كيفية تقليل فقدان الحديد في المحرك

العوامل المؤثرة على استهلاك الحديد الأساسي

لتحليل أي مسألة، نحتاج أولًا إلى معرفة بعض النظريات الأساسية التي ستساعدنا على فهمها. أولًا، نحتاج إلى معرفة مفهومين. الأول هو المغنطة المتناوبة، والتي تحدث ببساطة في القلب الحديدي للمحول وفي أسنان الجزء الثابت أو الدوار للمحرك؛ والثاني هو خاصية المغنطة الدورانية، التي ينتجها نير الجزء الثابت أو الدوار للمحرك. هناك العديد من المقالات التي تبدأ من نقطتين وتحسب فقدان الحديد في المحرك بناءً على خصائص مختلفة وفقًا لطريقة الحل المذكورة أعلاه. أظهرت التجارب أن صفائح الفولاذ السيليكوني تُظهر الظواهر التالية عند مغنطة ذات خاصيتين:
عندما تكون كثافة التدفق المغناطيسي أقل من 1.7 تسلا، يكون فقدان الهستيريسيس الناتج عن المغناطيسية الدورانية أكبر من الناتج عن المغناطيسية المتناوبة؛ أما عندما تكون أعلى من 1.7 تسلا، فالعكس صحيح. تتراوح كثافة التدفق المغناطيسي لنير المحرك عادةً بين 1.0 و1.5 تسلا، ويكون فقدان الهستيريسيس الناتج عن المغناطيسية الدورانية أكبر بنسبة 45% إلى 65% تقريبًا من فقدان الهستيريسيس الناتج عن المغناطيسية المتناوبة.
بالطبع، تُستخدم الاستنتاجات المذكورة أعلاه أيضًا، ولم أتحقق منها شخصيًا في الممارسة العملية. بالإضافة إلى ذلك، عندما يتغير المجال المغناطيسي في القلب الحديدي، يتم تحريض تيار فيه، يُسمى التيار الدوامي، وتُسمى الخسائر الناتجة عنه خسائر التيار الدوامي. لتقليل فقد التيار الدوامي، لا يمكن عادةً تحويل قلب المحرك الحديدي إلى كتلة كاملة، ويتم تكديسه محوريًا بواسطة صفائح فولاذية معزولة لإعاقة تدفق التيارات الدوامية. لن تكون صيغة الحساب المحددة لاستهلاك الحديد مرهقة هنا. ستكون الصيغة الأساسية وأهمية حساب استهلاك حديد بايدو واضحة للغاية. فيما يلي تحليل للعديد من العوامل الرئيسية التي تؤثر على استهلاكنا للحديد، بحيث يمكن للجميع أيضًا استنتاج المشكلة للأمام أو للخلف في التطبيقات الهندسية العملية.

بعد مناقشة ما سبق، لماذا يؤثر تصنيع الختم على استهلاك الحديد؟ تعتمد خصائص عملية التثقيب بشكل أساسي على الأشكال المختلفة لآلات التثقيب، وتحدد وضع القص ومستوى الإجهاد المناسبين وفقًا لاحتياجات أنواع الثقوب والأخاديد المختلفة، مما يضمن ظروف مناطق الإجهاد السطحية حول محيط التصفيح. ونظرًا للعلاقة بين العمق والشكل، غالبًا ما يتأثر بالزوايا الحادة، لدرجة أن مستويات الإجهاد العالية يمكن أن تسبب فقدانًا كبيرًا للحديد في مناطق الإجهاد السطحية، وخاصةً في حواف القص الطويلة نسبيًا ضمن نطاق التصفيح. وتحديدًا، يحدث ذلك بشكل رئيسي في المنطقة السنخية، والتي غالبًا ما تصبح محورًا للبحث في عملية البحث الفعلية. غالبًا ما يتم تحديد صفائح الفولاذ السيليكوني منخفضة الفقد من خلال أحجام الحبوب الكبيرة. يمكن أن يتسبب الاصطدام في نتوءات صناعية وقص تمزيق عند الحافة السفلية للصفيحة، ويمكن أن يكون لزاوية الاصطدام تأثير كبير على حجم النتوءات ومناطق التشوه. إذا امتدت منطقة إجهاد عالية على طول منطقة تشوه الحافة إلى داخل المادة، فإن بنية الحبوب في هذه المناطق ستخضع حتمًا لتغييرات مقابلة، وستلتوي أو تتكسر، وسيحدث استطالة شديدة للحدود على طول اتجاه التمزق. في هذا الوقت، ستزداد كثافة حدود الحبوب في منطقة الإجهاد في اتجاه القص حتمًا، مما يؤدي إلى زيادة مقابلة في فقد الحديد داخل المنطقة. لذلك، في هذه المرحلة، يمكن اعتبار المادة في منطقة الإجهاد مادة عالية الفقد تقع فوق الصفائح العادية على طول حافة التأثير. وبهذه الطريقة، يمكن تحديد الثابت الفعلي لمادة الحافة، ويمكن تحديد الفقد الفعلي لحافة التأثير بشكل أكبر باستخدام نموذج فقد الحديد.
1. تأثير عملية التلدين على فقدان الحديد
تؤثر ظروف فقدان الحديد بشكل رئيسي على صفائح الفولاذ السيليكوني، حيث تؤثر الضغوط الميكانيكية والحرارية على صفائح الفولاذ السيليكوني مع تغيرات في خصائصها الفعلية. يؤدي الضغط الميكانيكي الإضافي إلى تغيرات في فقدان الحديد. في الوقت نفسه، يُعزز الارتفاع المستمر في درجة الحرارة الداخلية للمحرك حدوث مشاكل فقدان الحديد. إن اتخاذ إجراءات تلدين فعالة لإزالة الضغط الميكانيكي الإضافي سيكون له تأثير إيجابي على تقليل فقدان الحديد داخل المحرك.

2. أسباب الخسائر المفرطة في عمليات التصنيع

صفائح فولاذ السيليكون، باعتبارها المادة المغناطيسية الرئيسية للمحركات، لها تأثير كبير على أداء المحرك نظرًا لمطابقتها لمتطلبات التصميم. إضافةً إلى ذلك، قد يختلف أداء صفائح فولاذ السيليكون من نفس الدرجة باختلاف المُصنِّعين. عند اختيار المواد، يُنصح باختيار مواد من مُصنِّعين جيدين لفولاذ السيليكون. فيما يلي بعض العوامل الرئيسية التي أثرت على استهلاك الحديد والتي سبق مواجهتها.

لم تُعزل صفائح الفولاذ السيليكوني أو تُعالَج بشكل صحيح. يُمكن اكتشاف هذا النوع من المشاكل أثناء عملية اختبار صفائح الفولاذ السيليكوني، ولكن ليس جميع مُصنِّعي المحركات مُعتمدين على هذا الاختبار، وغالبًا ما لا يُدرك مُصنِّعو المحركات هذه المشكلة جيدًا.

تلف العزل بين الصفائح أو حدوث قصر كهربائي بينها. يحدث هذا النوع من المشاكل أثناء عملية تصنيع قلب الحديد. إذا كان الضغط أثناء تصفيح قلب الحديد مرتفعًا جدًا، مما يتسبب في تلف العزل بين الصفائح؛ أو إذا كانت النتوءات كبيرة جدًا بعد التثقيب، فيمكن إزالتها بالتلميع، مما يؤدي إلى تلف خطير في عزل سطح التثقيب؛ بعد اكتمال تصفيح قلب الحديد، لا يكون الأخدود ناعمًا، ويتم استخدام طريقة البرد؛ بدلاً من ذلك، بسبب عوامل مثل عدم تساوي تجويف الجزء الثابت وعدم التمركز بين تجويف الجزء الثابت وشفة مقعد الآلة، يمكن استخدام الخراطة للتصحيح. في الواقع، فإن الاستخدام التقليدي لعمليات إنتاج ومعالجة المحركات هذه له تأثير كبير على أداء المحرك، وخاصة فقدان الحديد.

عند استخدام طرق مثل الحرق أو التسخين الكهربائي لتفكيك اللفائف، قد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة قلب الحديد، مما يؤدي إلى انخفاض الموصلية المغناطيسية وتلف العازل بين الصفائح. تحدث هذه المشكلة بشكل رئيسي أثناء إصلاح اللفائف والمحرك أثناء عملية الإنتاج والمعالجة.

يمكن أن يؤدي تكديس اللحام والعمليات الأخرى أيضًا إلى إتلاف العزل بين الأكوام، مما يؤدي إلى زيادة خسائر التيار الدوامي.
نقص وزن الحديد وعدم اكتمال ضغط الصفائح. النتيجة النهائية هي أن وزن قلب الحديد غير كافٍ، والنتيجة الأكثر وضوحًا هي تجاوز التيار للتسامح، مع احتمال تجاوز فقدان الحديد للمعيار.
طبقة الطلاء على صفائح الفولاذ السيليكوني سميكة جدًا، مما يؤدي إلى تشبع الدائرة المغناطيسية بشكل كبير. في هذه الحالة، ينحني منحنى العلاقة بين التيار والجهد عند عدم التحميل بشكل حاد. يُعد هذا أيضًا عنصرًا أساسيًا في عملية إنتاج ومعالجة صفائح الفولاذ السيليكوني.

أثناء إنتاج ومعالجة نوى الحديد، قد يتلف اتجاه حبيبات سطح التثقيب والقص لصفائح الفولاذ السيليكوني، مما يؤدي إلى زيادة فقدان الحديد تحت نفس الحث المغناطيسي؛ بالنسبة للمحركات ذات التردد المتغير، يجب أيضًا مراعاة خسائر الحديد الإضافية الناجمة عن التوافقيات؛ هذا عامل يجب مراعاته بشكل شامل في عملية التصميم.

بالإضافة إلى العوامل المذكورة أعلاه، ينبغي أن تستند القيمة التصميمية لفقدان حديد المحرك إلى الإنتاج والمعالجة الفعليين لقلب الحديد، ويجب بذل كل جهد ممكن لضمان تطابق القيمة النظرية مع القيمة الفعلية. تُقاس المنحنيات المميزة التي يوفرها موردو المواد العامة باستخدام طريقة ملف إبشتاين المربع، إلا أن اتجاه المغناطيسية لأجزاء المحرك المختلفة يختلف، ولا يمكن حاليًا أخذ هذا الفقد الخاص للحديد الدوار في الاعتبار. قد يؤدي هذا إلى درجات متفاوتة من عدم الاتساق بين القيم المحسوبة والقيم المقاسة.

طرق تقليل فقدان الحديد في التصميم الهندسي
هناك طرق عديدة لتقليل استهلاك الحديد في الهندسة، والأهم هو تكييف العلاج بما يتناسب مع الوضع. بالطبع، لا يقتصر الأمر على استهلاك الحديد فحسب، بل يشمل أيضًا الخسائر الأخرى. الطريقة الأساسية هي معرفة أسباب ارتفاع فقدان الحديد، مثل الكثافة المغناطيسية العالية، أو التردد العالي، أو التشبع الموضعي المفرط. في العادة، من الضروري، من جهة، مقاربة الواقع بأقرب ما يمكن من ناحية المحاكاة، ومن جهة أخرى، دمج العملية مع التكنولوجيا لتقليل استهلاك الحديد الإضافي. الطريقة الأكثر شيوعًا هي زيادة استخدام صفائح الفولاذ السيليكوني عالية الجودة، وبغض النظر عن التكلفة، يمكن اختيار الفولاذ السيليكوني الفائق المستورد. كما أدى تطوير تقنيات الطاقة الجديدة المحلية إلى تحسين التطوير في قطاعي المنبع والمصب. كما تُطلق مصانع الصلب المحلية منتجات متخصصة من الفولاذ السيليكوني. يُقدم موقع "جينيالوجي" تصنيفًا جيدًا للمنتجات لمختلف سيناريوهات التطبيق. إليك بعض الطرق البسيطة التي يمكنك استخدامها:

1. تحسين الدائرة المغناطيسية

إن تحسين الدائرة المغناطيسية، على وجه التحديد، هو تحسين جيب المجال المغناطيسي. وهذا أمر بالغ الأهمية، ليس فقط لمحركات الحث ذات التردد الثابت. فمحركات الحث ذات التردد المتغير والمحركات المتزامنة بالغة الأهمية. عندما كنت أعمل في صناعة آلات النسيج، صنعت محركين بأداء مختلف لتقليل التكاليف. وبالطبع، كان أهم شيء هو وجود أو عدم وجود أقطاب منحرفة، مما أدى إلى خصائص جيبية غير متسقة للمجال المغناطيسي للفجوة الهوائية. ونظرًا للعمل بسرعات عالية، فإن فقدان الحديد يمثل نسبة كبيرة، مما يؤدي إلى اختلاف كبير في الخسائر بين المحركين. وأخيرًا، وبعد بعض الحسابات العكسية، زاد فرق فقدان الحديد للمحرك تحت خوارزمية التحكم بأكثر من الضعف. وهذا يذكر الجميع أيضًا بخوارزميات التحكم في الاقتران عند صنع محركات التحكم في سرعة التردد المتغير مرة أخرى.

2. تقليل الكثافة المغناطيسية
زيادة طول القلب الحديدي أو زيادة مساحة التوصيل المغناطيسي للدائرة المغناطيسية لتقليل كثافة التدفق المغناطيسي، ولكن تزداد كمية الحديد المستخدمة في المحرك تبعاً لذلك؛

3. تقليل سمك رقائق الحديد لتقليل فقدان التيار المستحث
إن استبدال صفائح الفولاذ السيليكوني المدلفن على الساخن بصفائح الفولاذ السيليكوني المدلفن على البارد يمكن أن يقلل من سمك صفائح الفولاذ السيليكوني، ولكن رقائق الحديد الرقيقة ستزيد من عدد رقائق الحديد وتكاليف تصنيع المحرك؛

4. اعتماد صفائح الفولاذ السيليكونية المدرفلة على البارد ذات الموصلية المغناطيسية الجيدة لتقليل فقدان الهستيريسيس؛
5. اعتماد طلاء عزل رقاقة الحديد عالية الأداء؛
6. تكنولوجيا المعالجة الحرارية والتصنيع
يمكن أن يؤثر الإجهاد المتبقي بعد معالجة رقائق الحديد بشكل كبير على فقدان المحرك. عند معالجة صفائح الفولاذ السيليكوني، يؤثر اتجاه القطع وإجهاد القص الناتج عن الثقب بشكل كبير على فقدان قلب الحديد. يمكن أن يؤدي القطع على طول اتجاه دحرجة صفائح الفولاذ السيليكوني وإجراء المعالجة الحرارية لها إلى تقليل الخسائر بنسبة 10% إلى 20%.