عملکرد موتور و انتخاب گریدهای فولاد سیلیکونی

ماده اولیه اصلی برای هسته موتور، ورق‌های فولاد سیلیکونی است. در حال حاضر، رایج‌ترین آنها ورق‌های نورد سرد ۴۷۰، ۶۰۰ و ۸۰۰ هستند که از بین آنها ورق‌های ۴۷۰ و ۶۰۰ بیشتر در موتورهای با راندمان بالا استفاده می‌شوند.

۱. ضرر کم.

تلفات هسته در یک فرکانس خاص و شدت القای مغناطیسی، شاخص اصلی ورق‌های فولادی الکتریکی است. تلفات هسته از دو بخش تشکیل شده است: تلفات هیسترزیس و تلفات جریان گردابی. تلفات هیسترزیس، مصرف انرژی ناشی از مغناطش متناوب هسته است که به ترکیب مواد و اندازه دانه مربوط می‌شود و می‌تواند با مساحت حلقه هیسترزیس نشان داده شود. تلفات جریان گردابی، تلفات مقاومتی ناشی از جریان گردابی تولید شده در طول مغناطش متناوب هسته است که به مقاومت و ضخامت خود ماده مربوط می‌شود. بنابراین، برای کاهش تلفات هسته، ورق‌های فولادی الکتریکی ضخامت کمتر و مقاومت بیشتری دارند.

۲. رسانایی مغناطیسی بالا.

هرچه رسانایی مغناطیسی بیشتر باشد، می‌توان با ثابت ماندن شار، سطح مقطع مدار مغناطیسی را کوچکتر کرد که این امر باعث صرفه‌جویی در مس مورد استفاده در سیم‌پیچ تحریک و کاهش اندازه موتور می‌شود.
3. خواص لمینیت خوب.

صفحات فولادی الکتریکی باید سختی مناسبی داشته باشند، نه خیلی شکننده و نه خیلی نرم. سطح باید صاف، مسطح و با ضخامت یکنواخت (با نیاز به کنترل اختلاف صفحات) باشد، که برای پانچ کردن قالب و بهبود ضریب انباشتگی مفید است. می‌توان از همان قالب برای صفحات فولادی نورد سرد استفاده کرد و عمر مفید آن را در مقایسه با صفحات فولادی نورد گرم به طور قابل توجهی افزایش داد. برخی از صفحات فولادی الکتریکی نورد سرد با پوشش‌های معدنی یا آلی می‌توانند تعداد ضربات پانچ در هر عبور از قالب را پس از یک بار سنگ‌زنی تقریباً ده برابر افزایش دهند. ●کم هزینه و آسان برای استفاده. علاوه بر الزامات فوق، برخی از موتورها اغلب الزامات بالاتری برای مواد رسانای مغناطیسی دارند. به عنوان مثال، شکست مغناطیسی کوچک و انبساط مغناطیسی کوچک. این الزامات متنوع هستند و باید به طور جامع در نظر گرفته شوند.

● ورق فولاد سیلیکونی
فولاد آلیاژی حاوی سیلیکون که به صورت ورق‌های نازک نورد می‌شود. عموماً به آن ورق فولاد سیلیکونی گفته می‌شود. بسته به فرآیند تولید، به ورق فولاد سیلیکونی نورد گرم (که تا حد زیادی از رده خارج شده است) و ورق فولاد سیلیکونی نورد سرد طبقه‌بندی می‌شود. ورق فولاد سیلیکونی نورد سرد را می‌توان بیشتر به انواع جهت‌دار و غیر جهت‌دار تقسیم کرد. در حال حاضر، ورق‌های فولاد سیلیکونی عمدتاً به شکل ورق عرضه می‌شوند. برای بهبود خواص مغناطیسی ورق فولاد سیلیکونی و کاهش مقاومت برشی آن، ورق‌های فولاد سیلیکونی داخلی در کارخانه نورد تحت عملیات آنیل قرار گرفته‌اند.

● بدون ورق سیلیکون استیل
هسته موتور به جای صفحات فولادی کم کربن و آهن خالص، از ورق‌های فولادی سیلیکونی استفاده می‌کند. این یک پیشرفت قابل توجه در تاریخ بود. ورق‌های فولادی سیلیکونی با تلفات کم، عملکرد موتور را بهبود بخشیده و اندازه آن را کاهش دادند. اکنون، به جای استفاده از ورق‌های فولادی سیلیکونی، از ورق‌های فولادی کم سیلیکون (که به عنوان نوارهای فولادی الکتریکی کم کربن یا نوارهای فولادی الکتریکی آهن خالص نیز شناخته می‌شوند) برای ساخت هسته موتورهای کوچک استفاده می‌شود، زیرا ورق‌های فولادی کم سیلیکون تولید شده با فناوری مدرن با صفحات فولادی کم کربن اصلی متفاوت هستند. آنها نه تنها قدرت القایی مغناطیسی بالایی دارند، بلکه تلفات آهنی مشابه ورق‌های فولادی سیلیکونی نیز دارند. موتورهای AC کوچک که با ورق‌های فولادی کم سیلیکون طراحی و ساخته می‌شوند، می‌توانند اندازه را بیشتر کاهش دهند، وزن را سبک‌تر کنند و هزینه را پایین بیاورند. علاوه بر این، از آنجا که ورق‌های فولادی کم سیلیکون نرم‌تر هستند، می‌توانند سرعت پانچ را افزایش داده و طول عمر قالب‌ها را افزایش دهند. اکنون، ورق‌های فولادی کم سیلیکون به طور گسترده به عنوان ماده اصلی برای موتورهای کوچک در کشورهای خارجی استفاده می‌شوند. در کشورهای صنعتی، استفاده از آنها تقریباً 50 تا 60 درصد از کل تولید ورق‌های فولادی الکتریکی را تشکیل می‌دهد.

در حال حاضر، دو حالت وجود دارد که کارخانه موتورسازی از ورق‌های فولادی غیر سیلیکونی استفاده می‌کند. یکی اینکه ورق‌های فولادی غیر سیلیکونی پس از نورد سرد مستقیماً به ورق تبدیل می‌شوند و سپس عملیات آنیل در کارخانه موتورسازی انجام می‌شود؛ حالت دیگر اینکه ورق‌های فولادی آنیل شده که توسط کارخانه فولادسازی تهیه می‌شوند، مستقیماً توسط کارخانه موتورسازی پانچ و استفاده می‌شوند. ورق‌های فولادی غیر سیلیکونی موادی با رسانایی مغناطیسی بالا هستند و شدت و اتلاف القایی مغناطیسی آنها به تنش مکانیکی بسیار حساس است. بنابراین، پس از پانچ و قبل از استفاده، حذف آنیل تنشی یک اقدام مهم برای بهبود عملکرد مغناطیسی است. عملیات حرارتی ورق‌های فولادی غیر سیلیکونی نیاز به تجهیزات تخصصی عملیات حرارتی دارد، اما اکثر کارخانه‌های موتورسازی در کشور ما هنوز چنین شرایطی را ندارند. این مشکلی است که هنگام استفاده از ورق‌های فولادی غیر سیلیکونی باید حل شود.

● میزان سیلیکون و ناخالصی سیلیکون تأثیر تعیین‌کننده‌ای بر عملکرد ورق‌های فولادی سیلیکونی دارند. پس از افزودن سیلیکون به آهن، مقاومت ویژه افزایش می‌یابد و همچنین به جداسازی کربن ناخالصی مضر کمک می‌کند. به‌طورکلی، وقتی آهن خالص با سیلیکون اضافه می‌شود، شدت القای مغناطیسی کمی کاهش می‌یابد، اما اتلاف آهن به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد. با افزایش میزان سیلیکون، سختی و شکنندگی افزایش می‌یابد که مشکلاتی را در نورد، پرس‌کاری، برش و پردازش مکانیکی ایجاد می‌کند. در حال حاضر، میزان سیلیکون ورق‌های فولادی سیلیکونی به‌طورکلی بیش از ۴.۵٪ نیست. اگر میزان سیلیکون بیشتر باشد، انجام نورد و پردازش دشوار است.

●ضخامت.با توجه به اینکه تلفات جریان گردابی در هسته آهنی متناسب با مربع ضخامت ورق فولادی است، برای همان نوع ورق فولادی سیلیکونی، هرچه ضخامت نازک‌تر باشد، تلفات هسته آهنی کمتر است، اما زمان ساخت هسته آهنی افزایش یافته و ضریب انباشتگی کاهش می‌یابد. به طور کلی، موتورها از ورق‌های فولادی سیلیکونی با ضخامت 0.5 میلی‌متر استفاده می‌کنند و هنگامی که الزامات تلفات هسته آهنی ژنراتورهای توربین بخار بزرگ بسیار سختگیرانه است، از ورق‌های فولادی سیلیکونی با ضخامت 0.35 میلی‌متر استفاده می‌شود.

●استرس.در طول فرآیندهای برش، انباشت یا پیچاندن هسته آهنی، تنش ایجاد می‌شود که عملکرد مغناطیسی را بدتر کرده و اتلاف آهن را افزایش می‌دهد. در محدوده حدود ۱ میلی‌متر در هر دو طرف خط برش (شکستن)، یک ناحیه تنش پسماند نواری سیاه قابل مشاهده تشکیل می‌شود. به طور کلی، می‌توان عملیات آنیل را برای از بین بردن تنش و بازیابی عملکرد مغناطیسی اصلی انجام داد. عملکرد مغناطیسی ورق‌های فولادی سیلیکونی نورد سرد با کارایی بالا نسبت به تنش حساس‌تر است.