在交流电磁中寻找频率和电机速度控制材料

发布的埃里克•沃尔夫- 2021年10月8日

不同的应用需要不同的电机类型,以不同的频率工作。同样,今天的材料解决方案也有各种形状和大小。(如果他们不这么做,你就找错了制造商。)

你已经知道高工作频率可以产生更高效的电机。近年来,越来越多的工程师一直在努力从标准的50-60 Hz设计提高到使输出与需求相匹配。

然而,如果你设计一个大范围可变频率的电机,你的妥协可能超出了你的需要。

虽然高频电机产生更高的效率,但电机铁芯损耗由于发动机发热,陡坡急剧上升。突然,你的“更高效的马达”必须花更多的精力来冷却自己,把你设计的潜力从膝盖处切断。

使用材料定制交流电动机的频率和电机速度控制有几个优点:

  • 降低核心损耗,提高功率效率
  • 增强产品稳定性
  • 降噪

磁电机材料并不是一刀切的概念。这篇文章可以帮助你找到更合适的工作。

目前频率和电机速度控制的材料缺陷

利用高频磁性材料实现低损耗的一种传统方法是使用电工钢层压薄板(例如M19)。你可能很清楚,这些产品的成本和可用性会阻碍结果。

为什么胎记会有问题?你只能把它们卷得这么薄,而且随着床单的缩小,价格也会飞涨。

当你冲压和层压时,材料浪费会成为你项目的一个重要成本添加剂。

然后是堆叠钢层板固有的低效率。看看钢的核心损失公式:

磁芯损耗=常数x频率2x感应2x厚度2/电阻率

所以,如果你的层压厚度是原来的2倍,核心损失就会增加4倍。这就是为什么工程师们努力制造更薄的零件。

不幸的是,这样做的成本很高,特别是当你使用硅钢材料时。这在机械上也很难实现。卷薄薄板所需要的力呈指数增长。

看看这个材料过程导致的其他问题:

  • 用板材冲压零件意味着将25-50%的材料作为废品扔掉(或回收利用以获得边际收益)
  • 叠层可降低元件密度由于存在气隙,导致渗透率降低,岩心漏失增加
  • 薄片越薄毛刺越突出,可能需要清洗二期手术

另一个AC设计选项是高频铁氧体材料.这里还有一个大小问题,尽管是不同的问题。为了避免磁通量泄漏,你可能不得不建造一个比平常大2-3倍的高频铁氧体部件。

所以,经过这么多艰苦的工作,你仍然只达到7.3克/厘米3.密度。如果你有另一种高频材料,你可以随心所欲地操纵它—密度仍然达到7.3 ?

让我们来讨论一下如何不仅可以获得效率的全部好处,而且还可以根据特定的频率范围定制材料的颗粒尺寸:

潜在解决方案:电机设计的SMC

许多具有前瞻性的设计正在从层压或传统的铁氧体材料迁移到软磁复合材料

软磁复合材料(SMC)材料是在铁磁粉颗粒上涂上一层均匀的电绝缘膜。他们的主要应用是在电磁设计,而不是最不重要的是交流电机速度控制。

SMC的优势在于它从一个定制的粒子开始,以满足您的设计需求。

这一切意味着什么?看看这个流行牌号SMC的芯损数据与普通层合钢的比较:

SMClinegraph (1)

这张岩心损失表只显示了效率只用一张叠层材料,而不是组装堆叠。一旦您的需求接近更高的频率,您将不得不花费更多的工程时间和精力保持层压板冷却

与此同时,SMC磁芯损耗数据显示,在500hz时,其能源效率提高了50-60%。

那么,堆栈程序集呢?

粉末冶金电机材料的SMC与分层铁芯损耗频率图表

在上图中,与之相比,叠片在低至60 Hz时落后经常指定的SMC等级.即使是与堆叠叠层组件长度相似的SMC部件,也会产生与小得多的SMC部件相似的性能。

潜在解决方案:SMC vs.高频应用中的传统思维

也许你一直在寻找500- 5000 Hz范围内的高频铁氧体材料。

SMC能在消费电子产品等行业取代传统的高硅钢或铁氧体吗?记住,铁氧体的磁饱和点很低,而SMCs的饱和度明显较高。

SMC组分密度图-1

上图比较了饱和通量作为密度的函数在SMCs和全密度铁氧体。即使在最低密度下,SMC材料也会比全密度铁氧体具有更高的饱和感应。

现在看看相同材料相对于频率的效率损失:


交流电磁材料中的频率和电机速度控制-磁芯损耗详细0- 1000

交流电磁材料中的频率和电机速度控制-磁芯损耗1000 -10,000

从这些图表中我们能了解到什么?

  • 粗大的SMC材料在1000hz时可能是最有益的
  • 中等SMC替代品的理想达到4000 Hz
  • 具有极细颗粒分布的smc可达10,000 Hz及以上

SMC再次表明它是减少交流磁芯损耗的灵活选择。

需要考虑的其他电机材料特性

当你考虑你的设计方向时需要注意的一些属性:

  • 电阻率测量材料抵抗产生不必要热量的涡流的能力。铁氧体的电阻率为100万秒,钢的电阻率为10秒SMC的数据是1万
  • smc可能不会给你磁导率铁氧体可能存在能级。高电阻率往往产生高渗透率。然而,在smc和钢层合板中使用的某些合金元素实际上会增加电阻率,同时损害渗透性。

简而言之:考虑您的最终使用需求,并要求地平线科技提供合适的定制解决方案。法国葡头牙欧洲杯亚盘欧洲杯手机投注

频率自由,表现自由

谁知道粉末冶金中的颗粒尺寸对电机设计来说是如此的解放?

SMC不仅可以根据形状,还可以根据项目所需的频率和性能水平灵活地选择原材料。

要了解更多关于软磁材料在交流电机设计中可以带来什么,请查看这篇SMC视觉入门:

交流电机设计指南-点击下载

主题:磁学材料应用程序设计属性汽车


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