיקר שלושה חלקים: מרווח אוויר, מגנט קבוע וליבת ברזל של רוטור סטטור. ביניהם, מגנט קבוע הוא החלק החשוב ביותר. מסיבה זו, כאשר ביצועי האינדוקציה המגנטית של ליבת הברזל של מנוע מגנט קבוע משתנים, הדבר אינו יכול לגרום לשינויים משמעותיים בהשראות הציר.

חלק המעגל המגנטי של הציר, המורכב ממרווח האוויר וליבת הרוטור של הסטטור במנוע מגנט קבוע, קטן בהרבה מההתנגדות המגנטית של המגנט הקבוע. בהתחשב בהשפעת מאמץ הליבה, ביצועי האינדוקציה המגנטית מתדרדרים וההשראות של הציר פוחתות משמעותית. נתח את השפעת תכונות המאמץ המגנטי על ליבת הברזל של מנוע מגנט קבוע. ככל שביצועי האינדוקציה המגנטית של ליבת המנוע פוחתים, הקישור המגנטי של המנוע פוחת, וגם המומנט האלקטרומגנטי של מנוע המגנט הקבוע פוחת.