Krótka analiza wymagań materiałowych dla laminowania rdzenia silnika

Właściwości materiału rdzenia silnika, będącego głównym elementem konwersji energii elektromagnetycznej, bezpośrednio determinują jego sprawność, wzrost temperatury, poziom hałasu i-długoterminową niezawodność działania. Niezależnie od tego, czy są stosowane w silnikach obrotowych, przemysłowych układach napędowych, czy jako konstrukcja fundamentowa komponentów elektromagnetycznych, takich jak rdzenie żelazne przekaźników i rdzenie elektromagnesów, dobór i jakość przetwarzania materiału rdzenia są zawsze kluczowymi aspektami projektowania i produkcji silników.

 

Z inżynierskiego punktu widzenia podstawowe wymagania jakościowe dotyczące materiałów do laminowania rdzeni silników skupiają się na trzech aspektach: wydajności elektromagnetycznej, obrabialności i-opłacalności. Wśród nich szczególnie ważne są niska utrata żelaza, wysoka przenikalność magnetyczna i dobra zdolność adaptacji do tłoczenia.

 

 

Jednym z głównych wskaźników blach ze stali elektrotechnicznej jest utrata rdzenia w określonych warunkach częstotliwości i intensywności indukcji magnetycznej. Straty w rdzeniu składają się głównie z dwóch części: straty histerezy i straty prądu wirowego.

 

Strata histerezy wynika ze zużycia energii spowodowanego powtarzającym się namagnesowaniem i rozmagnesowaniem materiałów w zmiennym polu magnetycznym. Jego wielkość jest ściśle związana ze składem chemicznym materiału, wielkością ziaren i strukturą domeny magnetycznej i jest zwykle mierzona za pomocą obszaru pętli histerezy. Większe ziarna i mniej zanieczyszczeń powodują mniejsze straty histerezy.

 

Z drugiej strony, strata prądu wirowego jest spowodowana prądem indukowanym w żelaznym rdzeniu w wyniku przemiennego strumienia magnetycznego, który jest przekształcany w energię cieplną w oporze materiału. Jego wielkość jest w istotny sposób związana z rezystywnością i grubością materiału. Mniejsza grubość i wyższa rezystywność powodują mniejsze straty prądu wirowego. Dlatego w rdzeniach silników powszechnie stosuje się cienkie-płyty ze stali elektrotechnicznej, a w celu zwiększenia rezystywności materiału stosuje się dodatki stopowe.

 

W zastosowaniach wrażliwych na energię- i reakcję-, takich jak miękkie magnetyczne rdzenie żelazne do przekaźników lub rdzenie do przekaźników elektromagnetycznych, kontrola strat żelaza jest szczególnie ważna, ponieważ bezpośrednio wpływa na szybkość i stabilność załączania przekaźnika.

 

 

Wysoka przenikalność magnetyczna oznacza, że ​​pole-przekroju obwodu magnetycznego można zmniejszyć przy tych samych warunkach strumienia magnetycznego, zmniejszając w ten sposób ilość miedzi stosowanej w uzwojeniu wzbudzenia i osiągając miniaturyzację silnika i zmniejszenie masy. Ta cecha ma kluczowe znaczenie nie tylko w przypadku silników- średniej i dużej wielkości, ale także w małych siłownikach elektromagnetycznych, takich jak rdzenie cewek przekaźników i rdzenie z czystego żelaza.

 

Ponadto materiał powinien charakteryzować się umiarkowaną twardością. Nadmierna kruchość prowadzi do pęknięć przebijających, natomiast nadmierna miękkość powoduje zwiększone zadziory i zmniejszoną stabilność wymiarową. Jakość powierzchni wymaga, aby blacha stalowa była płaska, gładka i miała jednakową grubość, aby poprawić współczynnik układania i wydłużyć żywotność matrycy. Praktyka pokazuje, że blachy ze stali elektrotechnicznej-walcowanej na zimno są znacznie lepsze od materiałów-walcowanych na gorąco pod względem konsystencji tłoczenia i trwałości matrycy, co czyni je szczególnie odpowiednimi do zastosowań związanych z precyzyjnym wykrawaniem.

 

 

Blachy ze stali krzemowej są najpowszechniej stosowanym materiałem na rdzenie silników. Zasadniczo są to cienkie blachy stalowe utworzone przez dodanie określonej proporcji krzemu do żelaznej osnowy, a następnie jej walcowanie. W zależności od procesu produkcyjnego można je podzielić na-blachy ze stali krzemowej walcowanej na gorąco i blachy-walcowane na zimno; Blachy ze stali krzemowej-walcowanej na zimno dzielą się dalej na blachy ze stali krzemowej orientowanej i blachy-nieorientowanej stali krzemowej.

 

Aby poprawić właściwości magnetyczne i zmniejszyć odporność na przebicie, blachy ze stali krzemowej zwykle wymagają wyżarzania po walcowaniu, aby wyeliminować naprężenia technologiczne i ustabilizować mikrostrukturę. Obróbkę tę można również zastosować do późniejszej optymalizacji procesów miękkich magnetycznie materiałów z czystego żelaza, takich jak rdzeń żelazny DT4C i rdzeń z czystego żelaza dla elektryków.

 

 

1. Kontrola zawartości i zanieczyszczeń krzemu

Krzem jest kluczowym czynnikiem wpływającym na właściwości użytkowe blach ze stali krzemowej. Wraz ze wzrostem zawartości krzemu wzrasta rezystywność materiału, straty żelaza znacznie się zmniejszają, ale intensywność indukcji magnetycznej maleje, natomiast wzrasta twardość i kruchość, co utrudnia walcowanie i wykrawanie. Dlatego w zastosowaniach inżynieryjnych zawartość krzemu jest zwykle kontrolowana poniżej 4,5%, aby zrównoważyć właściwości magnetyczne i przetwarzalność.

 

2. Grubość materiału

Strata prądu wirowego jest proporcjonalna do kwadratu grubości blachy stalowej. W tym samym systemie materiałów cieńsze arkusze mają mniejsze straty w rdzeniu, ale czas produkcji wydłuża się, a współczynnik układania w stosy może się zmniejszać. W konwencjonalnych silnikach elektrycznych zwykle stosuje się blachy ze stali krzemowej-o grubości 0,5 mm, podczas gdy urządzenia wytwarzające energię na dużą skalę-z wyjątkowo dużą kontrolą strat wykorzystują blachy o grubości 0,35 mm lub nawet cieńsze.

 

3. Wpływ stresu procesowego

Podczas wykrawania, układania w stosy lub nawijania nieuchronnie powstają naprężenia szczątkowe, co prowadzi do pogorszenia właściwości magnetycznych i zwiększonej utraty żelaza. W pobliżu przekroju wykrawanego tworzy się zwykle znaczna strefa koncentracji naprężeń. Wyżarzanie może skutecznie wyeliminować te naprężenia, przywracając właściwości magnetyczne materiału do stanu bliskiego pierwotnemu. W przypadku-walcowanych na zimno blach ze stali krzemowej o wysokiej wytrzymałości-ich właściwości magnetyczne są szczególnie wrażliwe na zmiany naprężeń.

 

4. Charakterystyka orientacji ziarna

Stal krzemowa jest sześciennym materiałem polikrystalicznym, w którym każde ziarno ma wiele łatwych kierunków namagnesowania. Specjalne procesy mogą sprawić, że orientacja ziaren stanie się bardziej jednolita, znacznie poprawiając wydajność magnesowania w określonym kierunku. Zorientowane blachy ze stali krzemowej mają optymalne właściwości magnetyczne wzdłuż kierunku walcowania, odpowiednie do zastosowań z strumieniem jednokierunkowym, takich jak transformatory; Nie-orientowane blachy ze stali krzemowej mają bardziej zrównoważone właściwości magnetyczne we wszystkich kierunkach, co czyni je bardziej odpowiednimi do obracających się rdzeni silników.

 

Co więcej, blachy ze stali krzemowej-zorientowanej podwójnie mają doskonałe właściwości magnetyczne w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach, ale proces ich produkcji jest złożony i kosztowny, co obecnie ogranicza ich zastosowanie do określonych-zaawansowanych zastosowań.

 

 

Chociaż rdzenie silników i rdzenie przekaźników różnią się budową i rozmiarem, łączy je wysoki stopień spójności w logice doboru materiałów. Niezależnie od tego, czy jest to stalowy rdzeń przekaźnika, rdzeń przekaźnika z czystego żelaza, czy rdzeń żelazny do przemysłowych przekaźników sterujących, wszystkie podkreślają miękkie właściwości magnetyczne, niskie straty, niską remanencję i dobrą spójność przetwarzania.

 

W dziedzinie przekaźników, zwłaszcza w przypadku-produktów kutych na zimno, takich jakRdzeń przekaźnika DT4C Żelazny rdzeńKucie na zimno i rdzeń przekaźnika kuty na zimno wymagania dotyczące czystości materiału, plastyczności i stabilności magnetycznej są jeszcze bardziej rygorystyczne, aby zapewnić-długoterminową niezawodność sprzęgania i stałą odpowiedź elektromagnetyczną.

 

 

Podsumowując, wybór materiałów do laminowania rdzenia silnika to kompleksowy projekt inżynieryjny, wymagający równowagi pomiędzy wydajnością elektromagnetyczną, technologią przetwarzania, wymaganiami konstrukcyjnymi i kontrolą kosztów. Blachy ze stali krzemowej, z ich dojrzałym systemem materiałowym i stabilnymi właściwościami magnetycznymi, pozostają głównym wyborem rdzeni silników. W przekaźnikach, siłownikach elektromagnetycznych i innych polach równie niezastąpione są rdzenie z miękkiego żelaza do przekaźników i-miękkie materiały magnetyczne o wysokiej czystości.

 

W praktycznych zastosowaniach inżynieryjnych właściwości materiałów nie istnieją w izolacji. Systematyczna ocena, uwzględniająca proces tłoczenia, wyżarzanie i końcowe warunki pracy, jest niezbędna do osiągnięcia optymalnego dopasowania wydajności rdzenia do ogólnej niezawodności maszyny.