כיצד להפחית את אובדן הברזל המוטורי

גורמים המשפיעים על צריכת ברזל בסיסית

כדי לנתח בעיה, ראשית עלינו להכיר כמה תיאוריות בסיסיות, שיעזרו לנו להבין. ראשית, עלינו להכיר שני מושגים. האחת היא מגנטיזציה מתחלפת, שבפשטות מתרחשת בליבת הברזל של שנאי ובשיני הסטטור או הרוטור של מנוע; האחת היא תכונת המגנטיזציה הסיבובית, המופקת על ידי הסטטור או עול הרוטור של המנוע. ישנם מאמרים רבים שמתחילים משתי נקודות ומחשבים את אובדן הברזל של המנוע על סמך מאפיינים שונים לפי שיטת הפתרון הנ"ל. ניסויים הראו כי יריעות פלדת סיליקון מציגות את התופעות הבאות תחת מגנטיזציה של שתי תכונות:
כאשר צפיפות השטף המגנטי היא מתחת ל-1.7 טסלה, אובדן ההיסטרזיס הנגרם ממגנטיזציה מסתובבת גדול מזה הנגרם ממגנטיזציה מתחלפת; כאשר הוא גבוה מ-1.7 טסלה, ההיפך הוא הנכון. צפיפות השטף המגנטי של עול המנוע היא בדרך כלל בין 1.0 ל-1.5 טסלה, ואובדן היסטרזיס המגנטיות הסיבובי המקביל גדול בכ-45 עד 65% מאובדן ההיסטרזיס המגנטיזציה לסירוגין.
כמובן שנעשה שימוש גם במסקנות הנ"ל, ולא אימתתי אותן באופן אישי בפועל. בנוסף, כאשר השדה המגנטי בליבת הברזל משתנה, מושרה בה זרם הנקרא זרם מערבולת, וההפסדים הנגרמים ממנו נקראים הפסדי זרם מערבולת. על מנת להפחית את אובדן זרם המערבולת, לרוב לא ניתן להפוך את ליבת הברזל המנוע לבלוק שלם, והיא מוערמת צירית על ידי יריעות פלדה מבודדות כדי לעכב את זרימת זרמי המערבולת. נוסחת החישוב הספציפית לצריכת ברזל לא תהיה כאן מסורבלת. הנוסחה הבסיסית והמשמעות של חישוב צריכת הברזל של Baidu תהיה ברורה מאוד. להלן ניתוח של מספר גורמים מרכזיים המשפיעים על צריכת הברזל שלנו, כך שכל אחד יכול גם להסיק קדימה או אחורה את הבעיה ביישומים הנדסיים.

לאחר שנדון באמור לעיל, מדוע ייצור הטבעה משפיע על צריכת הברזל? המאפיינים של תהליך ניקוב תלויים בעיקר בצורות שונות של מכונות ניקוב, וקובעים את מצב הגזירה ורמת הלחץ התואמים בהתאם לצרכים של סוגים שונים של חורים וחריצים, ובכך מבטיחים את התנאים של אזורי מתח רדודים סביב היקפית של הלמינציה. בשל הקשר בין עומק לצורה, הוא מושפע פעמים רבות מזוויות חדות, עד כדי כך שרמות מתח גבוהות עלולות לגרום לאובדן ברזל משמעותי באזורי לחץ רדודים, במיוחד בקצוות הגזירה הארוכים יחסית בטווח הלמינציה. באופן ספציפי, זה מתרחש בעיקר באזור המכתשית, שלעתים קרובות הופך למוקד מחקר בתהליך המחקר בפועל. יריעות פלדת סיליקון עם אובדן נמוך נקבעות לרוב על ידי גדלי גרגרים גדולים יותר. פגיעה עלולה לגרום לקורות סינתטיים ולגזירה בקצה התחתון של היריעת, ולזווית הפגיעה יכולה להיות השפעה משמעותית על גודל השורות ואזורי העיוות. אם אזור מתח גבוה משתרע לאורך אזור עיוות הקצה אל פנים החומר, מבנה הגרגירים באזורים אלה יעבור בהכרח שינויים מתאימים, יתפתל או ישבר, ותתרחש התארכות קיצונית של הגבול לאורך כיוון הקריעה. בשלב זה, צפיפות גבול התבואה באזור הלחץ בכיוון הגזירה תגדל בהכרח, מה שיוביל לעלייה מקבילה באובדן ברזל בתוך האזור. לכן, בשלב זה, ניתן להתייחס לחומר באזור הלחץ כחומר בעל אובדן גבוה הנופל על גבי הלמינציה הרגילה לאורך קצה הפגיעה. בדרך זו, ניתן לקבוע את הקבוע בפועל של חומר הקצה, ולקבוע עוד יותר את האובדן בפועל של קצה הפגיעה באמצעות מודל אובדן הברזל.
1. ההשפעה של תהליך חישול על איבוד ברזל
תנאי ההשפעה של אובדן ברזל קיימים בעיקר בהיבט של יריעות פלדת סיליקון, ומתחים מכניים ותרמיים ישפיעו על יריעות פלדת סיליקון עם שינויים במאפיינים בפועל. לחץ מכני נוסף יוביל לשינויים באיבוד ברזל. במקביל, העלייה המתמשכת בטמפרטורה הפנימית של המנוע תקדם גם את התרחשותן של בעיות איבוד ברזל. נקיטת אמצעי חישול יעילים להסרת מתח מכני נוסף תהיה השפעה מועילה על הפחתת אובדן הברזל בתוך המנוע.

2. סיבות להפסדים מופרזים בתהליכי ייצור

ליריעות פלדת סיליקון, כחומר המגנטי העיקרי למנועים, יש השפעה משמעותית על ביצועי המנוע בשל עמידתם בדרישות התכנון. בנוסף, הביצועים של יריעות פלדת סיליקון מאותו כיתה עשויים להשתנות מיצרנים שונים. בעת בחירת חומרים, יש לעשות מאמצים לבחור חומרים מיצרני פלדת סיליקון טובים. להלן כמה גורמים מרכזיים שהשפיעו בפועל על צריכת הברזל שנתקלו בהם בעבר.

יריעת פלדת הסיליקון לא בודדה או טופלה כראוי. ניתן לזהות בעיה מסוג זה במהלך תהליך הבדיקה של יריעות פלדת סיליקון, אך לא לכל יצרני המנועים יש פריט בדיקה זה, ולעתים קרובות בעיה זו אינה מוכרת היטב על ידי יצרני המנועים.

בידוד פגום בין יריעות או קצר חשמלי בין יריעות. סוג זה של בעיה מתרחשת במהלך תהליך הייצור של ליבת הברזל. אם הלחץ במהלך הלמינציה של ליבת הברזל גבוה מדי, גורם נזק לבידוד בין היריעות; או אם הקוצים גדולים מדי לאחר הניקוב, ניתן להסירם על ידי ליטוש, וכתוצאה מכך נזק חמור לבידוד משטח הניקוב; לאחר השלמת הלמינציה של ליבת הברזל, החריץ אינו חלק, ומשתמשים בשיטת ההגשה; לחלופין, עקב גורמים כגון קדחת הסטטור לא אחידה ואי-ריכוזיות בין קדחת הסטטור לשפת מושב המכונה, ניתן להשתמש בסיבוב לתיקון. לשימוש הקונבנציונלי בתהליכי ייצור ועיבוד מנוע אלו יש למעשה השפעה משמעותית על ביצועי המנוע, במיוחד על אובדן הברזל.

כאשר משתמשים בשיטות כמו שריפה או חימום בחשמל לפירוק הפיתול, הדבר עלול לגרום להתחממות יתר של ליבת הברזל, וכתוצאה מכך לירידה במוליכות המגנטית ולפגיעה בבידוד בין היריעות. בעיה זו מתרחשת בעיקר במהלך תיקון הפיתול והמנוע במהלך תהליך הייצור והעיבוד.

ערימת ריתוך ותהליכים אחרים יכולים גם הם לגרום נזק לבידוד בין הערימות, ולהגדיל את הפסדי זרם המערבולת.
משקל ברזל לא מספיק ודחיסה לא מלאה בין יריעות. התוצאה הסופית היא שהמשקל של ליבת הברזל אינו מספיק, והתוצאה הישירה ביותר היא שהזרם חורג מהסבילות, בעוד שיכולה להיות העובדה שאיבוד הברזל חורג מהתקן.
הציפוי על יריעת פלדת הסיליקון עבה מדי, מה שגורם למעגל המגנטי להיות רווי מדי. בשלב זה, עקומת היחס בין זרם ללא עומס למתח מכופף קשות. זהו גם מרכיב מרכזי בתהליך הייצור והעיבוד של יריעות פלדת סיליקון.

במהלך הייצור והעיבוד של ליבות ברזל, כיוון הגרגירים של ניקוב יריעת פלדת סיליקון וחיבור משטח הגזירה עלול להינזק, מה שמוביל לעלייה באובדן ברזל באותה אינדוקציה מגנטית; עבור מנועים בתדר משתנה, יש לשקול גם הפסדי ברזל נוספים הנגרמים על ידי הרמוניות; זהו גורם שצריך לקחת בחשבון באופן מקיף בתהליך התכנון.

בנוסף לגורמים לעיל, הערך התכנוני של אובדן ברזל מנוע צריך להתבסס על הייצור והעיבוד בפועל של ליבת הברזל, ויש לעשות כל מאמץ להבטיח שהערך התיאורטי תואם את הערך בפועל. העקומות האופייניות המסופקות על ידי ספקי חומרים כלליים נמדדות בשיטת הסליל המרובע של Epstein, אך כיוון המגנטיזציה של חלקים שונים במנוע שונה, ולא ניתן להתייחס לאובדן הברזל המסתובב המיוחד הזה כיום. זה יכול להוביל לדרגות שונות של חוסר עקביות בין ערכים מחושבים ונמדדים.

שיטות להפחתת איבוד ברזל בתכנון הנדסי
ישנן דרכים רבות להפחית את צריכת הברזל בהנדסה, והדבר החשוב ביותר הוא להתאים את התרופה למצב. כמובן שלא מדובר רק בצריכת ברזל, אלא גם בהפסדים אחרים. הדרך הבסיסית ביותר היא לדעת את הסיבות לאובדן ברזל גבוה, כגון צפיפות מגנטית גבוהה, תדר גבוה או רוויה מקומית מוגזמת. כמובן שבדרך הרגילה יש צורך מצד אחד להתקרב למציאות כמה שיותר קרוב מצד הסימולציה, ומצד שני התהליך משולב בטכנולוגיה להפחתת צריכת ברזל נוספת. השיטה הנפוצה ביותר היא הגדלת השימוש ביריעות פלדת סיליקון טובות, וללא קשר לעלות, ניתן לבחור פלדת סופר סיליקון מיובאת. כמובן, הפיתוח של טכנולוגיות חדשות מונעות אנרגיה מקומיות הניע גם פיתוח טוב יותר במעלה הזרם ובמורד הזרם. מפעלי פלדה מקומיים משיקים גם מוצרי פלדת סיליקון מיוחדים. לגנאלוגיה יש סיווג טוב של מוצרים עבור תרחישי יישומים שונים. הנה כמה שיטות פשוטות להיתקל בהן:

1. ייעול מעגל מגנטי

אופטימיזציה של המעגל המגנטי, ליתר דיוק, היא ייעול הסינוס של השדה המגנטי. זה חיוני, לא רק עבור מנועי אינדוקציה בתדר קבוע. מנועי אינדוקציה בתדר משתנה ומנועים סינכרוניים הם קריטיים. כשעבדתי בתעשיית מכונות הטקסטיל, יצרתי שני מנועים עם ביצועים שונים כדי להפחית עלויות. כמובן, הדבר החשוב ביותר היה נוכחות או היעדר קטבים מוטים, מה שהביא למאפיינים סינוסואידים לא עקביים של השדה המגנטי של פער האוויר. עקב עבודה במהירויות גבוהות, אובדן הברזל מהווה חלק גדול, וכתוצאה מכך הבדל משמעותי בהפסדים בין שני המנועים. לבסוף, לאחר כמה חישובים לאחור, הפרש אובדן הברזל של המנוע תחת אלגוריתם הבקרה גדל ביותר מפעמיים. זה גם מזכיר לכולם לחבר אלגוריתמי בקרה כאשר מייצרים שוב מנועים לבקרת מהירות בתדר משתנה.

2.הפחתת צפיפות מגנטית
הגדלת אורך ליבת הברזל או הגדלת אזור המוליכות המגנטית של המעגל המגנטי כדי להפחית את צפיפות השטף המגנטי, אך כמות הברזל המשמשת במנוע גדלה בהתאם;

3. הפחתת עובי שבבי ברזל כדי להפחית את אובדן הזרם המושרה
החלפת יריעות פלדת סיליקון מגולגלות חם ביריעות פלדת סיליקון מגולגלות קר יכולה להפחית את עובי יריעות פלדת סיליקון, אך שבבי ברזל דקים יגדילו את מספר שבבי הברזל ואת עלויות ייצור המנוע;

4. אימוץ יריעות פלדת סיליקון מגולגלות קר עם מוליכות מגנטית טובה כדי להפחית אובדן היסטרזה;
5. אימוץ ציפוי בידוד שבב ברזל בעל ביצועים גבוהים;
6. טיפול בחום וטכנולוגיית ייצור
הלחץ השיורי לאחר עיבוד שבבי ברזל יכול להשפיע ברצינות על אובדן המנוע. בעת עיבוד יריעות פלדת סיליקון, לכיוון החיתוך ולמתח הגזירה יש השפעה משמעותית על אובדן ליבת הברזל. חיתוך לאורך כיוון הגלגול של יריעת פלדת הסיליקון וביצוע טיפול בחום על יריעת פלדת הסיליקון יכולים להפחית את ההפסדים ב-10% עד 20%.