Der Einfluss von Eisenkernspannungen auf die Leistung vonPermanentmagnetmotoren
Die rasante wirtschaftliche Entwicklung hat die Professionalisierung der Permanentmagnetmotorenindustrie weiter vorangetrieben und höhere Anforderungen an Motorleistung, technische Standards und Betriebsstabilität gestellt. Um Permanentmagnetmotoren in einem breiteren Anwendungsfeld zu etablieren, ist es notwendig, die Leistung in allen Bereichen zu verbessern, damit die Gesamtqualität und die Leistungskennzahlen des Motors ein höheres Niveau erreichen.
Bei Permanentmagnetmotoren ist der Eisenkern eine sehr wichtige Komponente. Bei der Auswahl des Kernmaterials muss sorgfältig geprüft werden, ob die magnetische Leitfähigkeit den Anforderungen des Permanentmagnetmotors genügt. Im Allgemeinen wird Elektroblech als Kernmaterial für Permanentmagnetmotoren verwendet, hauptsächlich aufgrund seiner guten magnetischen Leitfähigkeit.
Die Wahl der Kernmaterialien hat einen entscheidenden Einfluss auf die Gesamtleistung und die Kostenkontrolle von Permanentmagnetmotoren. Während der Fertigung, Montage und des Betriebs entstehen im Kern Spannungen. Diese Spannungen beeinträchtigen die magnetische Leitfähigkeit des Elektroblechs und führen zu deren Abnahme. Dadurch sinkt die Leistung des Permanentmagnetmotors, und die Motorverluste steigen.
Bei der Konstruktion und Fertigung von Permanentmagnetmotoren steigen die Anforderungen an die Materialauswahl und -verwendung stetig und nähern sich den Leistungsgrenzen. Als Kernmaterial von Permanentmagnetmotoren muss Elektrostahl in den relevanten Anwendungstechnologien höchste Genauigkeitsanforderungen erfüllen und eine präzise Berechnung der Eisenverluste gewährleisten, um den tatsächlichen Anforderungen gerecht zu werden.
Die herkömmliche Methode zur Berechnung der elektromagnetischen Eigenschaften von Elektroblech bei der Motorenauslegung ist offensichtlich ungenau, da sie hauptsächlich für Standardbedingungen gilt und die Berechnungsergebnisse daher stark abweichen. Aus diesem Grund ist eine neue Berechnungsmethode erforderlich, um die magnetische Leitfähigkeit und die Eisenverluste von Elektroblech unter Feldbelastung präzise zu ermitteln. Dies ermöglicht eine höhere Einsatzfähigkeit von Eisenkernmaterialien und verbessert Leistungskennzahlen wie den Wirkungsgrad von Permanentmagnetmotoren.
Zheng Yong und andere Forscher konzentrierten sich auf den Einfluss der Kernspannung auf die Leistung von Permanentmagnetmotoren und kombinierten experimentelle Analysen, um die relevanten Mechanismen der spannungsbedingten magnetischen Eigenschaften und der Spannungsverluste im Eisenkern von Permanentmagnetmotoren zu untersuchen. Die Spannung im Eisenkern eines Permanentmagnetmotors unter Betriebsbedingungen wird von verschiedenen Spannungsquellen beeinflusst, wobei jede Spannungsquelle sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweist.
Hinsichtlich der Spannungsverteilung im Statorkern von Permanentmagnetmotoren sind die Ursachen für deren Entstehung unter anderem Stanzen, Nieten, Laminieren und die Presspassung des Gehäuses. Die durch die Presspassung des Gehäuses verursachte Spannung hat den größten und bedeutendsten Einflussbereich. Der Rotor eines Permanentmagnetmotors ist hauptsächlich thermischen Spannungen, Zentrifugalkräften und elektromagnetischen Kräften ausgesetzt. Im Vergleich zu herkömmlichen Motoren ist die Nenndrehzahl eines Permanentmagnetmotors relativ hoch, und der Rotorkern ist mit einer magnetischen Isolationsstruktur versehen.
Daher ist die Zentrifugalspannung die Hauptspannungsquelle. Die durch die Presspassung des Permanentmagnetmotorgehäuses erzeugte Statorkernspannung tritt hauptsächlich als Druckspannung auf. Ihr Angriffspunkt konzentriert sich im Joch des Statorkerns, wobei die Spannungsrichtung tangential in Umfangsrichtung verläuft. Die durch die Zentrifugalkraft des Permanentmagnetmotorrotors erzeugte Spannung ist eine Zugspannung, die fast ausschließlich auf den Eisenkern des Rotors wirkt. Die maximale Zentrifugalspannung wirkt am Schnittpunkt der magnetischen Isolationsbrücke des Permanentmagnetmotorrotors und der Verstärkungsrippe, wodurch es in diesem Bereich leicht zu Leistungsverschlechterungen kommen kann.
Der Einfluss der Eisenkernspannung auf das Magnetfeld von Permanentmagnetmotoren
Die Analyse der Änderungen der magnetischen Dichte in wichtigen Bauteilen von Permanentmagnetmotoren ergab, dass unter Sättigungseinfluss keine signifikanten Änderungen der magnetischen Dichte an den Verstärkungsrippen und magnetischen Trennbrücken des Motorrotors auftraten. Die magnetische Dichte des Stators und des Hauptmagnetkreises des Motors variierte hingegen deutlich. Dies erklärt auch den Einfluss der Kernspannung auf die Verteilung der magnetischen Dichte und die magnetische Leitfähigkeit des Permanentmagnetmotors während des Betriebs.
Der Einfluss von Spannung auf den Kernverlust
Aufgrund von Spannungen konzentriert sich die Druckspannung am Joch des Permanentmagnetmotorstators, was zu erheblichen Verlusten und einer Leistungsverschlechterung führt. Besonders am Joch des Permanentmagnetmotorstators, vor allem am Übergang zwischen Statorzähnen und Joch, treten signifikante Eisenverluste auf, da diese aufgrund der Spannungen am stärksten ansteigen. Berechnungen haben ergeben, dass die Eisenverluste von Permanentmagnetmotoren durch Zugspannungen um 40–50 % erhöht sind, was bemerkenswert ist und zu einem signifikanten Anstieg der Gesamtverluste führt. Analysen zeigen zudem, dass die Eisenverluste des Motors die Hauptverlustquelle darstellen, die durch den Einfluss von Druckspannungen auf die Bildung des Stator-Eisenkerns verursacht wird. Im Motorrotor hingegen führt die zentrifugale Zugspannung im Eisenkern während des Betriebs nicht nur nicht zu einer Erhöhung der Eisenverluste, sondern sogar zu einer gewissen Verbesserung.
Der Einfluss von Spannung auf Induktivität und Drehmoment
Die magnetische Induktionsleistung des Motorkerns verschlechtert sich unter Belastung, wodurch die Welleninduktivität abnimmt. Betrachtet man den Magnetkreis eines Permanentmagnetmotors genauer, so besteht der magnetische Kreis der Welle im Wesentlichen aus drei Komponenten: Luftspalt, Permanentmagnet und Stator-Rotor-Eisenkern. Der Permanentmagnet ist dabei die wichtigste Komponente. Aus diesem Grund führt eine Änderung der magnetischen Induktionsleistung des Permanentmagnetmotorkerns nicht zu signifikanten Änderungen der Welleninduktivität.
Der magnetische Kreis der Welle eines Permanentmagnetmotors, bestehend aus Luftspalt und Stator-Rotor-Kern, ist deutlich kleiner als der magnetische Widerstand des Permanentmagneten. Unter Berücksichtigung der Kernspannung verschlechtert sich die magnetische Induktion, und die Welleninduktivität sinkt signifikant. Analysieren Sie den Einfluss der Spannungsabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften auf den Eisenkern eines Permanentmagnetmotors. Mit sinkender magnetischer Induktion des Motorkerns verringert sich die magnetische Verkettung des Motors, und somit auch das elektromagnetische Drehmoment.
Veröffentlichungsdatum: 07.08.2023
