Comment réduire la perte de fer du moteur

Facteurs affectant la consommation de fer basique

Pour analyser un problème, il est nécessaire de connaître quelques théories fondamentales pour mieux le comprendre. Il faut d'abord comprendre deux concepts : l'un est la magnétisation alternée, qui, pour simplifier, se produit dans le noyau de fer d'un transformateur et dans les dents du stator ou du rotor d'un moteur ; l'autre est la propriété de magnétisation rotationnelle, produite par la culasse du stator ou du rotor du moteur. De nombreux articles partent de deux points et calculent les pertes fer du moteur à partir de différentes caractéristiques, selon la méthode de résolution décrite ci-dessus. Des expériences ont montré que les tôles d'acier au silicium présentent les phénomènes suivants sous magnétisation de deux propriétés :
Lorsque la densité de flux magnétique est inférieure à 1,7 Tesla, la perte par hystérésis due à la magnétisation tournante est supérieure à celle due à la magnétisation alternée ; lorsqu'elle est supérieure à 1,7 Tesla, c'est l'inverse. La densité de flux magnétique de la culasse du moteur est généralement comprise entre 1,0 et 1,5 Tesla, et la perte par hystérésis due à la magnétisation tournante correspondante est environ 45 à 65 % supérieure à la perte par hystérésis due à la magnétisation alternée.
Bien entendu, les conclusions ci-dessus s'appliquent également, et je ne les ai pas personnellement vérifiées en pratique. De plus, lorsque le champ magnétique dans le noyau de fer varie, un courant y est induit, appelé courant de Foucault, et les pertes qui en résultent sont appelées pertes par courants de Foucault. Afin de réduire les pertes par courants de Foucault, le noyau de fer du moteur ne peut généralement pas être réalisé en un seul bloc, mais est empilé axialement par des tôles d'acier isolées afin de limiter la circulation des courants de Foucault. La formule de calcul spécifique de la consommation de fer ne sera pas complexe ici. La formule de base et l'importance du calcul de la consommation de fer Baidu seront très claires. Voici une analyse de plusieurs facteurs clés qui influencent notre consommation de fer, afin que chacun puisse également déduire le problème dans des applications d'ingénierie pratiques.

Après avoir abordé ce qui précède, pourquoi la fabrication d'emboutissage affecte-t-elle la consommation de fer ? Les caractéristiques du processus de poinçonnage dépendent principalement de la forme des poinçonneuses et déterminent le mode de cisaillement et le niveau de contrainte correspondants en fonction des besoins des différents types de trous et de rainures, garantissant ainsi des zones de faible contrainte à la périphérie du laminage. En raison de la relation entre la profondeur et la forme, la surface est souvent affectée par des angles vifs, au point que des niveaux de contrainte élevés peuvent entraîner des pertes de fer importantes dans les zones de faible contrainte, en particulier sur les bords de cisaillement relativement longs de la zone de laminage. Plus précisément, ces pertes se produisent principalement dans la région alvéolaire, qui devient souvent un centre de recherche dans le processus de recherche actuel. Les tôles d'acier au silicium à faible perte sont souvent caractérisées par des granulométries plus importantes. L'impact peut provoquer des bavures synthétiques et un cisaillement par déchirure sur le bord inférieur de la tôle, et l'angle d'impact peut avoir un impact significatif sur la taille des bavures et des zones de déformation. Si une zone de forte contrainte s'étend le long de la zone de déformation du bord jusqu'à l'intérieur du matériau, la structure granulaire de ces zones subira inévitablement des modifications correspondantes, se tordant ou se fracturant, et un allongement extrême du joint se produira dans le sens de la déchirure. À ce moment, la densité du joint de grains dans la zone de contrainte, dans le sens du cisaillement, augmentera inévitablement, entraînant une augmentation correspondante des pertes fer dans cette zone. Ainsi, à ce stade, le matériau dans la zone de contrainte peut être considéré comme un matériau à fortes pertes qui tombe sur la lamination ordinaire le long du bord d'impact. De cette manière, la constante réelle du matériau du bord peut être déterminée, ainsi que la perte réelle du bord d'impact, à l'aide du modèle de perte fer.
1. L'influence du processus de recuit sur la perte de fer
Les conditions d'influence des pertes fer se manifestent principalement dans les tôles d'acier au silicium. Les contraintes mécaniques et thermiques affectent ces tôles et modifient leurs caractéristiques. Des contraintes mécaniques supplémentaires entraînent des modifications des pertes fer. Parallèlement, l'augmentation continue de la température interne du moteur favorise également l'apparition de problèmes de pertes fer. Des mesures de recuit efficaces pour éliminer les contraintes mécaniques supplémentaires auront un effet bénéfique sur la réduction des pertes fer à l'intérieur du moteur.

2. Raisons des pertes excessives dans les processus de fabrication

Les tôles d'acier au silicium, principal matériau magnétique des moteurs, ont un impact significatif sur leurs performances, car elles répondent aux exigences de conception. De plus, les performances des tôles d'acier au silicium de même nuance peuvent varier d'un fabricant à l'autre. Lors du choix des matériaux, il est conseillé de privilégier des fabricants de qualité. Voici quelques facteurs clés ayant déjà influencé la consommation de fer.

La tôle d'acier au silicium n'a pas été isolée ni correctement traitée. Ce type de problème peut être détecté lors des tests des tôles d'acier au silicium, mais tous les constructeurs automobiles ne disposent pas de cet équipement de test, et ce problème est souvent mal identifié par les constructeurs.

Isolation endommagée entre les tôles ou court-circuit entre les tôles. Ce type de problème survient lors de la fabrication du noyau de fer. Une pression trop élevée lors du laminage du noyau de fer endommage l'isolation entre les tôles ; ou si les bavures sont trop importantes après le poinçonnage, elles peuvent être éliminées par polissage, ce qui endommage gravement l'isolation de la surface de poinçonnage ; une fois le laminage du noyau de fer terminé, la rainure n'est pas lisse et le limage est alors utilisé ; ou encore, en raison de facteurs tels qu'un alésage de stator irrégulier et une non-concentricité entre l'alésage du stator et le rebord du siège de la machine, le tournage peut être utilisé pour corriger la situation. L'utilisation conventionnelle de ces procédés de production et de traitement des moteurs a un impact significatif sur leurs performances, notamment en ce qui concerne les pertes fer.

Le démontage d'un bobinage par combustion ou chauffage électrique peut entraîner une surchauffe du noyau de fer, entraînant une diminution de la conductivité magnétique et une détérioration de l'isolation entre les tôles. Ce problème survient principalement lors de la réparation du bobinage et du moteur, en cours de production et de transformation.

Le soudage par empilement et d’autres procédés peuvent également endommager l’isolation entre les empilements, augmentant ainsi les pertes par courants de Foucault.
Poids du fer insuffisant et compactage incomplet entre les tôles. Le résultat final est un poids insuffisant du noyau de fer, et la conséquence la plus directe est un courant supérieur à la tolérance, tandis que les pertes de fer peuvent dépasser la norme.
Le revêtement de la tôle d'acier au silicium est trop épais, ce qui entraîne une saturation excessive du circuit magnétique. La courbe de relation entre le courant à vide et la tension est alors fortement déformée. Ce phénomène est également un élément clé du processus de production et de transformation des tôles d'acier au silicium.

Lors de la production et du traitement des noyaux de fer, l'orientation du grain de la surface de fixation du poinçonnage et du cisaillement de la tôle d'acier au silicium peut être endommagée, ce qui entraîne une augmentation des pertes de fer sous la même induction magnétique ; pour les moteurs à fréquence variable, des pertes de fer supplémentaires causées par les harmoniques doivent également être prises en compte ; il s'agit d'un facteur qui doit être pleinement pris en compte dans le processus de conception.

Outre les facteurs susmentionnés, la valeur de conception des pertes fer du moteur doit être basée sur la production et le traitement réels du noyau de fer, et tout doit être mis en œuvre pour garantir que la valeur théorique corresponde à la valeur réelle. Les courbes caractéristiques fournies par les fournisseurs de matériaux généraux sont mesurées selon la méthode de la bobine carrée d'Epstein, mais la direction de magnétisation des différentes pièces du moteur étant différente, cette perte fer rotative particulière ne peut être prise en compte actuellement. Cela peut entraîner des incohérences variables entre les valeurs calculées et mesurées.

Méthodes de réduction des pertes de fer dans la conception technique
Il existe de nombreuses façons de réduire la consommation de fer en ingénierie, et le plus important est d'adapter le traitement à la situation. Bien sûr, il ne s'agit pas seulement de la consommation de fer, mais aussi des autres pertes. La méthode la plus fondamentale consiste à identifier les causes des pertes de fer élevées, telles qu'une densité magnétique élevée, une fréquence élevée ou une saturation locale excessive. Bien sûr, il est généralement nécessaire, d'une part, de se rapprocher au plus près de la réalité grâce à la simulation, et d'autre part, de combiner le processus à la technologie pour réduire la consommation supplémentaire de fer. La méthode la plus couramment utilisée consiste à accroître l'utilisation de tôles d'acier au silicium de qualité, et quel que soit le coût, l'acier au super silicium importé peut être privilégié. Bien entendu, le développement de nouvelles technologies énergétiques nationales a également favorisé un meilleur développement en amont et en aval. Les aciéries nationales lancent également des produits spécialisés en acier au silicium. Genealogy propose une bonne classification des produits pour différents scénarios d'application. Voici quelques méthodes simples à utiliser :

1. Optimiser le circuit magnétique

Optimiser le circuit magnétique, plus précisément, revient à optimiser le sinus du champ magnétique. Ceci est crucial, et pas seulement pour les moteurs à induction à fréquence fixe. Les moteurs à induction à fréquence variable et les moteurs synchrones sont également cruciaux. Lorsque je travaillais dans l'industrie textile, j'ai fabriqué deux moteurs aux performances différentes afin de réduire les coûts. Bien sûr, le critère le plus important était la présence ou l'absence de pôles désaxés, ce qui entraînait des caractéristiques sinusoïdales incohérentes du champ magnétique de l'entrefer. Du fait du fonctionnement à haute vitesse, les pertes fer représentent une part importante, ce qui entraîne une différence significative de pertes entre les deux moteurs. Finalement, après quelques calculs rétrospectifs, la différence de pertes fer du moteur sous l'algorithme de contrôle a plus que doublé. Cela nous rappelle également l'importance de coupler les algorithmes de contrôle lors de la fabrication de moteurs à vitesse variable.

2. Réduire la densité magnétique
Augmenter la longueur du noyau de fer ou augmenter la zone de conductivité magnétique du circuit magnétique pour réduire la densité du flux magnétique, mais la quantité de fer utilisée dans le moteur augmente en conséquence ;

3.Réduction de l'épaisseur des copeaux de fer pour réduire la perte de courant induit
Le remplacement des tôles d'acier au silicium laminées à chaud par des tôles d'acier au silicium laminées à froid peut réduire l'épaisseur des tôles d'acier au silicium, mais les copeaux de fer minces augmenteront le nombre de copeaux de fer et les coûts de fabrication des moteurs ;

4.Adoption de tôles d'acier au silicium laminées à froid avec une bonne conductivité magnétique pour réduire les pertes par hystérésis ;
5.Adoption d'un revêtement isolant en copeaux de fer haute performance ;
6. Traitement thermique et technologie de fabrication
Les contraintes résiduelles après le traitement des copeaux de fer peuvent sérieusement affecter la perte du moteur. Lors du traitement des tôles d'acier au silicium, le sens de coupe et la contrainte de cisaillement au poinçonnement ont un impact significatif sur la perte du noyau de fer. La découpe dans le sens de laminage et le traitement thermique de la tôle d'acier au silicium peuvent réduire les pertes de 10 à 20 %.