Cómo reducir la pérdida de hierro del motor

Factores que afectan el consumo básico de hierro

Para analizar un problema, primero necesitamos conocer algunas teorías básicas que nos ayudarán a comprenderlo. Primero, necesitamos conocer dos conceptos. Uno es la magnetización alterna, que, en pocas palabras, ocurre en el núcleo de hierro de un transformador y en los dientes del estator o rotor de un motor; y el otro es la magnetización rotacional, producida por el yugo del estator o rotor del motor. Existen numerosos artículos que parten de dos puntos y calculan la pérdida de hierro del motor basándose en diferentes características según el método de solución descrito anteriormente. Experimentos han demostrado que las láminas de acero al silicio presentan los siguientes fenómenos bajo la magnetización de dos propiedades:
Cuando la densidad de flujo magnético es inferior a 1,7 teslas, la pérdida por histéresis causada por la magnetización rotatoria es mayor que la causada por la magnetización alterna; cuando es superior a 1,7 teslas, ocurre lo contrario. La densidad de flujo magnético del yugo del motor se encuentra generalmente entre 1,0 y 1,5 teslas, y la pérdida por histéresis de magnetización rotatoria correspondiente es aproximadamente entre un 45 % y un 65 % mayor que la pérdida por histéresis de magnetización alterna.
Por supuesto, las conclusiones anteriores también se utilizan, y no las he verificado personalmente en la práctica. Además, cuando el campo magnético en el núcleo de hierro cambia, se induce una corriente, llamada corriente de Foucault, y las pérdidas causadas por esta se denominan pérdidas por corrientes de Foucault. Para reducir las pérdidas por corrientes de Foucault, el núcleo de hierro del motor no suele ser un bloque completo, sino que se apila axialmente con láminas de acero aisladas para impedir el flujo de corrientes de Foucault. La fórmula específica para el cálculo del consumo de hierro no será complicada aquí. La fórmula básica y la importancia del cálculo del consumo de hierro de Baidu serán muy claras. A continuación, se analizan varios factores clave que afectan el consumo de hierro, para que todos puedan deducir el problema en aplicaciones prácticas de ingeniería.

Tras lo anterior, ¿por qué la fabricación de piezas estampadas afecta el consumo de hierro? Las características del proceso de punzonado dependen principalmente de las diferentes formas de las punzonadoras y determinan el modo de corte y el nivel de tensión correspondientes según las necesidades de los diferentes tipos de agujeros y ranuras, garantizando así las condiciones de las zonas de tensión superficial alrededor de la periferia de la laminación. Debido a la relación entre la profundidad y la forma, este proceso suele verse afectado por ángulos agudos, hasta el punto de que los altos niveles de tensión pueden causar una pérdida significativa de hierro en estas zonas, especialmente en los bordes de corte relativamente largos dentro del rango de laminación. En concreto, esto ocurre principalmente en la región alveolar, que a menudo se convierte en un foco de investigación en el proceso actual. Las láminas de acero al silicio de baja pérdida suelen estar determinadas por tamaños de grano más grandes. El impacto puede causar rebabas sintéticas y cizallamiento por desgarro en el borde inferior de la lámina, y el ángulo de impacto puede tener un impacto significativo en el tamaño de las rebabas y las áreas de deformación. Si una zona de alta tensión se extiende a lo largo de la zona de deformación del borde hasta el interior del material, la estructura del grano en estas áreas inevitablemente experimentará cambios correspondientes, se torcerá o fracturará, y se producirá una elongación extrema del límite a lo largo de la dirección de desgarro. En este momento, la densidad del límite de grano en la zona de tensión en la dirección de cizallamiento aumentará inevitablemente, lo que conlleva un aumento correspondiente en la pérdida de hierro dentro de la región. Por lo tanto, en este punto, el material en el área de tensión puede considerarse un material de alta pérdida que cae sobre la laminación ordinaria a lo largo del borde de impacto. De esta manera, se puede determinar la constante real del material del borde y, con mayor precisión, la pérdida real del borde de impacto utilizando el modelo de pérdida de hierro.
1. La influencia del proceso de recocido en la pérdida de hierro
Las condiciones que influyen en la pérdida de hierro se dan principalmente en las láminas de acero al silicio, y las tensiones mecánicas y térmicas afectan a estas láminas, modificando sus características. Una tensión mecánica adicional provoca cambios en la pérdida de hierro. Al mismo tiempo, el aumento continuo de la temperatura interna del motor también favorece la aparición de problemas de pérdida de hierro. Implementar medidas de recocido eficaces para eliminar la tensión mecánica adicional contribuirá a reducir la pérdida de hierro en el motor.

2.Razones de las pérdidas excesivas en los procesos de fabricación

Las láminas de acero al silicio, principal material magnético para motores, tienen un impacto significativo en su rendimiento debido a su cumplimiento con los requisitos de diseño. Además, el rendimiento de las láminas de acero al silicio del mismo grado puede variar entre fabricantes. Al seleccionar materiales, es importante seleccionarlos de buenos fabricantes de acero al silicio. A continuación, se presentan algunos factores clave que han afectado al consumo de hierro.

La lámina de acero al silicio no ha sido aislada ni tratada adecuadamente. Este tipo de problema puede detectarse durante el proceso de prueba de las láminas de acero al silicio, pero no todos los fabricantes de motores cuentan con este elemento de prueba, y a menudo no es bien reconocido por los fabricantes de motores.

Aislamiento dañado entre láminas o cortocircuitos entre ellas. Este tipo de problema ocurre durante el proceso de fabricación del núcleo de hierro. Si la presión durante la laminación del núcleo de hierro es demasiado alta, se daña el aislamiento entre las láminas; o si las rebabas son demasiado grandes después del punzonado, pueden eliminarse mediante pulido, lo que resulta en daños graves en el aislamiento de la superficie de punzonado. Una vez finalizado el laminado del núcleo de hierro, la ranura no es lisa y se utiliza el método de limado. Alternativamente, debido a factores como la irregularidad del orificio del estator y la falta de concentricidad entre este y el labio del asiento de la máquina, se puede utilizar el torneado para corregirlo. El uso convencional de estos procesos de producción y procesamiento de motores tiene un impacto significativo en el rendimiento del motor, especialmente en la pérdida de hierro.

Al utilizar métodos como la quema o el calentamiento eléctrico para desmontar el devanado, se puede sobrecalentar el núcleo de hierro, lo que resulta en una disminución de la conductividad magnética y daños en el aislamiento entre las láminas. Este problema se produce principalmente durante la reparación del devanado y el motor durante el proceso de producción y procesamiento.

La soldadura por apilamiento y otros procesos también pueden provocar daños en el aislamiento entre las pilas, aumentando las pérdidas por corrientes parásitas.
Peso insuficiente del hierro y compactación incompleta entre las láminas. El resultado final es que el peso del núcleo de hierro es insuficiente, y la consecuencia más directa es que la corriente excede la tolerancia, aunque también puede ocurrir que la pérdida de hierro exceda el estándar.
El recubrimiento de la lámina de acero al silicio es demasiado grueso, lo que provoca una saturación excesiva del circuito magnético. En este caso, la curva de relación entre la corriente y el voltaje en vacío se desvía considerablemente. Este es también un elemento clave en el proceso de producción y procesamiento de láminas de acero al silicio.

Durante la producción y el procesamiento de núcleos de hierro, la orientación del grano de la unión de la superficie de punzonado y corte de la chapa de acero al silicio puede dañarse, lo que genera un aumento en la pérdida de hierro bajo la misma inducción magnética; para los motores de frecuencia variable, también se deben considerar pérdidas de hierro adicionales causadas por armónicos; este es un factor que se debe considerar integralmente en el proceso de diseño.

Además de los factores mencionados, el valor de diseño de la pérdida de hierro del motor debe basarse en la producción y el procesamiento reales del núcleo de hierro, y se debe hacer todo lo posible para garantizar que el valor teórico coincida con el valor real. Las curvas características proporcionadas por los proveedores de materiales generales se miden mediante el método de bobina cuadrada de Epstein, pero la dirección de magnetización de las distintas piezas del motor varía, por lo que esta pérdida de hierro rotatoria específica no puede considerarse actualmente. Esto puede generar diversos grados de inconsistencia entre los valores calculados y los medidos.

Métodos para reducir la pérdida de hierro en el diseño de ingeniería
Existen muchas maneras de reducir el consumo de hierro en ingeniería, y lo más importante es adaptar la estrategia a la situación. Por supuesto, no se trata solo del consumo de hierro, sino también de otras pérdidas. La clave es conocer las causas de la alta pérdida de hierro, como la alta densidad magnética, la alta frecuencia o la saturación local excesiva. Normalmente, por un lado, es necesario acercarse lo más posible a la realidad desde la perspectiva de la simulación, y por otro, el proceso se combina con tecnología para reducir el consumo adicional de hierro. El método más común es aumentar el uso de láminas de acero al silicio de buena calidad; independientemente del coste, se puede optar por acero al silicio de alta calidad importado. El desarrollo de nuevas tecnologías energéticas nacionales también ha impulsado un mejor desarrollo en las fases de producción y distribución. Las acerías nacionales también están lanzando productos especializados de acero al silicio. Genealogy ofrece una buena clasificación de productos para diferentes escenarios de aplicación. A continuación, se presentan algunos métodos sencillos:

1. Optimizar el circuito magnético

Optimizar el circuito magnético, para ser precisos, es optimizar la sinusoidal del campo magnético. Esto es crucial, no solo para motores de inducción de frecuencia fija. Los motores de inducción de frecuencia variable y los motores síncronos son cruciales. Cuando trabajaba en la industria de maquinaria textil, fabriqué dos motores con diferente rendimiento para reducir costos. Por supuesto, lo más importante era la presencia o ausencia de polos sesgados, lo que resultaba en características sinusoidales inconsistentes del campo magnético del entrehierro. Debido al trabajo a altas velocidades, la pérdida de hierro representa una gran proporción, lo que resulta en una diferencia significativa en las pérdidas entre los dos motores. Finalmente, después de algunos cálculos a la inversa, la diferencia de pérdida de hierro del motor bajo el algoritmo de control se ha incrementado en más del doble. Esto también recuerda a todos que es necesario acoplar algoritmos de control al fabricar motores de control de velocidad de frecuencia variable.

2. Reducir la densidad magnética
Aumentar la longitud del núcleo de hierro o aumentar el área de conductividad magnética del circuito magnético para reducir la densidad de flujo magnético, pero la cantidad de hierro utilizada en el motor aumenta en consecuencia;

3. Reducir el espesor de las virutas de hierro para reducir la pérdida de corriente inducida.
Reemplazar las láminas de acero al silicio laminadas en caliente por láminas de acero al silicio laminadas en frío puede reducir el espesor de las láminas de acero al silicio, pero las virutas de hierro delgadas aumentarán la cantidad de virutas de hierro y los costos de fabricación del motor;

4. Adopción de láminas de acero al silicio laminadas en frío con buena conductividad magnética para reducir la pérdida de histéresis;
5. Adopción de revestimiento de aislamiento de viruta de hierro de alto rendimiento;
6. Tratamiento térmico y tecnología de fabricación
La tensión residual tras el procesamiento de virutas de hierro puede afectar gravemente la pérdida del motor. Al procesar láminas de acero al silicio, la dirección de corte y la tensión de corte por punzonado influyen significativamente en la pérdida del núcleo de hierro. Cortar en la dirección de laminación de la lámina de acero al silicio y aplicarle un tratamiento térmico puede reducir las pérdidas entre un 10 % y un 20 %.