Wie schätzt man den Verlust des Motorkerns in Lamellenstapeln: Steinmetz, iGSE und praktische Abkürzungen

Verlust des Motorkerns in Laminierungsstapel wird in der Regel aus reinen Materialdaten geschätzt und dann durch den realen Stapel leicht verzerrt.

Stanzen. Beschädigung der Kanten. Fügen. Presspassung. Zahnkräuselung. Kleine Schleifen. Rotierender Fluss in den Ecken. Das Grundmodell mag noch in Ordnung sein. Die Eingaben sind es nicht.

Dieser Leitfaden ist für diese Lücke gedacht. Verlust des Motorkerns. Eisenverlust. Verlust des Statorblechs. Steinmetz-Anpassung. iGSE. FEA-gesteuerte Gebietsaufteilung. Abkürzungen, die die erste Hardware noch überleben.

Motorkernverlustmodelle für Lamellenstapel

Klassische Steinmetz-Gleichung für sinusförmige Regionen

Beginnen Sie hier, wenn die Wellenform des lokalen Flusses annähernd sinusförmig ist.

Pspec = k * f^alpha * Bpk^beta

Wo:

• Pspec = spezifischer Kernverlust, in der Regel W/kg
• k = angepasster Steinmetz-Koeffizient
• f = elektrische Frequenz, Hz
• alpha = Frequenzexponent
• beta = Fluss-Dichte-Exponent
• Bpk = Spitzenflussdichte im Stahl, T

Verwenden Sie Bpk in Stahl. Nicht im Bruttostapelbereich. Wenn der Bereich hinter dem Joch liegt und die Wellenform gleichmäßig ist, reicht dies oft aus.

Wenn der Bereich unter PWM-Welligkeit Zahnfuß ist. Nein. Machen Sie weiter.

Verlusttrennungsmodell für Hystereseverlust, Wirbelstromverlust und Überschussverlust

Verwenden Sie diese Funktion, wenn es sich um eine physische Designänderung handelt und Sie wissen möchten, welcher Teil des Eisenverlustes verschoben wurde.

Pspec = kh * f * Bpk^n + ke * f^2 * Bpk^2 + kex * f^1,5 * Bpk^1,5

Wo:

• kh = Hysterese-Verlust-Koeffizient
• ke = klassischer Wirbelstromkoeffizient
• kex = Überschreitungs-Verlust-Koeffizient
• n = Exponent des Hystereseflusses
• f = elektrische Frequenz, Hz
• Bpk = Spitzenflussdichte in Stahl, T

Dieses Modell ist nützlich, wenn sich die Laminatdicke, die Stanzqualität oder die Spannung geändert hat und Sie nicht wollen, dass all dies in einer einzigen angepassten Konstante versteckt ist.

iGSE für PWM-reiche und minor-loop-reiche Flusskurven

Wenn die lokale B(t) verzerrt ist, wirkt die einfache Steinmetz-Form sauberer als die Maschine.

Verwenden Sie eine Zeitbereichsform.

Pspec = (1/T) * sum_over_i( integral_from_t1_i_to_t2_i[ ki * abs(dB/dt)^alpha * (DeltaB_i)^(beta-alpha) dt ] )

Wo:

• T = elektrische Periode
• i = monotones Segment oder extrahierter Teilschleifenindex
• ki = wellenformangepasster Koeffizient, abgeleitet von den angepassten Steinmetz-Konstanten
• dB/dt = lokale Flussdichte-Schwenkrate, T/s
• DeltaB_i = Flussschwankung gebunden an Segment oder Teilschleife i, in T
• t1_i, t2_i = Beginn und Ende des Segments oder des extrahierten Schleifenabschnitts
• alpha, beta = Steinmetz-Exponenten aus angepassten Materialdaten

Die Falle ist DeltaB_i.

Für eine saubere Single-Loop-Wellenform, DeltaB_i kann die Auslenkung über dieses Segment sein. Bei PWM-Welligkeit, verschachtelten Nebenschleifen oder oberwellenreichen Zähnen, tun Sie nicht eine globale max(B) - min(B) für den gesamten Zeitraum. Das ist das falsche Objekt.

Sie müssen zuerst die Schleife extrahieren.

Vergleich von Motorkernverlustmodellen für Statorbleche

Schritt-für-Schritt-Arbeitsablauf für die Berechnung des Kernverlusts bei Statorlaminierung

1. Anpassung von Steinmetz-Koeffizienten aus dem aktuellen Materialfenster

Passen Sie eine elegante Kurve nicht über die gesamte Karte an, es sei denn, das Arbeitsfenster ist eng.

Verwenden Sie mindestens zwei Bänder:

• normales Betriebsband
• High-Flux-Band in der Nähe des Knies

Die angepasste Form ist:

ln(Pspec) = ln(k) + alpha * ln(f) + beta * ln(Bpk)

Dies ist eine multiple lineare Regression Problem nach der Log-Transformation.

Richten Sie die Regression wie folgt ein:

x1 = ln(f)
x2 = ln(Bpk)
y = ln(Pspec)

y = a0 + a1*x1 + a2*x2

alpha = a1
beta = a2
k = exp(a0)

Erstellen Sie in einem Arbeitsblatt drei Spalten für ln(Pspec), ln(f), und ln(Bpk), und führen dann eine integrierte multiple lineare Regression oder eine LINEST-ähnliche Funktion auf diesen log-transformierten Spalten aus. Die beiden Steigungen sind alpha und beta. Der Schnittpunkt ist ln(k).

Die Drei-Punkte-Rückwärtslösung hat immer noch ihren Platz. Schneller erster Pass. Mehr nicht.

alpha = ln(P2/P1) / ln(f2/f1)
beta = ln(P3/P2) / ln(B3/B2)
k = P1 / (f1^alpha * B1^beta)

Gut für Screening. Schwach für Release-Arbeiten.

2. Aufteilung des Blechpakets in Regionen vor der Berechnung des Eisenverlusts

Eine durchschnittliche Flussdichte für den gesamten Stator verbirgt in der Regel den Teil, auf den es ankommt.

Mindestens aufteilen in:

• Zahnkörper
• Zahnfuß/Schlitzschulter
• Rückenbügel

Wenn die Maschine schnell, klein oder stark belastet ist, fügen Sie hinzu:

• Zahnspitze
• Brückenbereich
• Eckbereiche mit rotierendem Fluss

Der Grund dafür ist recht einfach. Zahn und Joch sehen nicht dieselbe Wellenform. Sie sehen auch nicht denselben Spannungszustand.

3. Verwenden Sie die lokale Stahlflussdichte aus der FEA, nicht die magnetische Gesamtbelastung.

Extrahieren Sie für jede Region eine dieser Angaben:

• Bpk für den klassischen Steinmetz
• vollständig B(t) für iGSE
• Ort der Flussdichte, wenn ein Drehfeldverlust wahrscheinlich ist

Geben Sie nicht eine globale Luftspaltbelastungszahl in ein Laminatverlustmodell ein und erwarten Sie, dass es sich verhält.

4. Berechnung des Verlusts im Clean-Sheet-Bereich

Für jede Region r:

Pclean_r = m_r * Pspec_r

Wo:

• m_r = Stahlmasse der Region r, kg
• Pspec_r = spezifischer Kernverlust der Region r, W/kg

Dann Summe:

Pcore_clean = sum_over_r( Pclean_r )

Dies ist die reine Materialschätzung. Es handelt sich nicht um die Schätzung des Produktionsstapels.

5. Prozesskorrektur und Drehflusskorrektur hinzufügen

Benutzen Sie das Formular "Built-Stack" für alles, was ernsthaft ist:

Pstack_r = m_r * Cproc_r * Crot_r * Pspec_r

und

Pcore_stack = sum_over_r( Pstack_r )

Wo:

• Cproc_r = Prozesskorrektur für die Region r
• Crot_r = Drehflusskorrektur für die Region r

Cproc_r deckt die üblichen Schadensquellen ab: Schneiden, Grate, Kantenverschleiß, Schweißhitze, Verformung der Verriegelung, Stapelkompression, Presssitz. Crot_r besteht, weil Wechselstromverluste und Drehstromverluste nicht dasselbe sind, und die Ecken interessieren sich nicht dafür, was Ihre vereinfachte Tabelle angenommen hat.

Wie man definiert DeltaB_i in iGSE ohne Täuschung

Dies ist der Teil, den die meisten Menschen übergehen.

Für eine saubere einzelne Hauptschleife ist das Leben einfach. Für PWM-reiche Statorzähne ist es das nicht.

Do nicht iGSE mit einem globalen Swing definieren:

DeltaB_global = max(B) - min(B)

Das ist nur akzeptabel, wenn die Wellenform im Grunde eine einzige saubere Schleife ohne bedeutungsvolle eingebettete Nebenschleifen ist.

Bei verzerrten Wellenformen legen Sie die Verlustintervalle segmentweise oder schleifenweise fest.

Praktischer Arbeitsablauf bei der Handhabung von Schleifen

1. Glätten Sie das numerische Rauschen gerade so weit, dass keine falschen Wendepunkte entstehen.
2. Finden Sie Wendepunkte in B(t).
3. Unterteilen Sie die Wellenform in monotone Segmente.
4. Extrahieren Sie geschlossene Nebenschleifen mit einer Peak-Valley- oder Rainflow-ähnlichen Routine.
5. Weisen Sie jedem extrahierten Objekt einen lokalen Swing zu.
6. Bewerten Sie iGSE für jedes Segment oder jede Teilschleife.
7. Summieren Sie alle Beiträge über eine elektrische Periode.

Für ein monotones Segment i:

DeltaB_i = abs( B_end_i - B_start_i )

Für eine extrahierte kleine Schleife j:

DeltaB_j = abs( Bpeak_j - Bvalley_j )

Berechnen Sie dann:

Pspec = (1/T) * sum_over_all_segments_and_loops( local_iGSE_contribution )

Dies ist wichtig, da die Wellenform den Verlustpfad und nicht nur den Spitzenwert verändert. Eine Zahnwellenform mit verschachtelten kleinen Schleifen kann bescheiden aussehen in Bpk und sind trotzdem teuer.

Eine praktikable Kodierungssequenz

Wenn Sie dies anhand von FEA-Zeitreihendaten durchführen, ist die sichere Reihenfolge:

• neue Probe B(t) zu einheitlichen Zeitabständen
• eine sehr leichte Glättung vornehmen, wenn numerisches Rauschen offensichtlich ist
• Wendepunkte erkennen
• triviale Schwingungen unterhalb eines Schwellenwerts entfernen
• geschlossene Kreisläufe mit einem Rainflow- oder Peak-Valley-Extraktor verbinden
• berechnen Sie DeltaB_i für jedes Segment oder jede Schleife
• das Integral im Zeitbereich für jedes Objekt auswerten
• Summe über eine elektrische Periode

Nicht schön. Es funktioniert.

Praktische Prozesskorrekturfaktoren für Kaschierstapel

Dies sind technische Ausgangswerte, keine universellen Konstanten.

Eine grobe Regel. Nützlich genug.

• kleine Maschinen mit hoher Kantenlänge pro Kernvolumen: höher beginnen
• sauberes Rückenjoch mit geringer Belastung: unten beginnen
• Schweißen in der Nähe aktiver Flusswege: höher beginnen
• unbekannte Fertigungsdisziplin: nicht so tun, als sei das untere Ende sicher

Halten Sie die materielle Passform sauber. Halten Sie die Prozessstrafe eindeutig.

Praktische Abkürzungen für schnelle Schätzungen der Kernverluste von Motoren

Abkürzung 1: Zwei-Zonen-Statormodell für den frühen Entwurf

Wenn die Zeit knapp ist, teilen Sie nur in:

• Zähne
• Rückenbügel

Geben Sie ihnen getrennte Bpk, separate angepasste Koeffizienten, separate Korrekturfaktoren. Immer noch viel besser als ein Durchschnittswert für den gesamten Kern.

Abkürzung 2: Frühzeitige Förderung des Zahnwurzelverlustes

Ist der Zahnfuß schmal, stark beansprucht und steht kurz vor einer Verzerrung der Schlitzöffnung, sollten Sie ihn nicht mit einem sauberen Blattverlust belassen.

Eine konservative Anfangskorrektur ist:

Proot_stack = 1,2 bis 1,4 * Proot_clean

Dann kalibrieren Sie nach der ersten Hardware.

Abkürzung 3: Gehen Sie nicht davon aus, dass dünnere Bleche automatisch den gesamten Eisenverlust beheben.

Der klassische Wirbelstromverlust verläuft in der Regel so, wie Sie es erwarten. Gebaute Stapel folgen nicht immer sauber. Schlagschäden, übermäßiger Verlust und Stress können einen Teil des Gewinns auffressen.

Abkürzung 4: Zwei Zahlen melden, nicht eine

Immer melden:

• Pcore_clean
• Kernstück_Stapel

Wenn Sie nur eine Zahl veröffentlichen, wird jemand annehmen, dass sie mehr bedeutet, als sie tatsächlich ist.

Häufige Fehler bei der Berechnung des Kernverlustes von Laminierstapeln

Verwendung eines Koeffizientensatzes für die gesamte Betriebskarte

Dadurch wirkt die High-Flux-Region in der Regel billiger als sie ist.

Regression Pspec direkt gegen f und Bpk

Falscher Passraum. Regress ln(Pspec) gegen ln(f) und ln(Bpk) wenn Sie Steinmetz-Koeffizienten benötigen.

Mit einer einzigen DeltaB für eine Wellenform mit kleinen Schleifen

Dies ist die wichtigste iGSE-Falle. Eine globale max(B) - min(B) ist kein Ersatz für die Schleifenextraktion.

Verwendung der durchschnittlichen Stator-Flussdichte anstelle der lokalen Stahlflussdichte

Das führt dazu, dass die Zähne verschwinden. Die Zähne sind immer noch da.

Behandlung von Rohbogenverlusten als Produktionswahrheit

Der Stapel wurde geschnitten, zusammengefügt, gepresst, vielleicht geschweißt. Das hat die Antwort verändert.

Ignorieren von Drehfeldverlusten in Ecken und Brücken

Skalare Wechselfeldmodelle sehen oft genau dort ruhig aus, wo der Flussort überhaupt nicht ruhig ist.

Was ein Kernschadensbericht tatsächlich enthalten sollte

Zumindest:

• Blechdicke
• Stapelfaktor für die Umrechnung von Stahl in Fläche
• angepasste Koeffizientenbereiche
• verwendete Regressionsmethode
• Gebietsdefinitionen
• . Bpk or B(t) Quelle
• gewähltes Verlustmodell nach Region
• Cproc und Crot Annahmen
• Clean-Sheet- und Built-Stack-Summen

Andernfalls ist die endgültige Wattzahl vielleicht noch brauchbar. Es ist nur schwer, ihr zu vertrauen.

FAQ: Schätzungen zum Kernverlust des Motors, zur Steinmetz-Anpassung und zum Lamellenstapel

Endgültige Regelung für den Kernverlust von Motoren in Lamellenstapeln

Verwenden Sie Steinmetz für Geschwindigkeit. Verwenden Sie die Bereichsaufteilung für mehr Realismus. Verwenden Sie iGSE, wenn sich die lokale Wellenform nicht mehr wie eine Sinuswelle verhält. Verwenden Sie die Schleifenextraktion vor der Definition von DeltaB in verzerrten Wellenformen. Verwenden Sie log-transformierte multiple Regression bei der Anpassung k, alpha, und beta. Verwenden Sie eine explizite Prozesskorrektur, da es sich bei Laminierungsstapeln um gefertigte Teile und nicht um magnetische Coupons handelt.

Das reicht in der Regel aus, um die Schätzung von einer reinen Tabellenkalkulation zu einer Schätzung zu machen, die näher am Prüfstand liegt.