Uma breve análise dos requisitos de materiais para laminações de núcleo de motor

Como componente principal para conversão de energia eletromagnética, as propriedades do material do núcleo do motor determinam diretamente a eficiência do motor, o aumento de temperatura, o nível de ruído e a confiabilidade operacional-de longo prazo. Seja usado em motores rotativos, sistemas de acionamento industriais ou como estrutura de base para componentes eletromagnéticos, como núcleos de ferro de relés e núcleos de eletroímãs, a seleção e a qualidade de processamento do material do núcleo são sempre aspectos cruciais no projeto e na fabricação do motor.

 

Do ponto de vista da engenharia, os principais requisitos de qualidade para materiais de laminação de núcleos de motores estão concentrados em três aspectos: desempenho eletromagnético, usinabilidade e economia-. Entre estes, a baixa perda de ferro, a alta permeabilidade magnética e a boa adaptabilidade à estampagem são particularmente importantes.

 

 

Um dos principais indicadores das chapas de aço elétricas é a perda do núcleo sob certas condições de frequência e intensidade de indução magnética. A perda do núcleo consiste principalmente em duas partes: perda por histerese e perda por correntes parasitas.

 

A perda por histerese origina-se do consumo de energia causado pela magnetização e desmagnetização repetidas de materiais em um campo magnético alternado. Sua magnitude está intimamente relacionada à composição química do material, ao tamanho do grão e à estrutura do domínio magnético, e geralmente é medida pela área do loop de histerese. Grãos maiores e menos impurezas resultam em menor perda por histerese.

 

A perda por correntes parasitas, por outro lado, é causada pela corrente induzida dentro do núcleo de ferro devido ao fluxo magnético alternado, que é convertido em energia térmica na resistência do material. Sua magnitude está significativamente relacionada à resistividade e espessura do material. Espessura menor e resistividade mais alta resultam em menor perda de corrente parasita. Portanto, placas de aço elétrico de calibre fino são comumente usadas em núcleos de motores, e ligas são usadas para aumentar a resistividade do material.

 

Em aplicações sensíveis à energia- e à resposta-, como núcleos de ferro magnético macio para relés ou núcleos para relés eletromagnéticos, o controle de perda de ferro é particularmente importante, afetando diretamente a velocidade e a estabilidade de acionamento do relé.

 

 

Alta permeabilidade magnética significa que a área da seção transversal-do circuito magnético pode ser reduzida sob as mesmas condições de fluxo magnético, reduzindo assim a quantidade de cobre usada no enrolamento de excitação e conseguindo a miniaturização do motor e a redução de peso. Essa característica é crucial não apenas em motores-de médio e grande porte, mas também em pequenos atuadores eletromagnéticos, como núcleos de bobinas de relés e núcleos de ferro puro.

 

Além disso, o material deve possuir dureza moderada. A fragilidade excessiva leva a fissuras por punção, enquanto a suavidade excessiva resulta em aumento de rebarbas e diminuição da estabilidade dimensional. A qualidade da superfície exige que a chapa de aço seja plana, lisa e de espessura uniforme para melhorar o fator de empilhamento e prolongar a vida útil da matriz. A prática mostra que as chapas de aço elétrico-laminadas a frio são significativamente superiores aos materiais-laminados a quente em termos de consistência de estampagem e vida útil da matriz, tornando-as particularmente adequadas para aplicações de puncionamento de precisão.

 

 

Chapas de aço silício são o material mais utilizado em núcleos de motores. Essencialmente, são finas chapas de aço formadas pela adição de uma certa proporção de silício a uma matriz de ferro e depois laminada. Dependendo do processo de fabricação, elas podem ser divididas em chapas de aço silício-laminadas a quente e chapas de aço silício{3}}laminadas a frio; As chapas-de aço silício laminadas a frio são divididas em chapas de aço silício orientadas e chapas de aço silício não-orientadas.

 

Para melhorar as propriedades magnéticas e reduzir a resistência à perfuração, as chapas de aço silício normalmente requerem recozimento após a laminação para eliminar o estresse de processamento e estabilizar a microestrutura. Este tratamento também é aplicável à otimização subsequente do processo de materiais de ferro puro magnético macio, como Núcleo de Ferro DT4C e Núcleo de Ferro Puro Eletricista.

 

 

1. Conteúdo de silício e controle de impurezas

O silício é um fator chave que afeta o desempenho das chapas de aço silício. À medida que o teor de silício aumenta, a resistividade do material aumenta, a perda de ferro diminui significativamente, mas a intensidade da indução magnética diminui, enquanto a dureza e a fragilidade aumentam, tornando a laminação e a perfuração mais difíceis. Portanto, em aplicações de engenharia, o teor de silício é geralmente controlado abaixo de 4,5% para equilibrar as propriedades magnéticas e a processabilidade.

 

2. Espessura do material

A perda por correntes parasitas é proporcional ao quadrado da espessura da chapa de aço. Sob o mesmo sistema de material, chapas mais finas apresentam menores perdas no núcleo, mas o tempo de fabricação aumenta e o fator de empilhamento pode diminuir. Os motores elétricos convencionais normalmente usam chapas de aço silício com 0,5 mm{3}}de espessura, enquanto equipamentos de geração de energia em grande-escala com controle de perdas extremamente alto usam chapas de 0,35 mm ou até mais finas.

 

3. Influência do Estresse de Processamento

A tensão residual é inevitavelmente introduzida durante a punção, empilhamento ou enrolamento, levando a uma diminuição nas propriedades magnéticas e ao aumento da perda de ferro. Uma zona significativa de concentração de tensões geralmente se forma perto da seção puncionada. O recozimento pode efetivamente eliminar essas tensões, restaurando as propriedades magnéticas do material para perto do seu estado original. Para chapas de aço silício laminadas a frio-de alto-desempenho, suas propriedades magnéticas são particularmente sensíveis a mudanças de tensão.

 

4. Características de orientação de grãos

O aço silício é um material policristalino cúbico, com cada grão tendo múltiplas direções de magnetização fáceis. Processos especiais podem tornar a orientação dos grãos mais uniforme, melhorando significativamente o desempenho da magnetização em uma direção específica. As chapas de aço silício orientadas possuem propriedades magnéticas ideais ao longo da direção de laminação, adequadas para aplicações de fluxo unidirecional, como transformadores; chapas de aço silício não{2}}orientadas têm propriedades magnéticas mais equilibradas em todas as direções, tornando-as mais adequadas para rotação de núcleos de motores.

 

Além disso, chapas de aço silício com-orientação dupla possuem excelentes propriedades magnéticas em duas direções perpendiculares entre si, mas seu processo de fabricação é complexo e caro, limitando atualmente seu uso a aplicações específicas-de alta tecnologia.

 

 

Embora os núcleos do motor e os núcleos do relé sejam diferentes em estrutura e tamanho, eles compartilham um alto grau de consistência na lógica de seleção de materiais. Quer se trate de núcleo de aço de relé, núcleo de relé de ferro puro ou núcleo de ferro para relé de controle industrial, todos enfatizam propriedades magnéticas suaves, baixa perda, baixa remanência e boa consistência de processamento.

 

No campo de retransmissão, especialmente para produtos-forjados a frio, comoNúcleo de ferro do relé DT4CForjamento a frio e Núcleo de relé de forjamento a frio, os requisitos de pureza do material, plasticidade e estabilidade magnética são ainda mais rigorosos para garantir-confiabilidade de engajamento de longo prazo e resposta eletromagnética consistente.

 

 

Em resumo, a seleção de materiais para laminações do núcleo do motor é um projeto de engenharia abrangente, que exige um equilíbrio entre desempenho eletromagnético, tecnologia de processamento, requisitos estruturais e controle de custos. Chapas de aço silício, com seu sistema de materiais maduros e propriedades magnéticas estáveis, continuam sendo a escolha principal para núcleos de motores. Em relés, atuadores eletromagnéticos e outros campos, núcleos de ferro magnético macio para relés e materiais magnéticos macios de alta-pureza desempenham papéis igualmente insubstituíveis.

 

Em aplicações práticas de engenharia, as propriedades dos materiais não existem isoladamente. Uma avaliação sistemática, considerando o processo de estampagem, o tratamento de recozimento e as condições operacionais finais, é essencial para alcançar a combinação ideal entre o desempenho do núcleo e a confiabilidade geral da máquina.