ประสิทธิภาพของมอเตอร์และการเลือกใช้เหล็กซิลิคอนเกรดต่างๆ

วัตถุดิบหลักสำหรับแกนมอเตอร์คือแผ่นเหล็กซิลิคอน ปัจจุบันที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือแผ่นเหล็กรีดเย็นเบอร์ 470, 600 และ 800 โดยแผ่นเหล็กเบอร์ 470 และ 600 นิยมใช้ในมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงมากกว่า

1. การสูญเสียต่ำ

การสูญเสียแกนที่ความถี่และความเข้มของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่กำหนด เป็นตัวบ่งชี้สำคัญของแผ่นเหล็กไฟฟ้า การสูญเสียแกนประกอบด้วยสองส่วน คือ การสูญเสียฮิสเทอรีซิสและการสูญเสียกระแสไหลวน การสูญเสียฮิสเทอรีซิสคือการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กสลับของแกน ซึ่งเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบของวัสดุและขนาดของเกรน และสามารถแสดงได้ด้วยพื้นที่ของวงฮิสเทอรีซิส การสูญเสียกระแสไหลวนคือการสูญเสียความต้านทานที่เกิดจากกระแสไหลวนที่เกิดขึ้นระหว่างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กสลับของแกน ซึ่งเกี่ยวข้องกับความต้านทานจำเพาะและความหนาของวัสดุ ดังนั้น เพื่อลดการสูญเสียแกน แผ่นเหล็กไฟฟ้าจึงมีความหนาน้อยลงและมีความต้านทานจำเพาะสูงขึ้น

2. การนำไฟฟ้าแม่เหล็กสูง

ยิ่งค่าการนำไฟฟ้าของแม่เหล็กสูงเท่าไร พื้นที่หน้าตัดของวงจรแม่เหล็กก็จะยิ่งเล็กลงเท่านั้น เมื่อฟลักซ์ยังคงที่ ซึ่งจะช่วยประหยัดทองแดงที่ใช้ในขดลวดกระตุ้นและลดขนาดของมอเตอร์ได้
3. คุณสมบัติการเคลือบที่ดี

แผ่นเหล็กสำหรับงานไฟฟ้าควรมีความแข็งที่เหมาะสม ไม่เปราะหรืออ่อนเกินไป พื้นผิวควรเรียบ แบน และมีความหนาสม่ำเสมอ (โดยมีข้อกำหนดในการควบคุมความแตกต่างของแผ่น) ซึ่งเอื้อต่อการเจาะแม่พิมพ์และปรับปรุงค่าสัมประสิทธิ์การเรียงซ้อน แม่พิมพ์เดียวกันสามารถใช้กับแผ่นเหล็กรีดเย็นได้ และอายุการใช้งานสามารถยืดออกไปได้อย่างมากเมื่อเทียบกับแผ่นเหล็กรีดร้อน แผ่นเหล็กสำหรับงานไฟฟ้ารีดเย็นบางชนิดที่มีการเคลือบด้วยสารอนินทรีย์หรือสารอินทรีย์สามารถเพิ่มจำนวนครั้งในการเจาะต่อรอบของแม่พิมพ์ได้เกือบสิบเท่าหลังจากการเจียรเพียงครั้งเดียว ●ต้นทุนต่ำและใช้งานง่าย นอกจากข้อกำหนดข้างต้นแล้ว มอเตอร์บางชนิดมักมีข้อกำหนดที่สูงกว่าสำหรับวัสดุตัวนำแม่เหล็ก ตัวอย่างเช่น การเสียรูปแม่เหล็กน้อยและการขยายตัวของแม่เหล็กน้อย ข้อกำหนดเหล่านี้มีหลากหลายและควรได้รับการพิจารณาอย่างรอบด้าน

●แผ่นเหล็กซิลิคอน
เหล็กผสมที่มีซิลิคอนเป็นส่วนประกอบ ซึ่งถูกรีดเป็นแผ่นบางๆ โดยทั่วไปเรียกว่าแผ่นเหล็กซิลิคอน ขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิต สามารถแบ่งออกเป็นแผ่นเหล็กซิลิคอนรีดร้อน (ซึ่งส่วนใหญ่เลิกใช้แล้ว) และแผ่นเหล็กซิลิคอนรีดเย็น แผ่นเหล็กซิลิคอนรีดเย็นยังสามารถแบ่งย่อยออกเป็นแบบมีทิศทางและแบบไม่มีทิศทาง ปัจจุบัน แผ่นเหล็กซิลิคอนส่วนใหญ่จำหน่ายในรูปทรงแผ่น เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของแผ่นเหล็กซิลิคอนและลดความแข็งแรงในการรับแรงเฉือน แผ่นเหล็กซิลิคอนที่ผลิตในประเทศจึงได้รับการอบอ่อนในโรงรีด

●แผ่นเหล็กซิลิคอนปลอดสาร
แกนมอเตอร์ใช้แผ่นเหล็กซิลิคอนแทนแผ่นเหล็กคาร์บอนต่ำและเหล็กบริสุทธิ์ ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในประวัติศาสตร์ แผ่นเหล็กซิลิคอนที่มีการสูญเสียต่ำช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของมอเตอร์และลดขนาดลง ปัจจุบัน แทนที่จะใช้แผ่นเหล็กซิลิคอน จึงมีการใช้แผ่นเหล็กซิลิคอนต่ำ (หรือที่รู้จักกันในชื่อแผ่นเหล็กไฟฟ้าคาร์บอนต่ำหรือแผ่นเหล็กไฟฟ้าเหล็กบริสุทธิ์) ในการผลิตแกนมอเตอร์ขนาดเล็ก เนื่องจากแผ่นเหล็กซิลิคอนต่ำที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่นั้นแตกต่างจากแผ่นเหล็กคาร์บอนต่ำแบบดั้งเดิม พวกมันไม่เพียงแต่มีความแข็งแรงในการเหนี่ยวนำแม่เหล็กสูง แต่ยังมีค่าการสูญเสียเหล็กใกล้เคียงกับแผ่นเหล็กซิลิคอนด้วย มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับขนาดเล็กที่ออกแบบและผลิตด้วยแผ่นเหล็กซิลิคอนต่ำสามารถลดขนาด ลดน้ำหนัก และลดต้นทุนได้มากยิ่งขึ้น นอกจากนี้ เนื่องจากแผ่นเหล็กซิลิคอนต่ำมีความอ่อนตัวกว่า จึงสามารถเพิ่มความเร็วในการขึ้นรูปและยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ได้ ปัจจุบัน แผ่นเหล็กซิลิคอนต่ำจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุแกนสำหรับมอเตอร์ขนาดเล็กในต่างประเทศ ในประเทศอุตสาหกรรม การใช้งานเหล็กแผ่นไฟฟ้าคิดเป็นประมาณ 50-60% ของผลผลิตทั้งหมด

ปัจจุบัน โรงงานผลิตมอเตอร์ใช้แผ่นเหล็กไร้ซิลิคอนอยู่ 2 สถานการณ์ สถานการณ์แรกคือ การนำแผ่นเหล็กไร้ซิลิคอนที่ผ่านการรีดเย็นแล้วมารีดเป็นแผ่นโดยตรง จากนั้นจึงทำการอบอ่อนที่โรงงานผลิตมอเตอร์ และสถานการณ์ที่สองคือ การนำแผ่นเหล็กอบอ่อนจากโรงงานเหล็กมารีดและใช้งานโดยตรงที่โรงงานผลิตมอเตอร์ แผ่นเหล็กไร้ซิลิคอนเป็นวัสดุที่มีค่าการนำแม่เหล็กสูง และความเข้มและการสูญเสียของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กนั้นไวต่อความเค้นทางกลมาก ดังนั้น การอบอ่อนเพื่อลดความเค้นหลังจากการรีดและก่อนใช้งานจึงเป็นมาตรการสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพทางแม่เหล็ก การอบชุบความร้อนของแผ่นเหล็กไร้ซิลิคอนต้องใช้อุปกรณ์อบชุบความร้อนเฉพาะทาง แต่โรงงานผลิตมอเตอร์ส่วนใหญ่ในประเทศของเรายังไม่มีอุปกรณ์ดังกล่าว นี่เป็นปัญหาที่ต้องแก้ไขเมื่อใช้แผ่นเหล็กไร้ซิลิคอน

● ปริมาณซิลิคอนและซิลิคอนเจือปนมีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของแผ่นเหล็กซิลิคอน เมื่อเติมซิลิคอนลงในเหล็ก ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น และยังช่วยแยกคาร์บอนที่เป็นสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายออกไป โดยทั่วไป เมื่อเติมซิลิคอนลงในเหล็กบริสุทธิ์ ความเข้มของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะลดลงเล็กน้อย แต่การสูญเสียเหล็กจะลดลงอย่างมาก เมื่อปริมาณซิลิคอนเพิ่มขึ้น ความแข็งและความเปราะจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ยากต่อการรีด การปั๊ม การตัด และการแปรรูปทางกล ปัจจุบัน ปริมาณซิลิคอนในแผ่นเหล็กซิลิคอนโดยทั่วไปไม่เกิน 4.5% หากปริมาณซิลิคอนสูงกว่านี้ จะทำให้ยากต่อการรีดและการแปรรูป

●ความหนาเนื่องจากความสูญเสียจากกระแสไหลวนในแกนเหล็กเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความหนาของแผ่นเหล็ก ดังนั้นสำหรับแผ่นเหล็กซิลิคอนชนิดเดียวกัน ยิ่งความหนาน้อยลง ความสูญเสียในแกนเหล็กก็จะยิ่งน้อยลง แต่เวลาในการผลิตแกนเหล็กก็จะเพิ่มขึ้นและค่าสัมประสิทธิ์การเรียงซ้อนก็จะลดลง โดยทั่วไป มอเตอร์จะใช้แผ่นเหล็กซิลิคอนที่มีความหนา 0.5 มิลลิเมตร และเมื่อข้อกำหนดเกี่ยวกับความสูญเสียในแกนเหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันไอน้ำขนาดใหญ่มีความเข้มงวดมาก จะใช้แผ่นเหล็กซิลิคอนที่มีความหนา 0.35 มิลลิเมตร

●ความเครียด.ในระหว่างกระบวนการตัด เรียงซ้อน หรือม้วนแกนเหล็ก จะเกิดความเค้นขึ้น ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพทางแม่เหล็กเสื่อมลงและเพิ่มการสูญเสียเหล็ก ในบริเวณประมาณ 1 มิลลิเมตรทั้งสองด้านของแนวตัด (หัก) จะเกิดแถบความเค้นตกค้างสีดำที่มองเห็นได้ โดยทั่วไปแล้ว สามารถใช้วิธีการอบอ่อนเพื่อขจัดความเค้นและฟื้นฟูประสิทธิภาพทางแม่เหล็กดั้งเดิมได้ แต่ประสิทธิภาพทางแม่เหล็กของแผ่นเหล็กซิลิคอนรีดเย็นประสิทธิภาพสูงนั้นไวต่อความเค้นมากกว่า