My Deep Dive: Kehilangan Inti Histeresis pada Motor Induksi- SMC vs Laminasi Baja

Salah satu pemakan energi besar yang sering saya temukan adalah kehilangan inti. Komponen besar dari hal ini adalah kehilangan histeresis. Hal ini benar-benar dapat merusak kinerja motor induksi. Kerugian ini mengubah energi listrik yang berguna menjadi kehangatan yang terbuang.

Dalam pesan ini, saya ingin berbagi apa yang telah saya temukan tentang kehilangan histeresis yang sulit ini. Kita akan melihat metode lama yang diandalkan untuk menghilangkannya, seperti memanfaatkan laminasi baja pada inti motor. Setelah itu, kita akan mengeksplorasi ide-ide yang lebih baru, seperti bahan komposit magnetik lunak (SMC). Apakah SMC vs laminasi baja merupakan pilihan yang jelas? Anda akan mengetahui mana yang lebih baik untuk tata letak motor Anda. Yang lebih penting lagi, Anda akan melihat mengapa hal ini penting untuk menghemat energi dan menyusun peralatan listrik yang jauh lebih baik. Artikel singkat ini sangat berharga bagi Anda jika Anda berniat untuk benar-benar memahami efektivitas motor dan bahan yang memungkinkannya.

Apa yang dimaksud dengan Rugi Histerisis pada Motor Induksi?

Anggap saja mirip dengan ini. Bahan magnetik di dalam sebuah motor induksi perlu mengganti arah magnetnya dengan sangat cepat. Hal ini terjadi banyak sekali, seringkali dalam hitungan detik. Peralihan cepat ini membuat stator dan rotor bekerja bersama untuk memutar motor. Namun peralihan ini tidak sepenuhnya mulus atau sangat mudah untuk bahan magnetik. Bahannya sedikit tahan terhadap penyesuaian ini. Resistensi ini, "gesekan magnetik" ini, menciptakan panas. Kehangatan itu adalah daya yang terbuang. Kami menyebutnya sebagai kerugian histeresis pemborosan daya spesifik. Ini adalah bagian penting dari apa yang kita sebut rugi-rugi besi pada semua jenis mesin listrik.

Faktor yang sangat besar adalah kehilangan histeresis ini. Bahan magnetik dalam inti stator tidak dapat mengikuti perubahan magnetik yang cepat tanpa perlawanan. Pertarungan ini, kelambatan dalam bereaksi, adalah "histeresis". Ini terjadi pada komponen magnetik motor. Semakin banyak kerapatan fluks magnetik berubah ke sana kemari, semakin banyak pula histeresis yang mungkin Anda lihat. Membuat motor listrik yang baik berarti menemukan cara untuk mengurangi kerugian ini.

Dan Bagaimana Dengan Total Core Loss? Apakah itu Masalah Besar untuk sebuah Motor?

Ya, kehilangan inti adalah hal yang sangat penting untuk semua jenis motor! Rugi histerisis adalah salah satu komponennya, seperti yang baru saja kita bicarakan. Komponen besar lainnya adalah sesuatu yang disebut rugi arus pusar. Ketika Anda menggabungkan keduanya - histeresis dan rugi arus pusar - keduanya membentuk total rugi inti. Anda juga bisa mendengar hal ini disebut dengan kehilangan besi. Kerugian ini terjadi pada komponen besi motor, seperti inti stator dan terkadang rotor. Ini mengubah daya listrik yang sangat baik menjadi hangat, bukan pekerjaan berputar yang bermanfaat. Jadi, motor dengan kehilangan inti yang tinggi bukanlah motor yang dapat diandalkan.

Pada beberapa kasus, kehilangan inti dapat menghabiskan sebagian besar daya listrik. Hal ini mengindikasikan bahwa Anda akan membayar lebih banyak untuk listrik untuk menyelesaikan tugas yang sama. Motor juga menjadi lebih panas karena energi yang terbuang ini. Motor yang lebih panas dapat memiliki masa pakai yang lebih pendek. Atau, hal ini dapat mengindikasikan bahwa Anda membutuhkan sistem pendingin yang lebih besar dan lebih mahal. Jadi, menemukan metode untuk mengurangi kehilangan inti sangat penting bagi setiap orang yang membuat atau menggunakan mesin listrik. Hal ini secara khusus nyata ketika Anda menginginkan efisiensi tinggi dalam tujuan efektivitas motor Anda.

Mengapa Kami Memanfaatkan Laminasi pada Motor?

Kami menggunakan laminasi pada motor terutama untuk melawan komponen kehilangan inti: kehilangan arus eddy. Bayangkan jika stator motor dibuat dari bongkahan besi padat. Ketika medan elektromagnetik di dalam motor menyesuaikan (yang dilakukannya secara konstan saat motor berjalan), itu menciptakan arus pusar di dalam besi padat itu. Inilah arus pusaran. Anggap saja arus ini sebagai pusaran air kecil dari daya listrik. Mereka tidak melakukan pekerjaan yang bermanfaat. Mereka hanya berputar-putar di dalam besi, menciptakan kehangatan. Laminasi adalah teknik kreatif untuk menghentikannya.

Laminasi hanyalah lembaran baja listrik yang sangat tipis. Untuk membuat inti stator, kami menumpuk banyak lembaran tipis ini menjadi satu. Yang paling penting, ada sedikit isolasi di antara setiap lembar laminasi. Isolasi ini memisahkan jalur untuk arus pusaran yang besar dan tidak efisien. Jadi, daripada pusaran air besar yang menciptakan banyak kehilangan arus pusaran, Anda mendapatkan arus yang jauh lebih kecil. Pusaran air yang kecil ini menyebabkan lebih sedikit kesulitan dan panas arus pusaran yang jauh berkurang. Ini adalah cara yang sangat umum untuk membuat stator di banyak motor listrik. Gaya laminasi itu sendiri adalah kunci dari seberapa baik cara ini bekerja.

Bagaimana Laminasi Baja Konvensional Membantu Mengatasi Kehilangan Inti pada Motor Induksi?

Konvensional laminasi baja cukup bagus dalam mengurangi kehilangan arus pusar pada motor induksi. Dengan menggunakan lembaran tipis baja listrik khusus, kami mempersulit arus pusar yang besar untuk mengalir. Ini adalah kemenangan besar untuk mengurangi satu komponen kehilangan inti. Untuk bagian kerugian histeresis, jenis baja listrik yang digunakan untuk laminasi benar-benar penting. Beberapa baja dibuat sedemikian rupa sehingga domain magnetiknya yang kecil dapat membalik arah dengan sangat cepat. Hal ini menunjukkan resistensi yang jauh lebih sedikit, oleh karena itu, kehilangan histeresis yang jauh lebih sedikit.

Namun, laminasi bukanlah solusi sempurna untuk semua kehilangan inti. Masih ada beberapa kehilangan histeresis dalam baja listrik itu sendiri, terlepas dari seberapa bagusnya. Dan, jika laminasi tidak sepenuhnya terlindungi satu sama lain, atau jika rakitan koilnya rusak, arus pusar masih dapat menemukan jalur untuk mengalir dan menyebabkan masalah. Demikian juga, aspek besar dari laminasi adalah membuat fluks magnetik (daya magnetik) ingin melakukan perjalanan sebagian besar di sepanjang bidang datar lembaran laminasi. Hal ini dapat membatasi beberapa tata letak motor, terutama jika Anda memerlukan jalur fluks magnet yang kompleks yang mengarah ke segala arah. Inti baja laminasi ini digunakan di beberapa perangkatRIM saat ini.

Apa yang dimaksud dengan Komposit Magnetik Lunak (SMC)? Pemain Baru dalam Produk Motor?

Sekarang, mari kita bahas Komposit Magnetik Lunak, atau SMC. Ini adalah jenis material magnet yang lebih baru untuk motor. Bahan ini cukup berbeda dari lembaran baja laminasi konvensional yang baru saja kita bahas. Bayangkan material SMC dibuat dari milyaran partikel besi kecil. Setiap partikel besi kecil ini dilapisi dengan lapisan isolasi listrik yang sangat tipis. Setelah itu, semua bagian yang berlapis-lapis ini ditekan bersama dengan sangat, sangat erat. Mereka didorong ke dalam cetakan dan jamur untuk menciptakan bentuk yang kuat, seperti inti stator untuk motor. Proses ini membantu mencapai kepadatan yang baik.

Para individu sangat senang dengan kemungkinan-kemungkinan yang ada. Karena setiap bit kecil terlindung dari tetangganya, SMC secara alamiah sangat bagus dalam menghentikan arus pusar tersebut. Kehilangan arus pusar bisa sangat rendah dalam inti SMC, terutama ketika motor berjalan pada kecepatan tinggi atau frekuensi tinggi. Hal ini membuka pintu baru untuk tata letak motor, terutama untuk motor yang dikembangkan yang mengharuskannya bekerja dengan cara yang berbeda dari motor yang lebih tua. Material komposit ini menggunakan cara baru untuk memikirkan bagaimana komponen magnetik mesin listrik dibuat. Penerapan SMC terus berkembang.

Bagaimana Produk SMC Mengatasi Kehilangan Histerisis dengan Cara yang Berbeda pada Motor Induksi?

Bahan SMC mengelola kehilangan histeresis pada motor induksi dengan beberapa cara, dan ini sedikit berbeda. Partikel besi yang digunakan untuk membuat komposit magnetik lunak (SMC) dipilih agar "lunak" secara magnetis. Hal ini mengindikasikan bahwa arah magnet bagian dalamnya dapat membolak-balik dengan lebih mudah. Apabila lebih mudah dibolak-balik, maka, kerugian histeresis akan berkurang. Itulah bagian yang sangat bagus. Meskipun demikian, prosedur pembuatan SMC melibatkan pendorongan partikel-partikel ini dengan banyak tekanan. Dorongan ini sering kali dapat menambah sedikit tekanan dan kecemasan pada partikel-partikel kecil. Sayangnya, tekanan ini dapat meningkatkan sedikit kehilangan histeresis.

Jadi, apabila berkaitan dengan kehilangan histeresis, sering kali hal ini merupakan pertukaran dengan bahan SMC. Dimensi bit yang sangat kecil dan insulasi sangat baik untuk menurunkan total kehilangan besi, terutama komponen kehilangan arus eddy. Namun, densitas inti SMC umumnya sedikit lebih rendah daripada inti yang terbuat dari laminasi baja listrik yang kuat. Kepadatan yang lebih rendah ini dapat menunjukkan bahwa kinerja magnetiknya tidak sekuat itu. Anda mungkin memerlukan lebih banyak bahan SMC untuk membawa jumlah daya magnet yang sama. Hal ini secara tidak langsung dapat berdampak pada gambar yang kehilangan histeresis. Desain yang optimal untuk motor harus menstabilkan faktor-faktor ini. Desainer biasanya menggunakan alat bantu komputer seperti FEA (Finite Element Analysis) untuk meneliti hal ini dan mengoptimalkan pilihan bahan magnetik.

SMC vs Laminasi Baja: Apa Perbandingan Sebenarnya untuk Motor Induksi?

Ketika kita melakukan perbandingan langsung antara SMC vs laminasi baja untuk motor induksi, hasilnya akan sangat menarik. Untuk berbagai motor induksi dasar yang bekerja pada frekuensi yang agak rendah (seperti 50 atau 60 kali per detik dari stopkontak di permukaan dinding Anda), laminasi baja listrik tua yang baik biasanya muncul terlebih dahulu ketika kita hanya memeriksa kehilangan histeresis. Baja listrik khusus yang digunakan dalam laminasi sangat halus dan diproses untuk memiliki kehilangan histeresis yang sangat rendah pada kecepatan ini. Sebaliknya, SMC, memiliki kecenderungan untuk mengungkapkan keuntungan terbesarnya apabila keteraturan operasi lebih besar. Hal ini karena kekuatan supernya sangat mengurangi kehilangan arus eddy, yang menjadi masalah besar pada kecepatan tinggi.

Jadi, pilihan terbaik dalam perbandingan ini benar-benar bergantung pada motor induksi tertentu dan bagaimana motor tersebut digunakan. Pada beberapa jenis motor listrik induksi yang khas, medan magnet di stator berubah pada apa yang kita sebut frekuensi saluran. Pada kecepatan yang cukup rendah ini, bagian kerugian histeresis dari kerugian inti lengkap bisa jauh lebih besar daripada kerugian arus pusar, khususnya jika inti baja laminasi dibuat dengan baik. Dalam kasus ini, bahan komposit magnetik lunak sebenarnya bisa menunjukkan sedikit kehilangan histeresis yang lebih tinggi. Tetapi juga untuk beberapa desain motor induksi khusus, atau untuk motor listrik yang harus berputar sangat, sangat cepat, SMC bisa menjadi pemenangnya. Seringkali, makalah teknis memberikan evaluasi komparatif yang komprehensif untuk pembuat tertentu dengan melakukan hal ini.

Dapatkah SMC Mengurangi Kehilangan Inti Lebih Banyak Daripada Baja Laminasi dalam Motor?

Ini adalah pertanyaan besar yang ditanyakan semua orang: dapatkah material SMC meminimalkan kehilangan inti secara keseluruhan yang lebih besar daripada baja laminasi pada motor? Solusi yang tepat adalah: "tergantung." Komposit magnetik lunak (SMC) jelas luar biasa dalam memangkas kehilangan arus eddy. Jika tata letak motor Anda adalah salah satu di mana kehilangan arus pusar adalah orang jahat utama yang menyebabkan kesulitan, maka menggunakan inti SMC dapat menghasilkan total kehilangan inti yang jauh lebih rendah. Ini sering terjadi pada motor listrik berkecepatan tinggi, atau untuk motor listrik yang memiliki jalur fluks magnet tiga dimensi (3D) yang sangat kompleks. Ini adalah kursus di mana sulit dan bahkan sulit untuk menggunakan lembaran laminasi tingkat biasa secara efisien.

Meskipun demikian, jika kehilangan histeresis adalah komponen yang lebih besar dari masalah kehilangan inti (yang dapat terjadi pada motor berkecepatan rendah), maka laminasi baja elektrik yang canggih masih dapat menjadi pilihan yang jauh lebih baik untuk kehilangan besi yang lebih rendah. Satu hal lagi yang perlu diingat adalah bahwa kerapatan SMC biasanya lebih rendah daripada laminasi baja yang kuat. Hal ini dapat berarti kinerja magnetiknya (seberapa besar daya magnetik yang dapat ditanganinya untuk dimensinya) sedikit berkurang, kecuali jika motor dikembangkan secara hati-hati untuk itu. Jadi, Anda biasanya tidak bisa begitu saja menukar inti stator baja laminasi dengan inti SMC dan mengantisipasi keajaiban. Anda diharuskan untuk memaksimalkan seluruh tata letak motor - termasuk stator dan rotor - untuk bahan magnetik tertentu yang Anda pilih. Memanfaatkan hasil simulasi dari analisis elemen hingga (FEA) sangat penting di bawah ini.

Apakah Ada Kerugian Menggunakan SMC pada Inti Motor Induksi?

Ya, seperti jenis produk lainnya, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan jika Anda mempertimbangkan untuk menggunakan komposit magnetik lunak (SMC) pada inti motor induksi. Salah satu faktor krusial adalah bahwa produk SMC umumnya memiliki nilai saturasi yang lebih rendah untuk kerapatan fluks magnetik dibandingkan dengan baja listrik premium. Hal ini menyiratkan bahwa produk ini tidak dapat membawa "daya" magnetik yang cukup banyak dalam jumlah ruang yang sama sebelum mencapai "penuh". Jika Anda tidak memperhitungkan hal ini dalam gaya dan pengoptimalan Anda, hal ini dapat mengindikasikan bahwa motor harus sedikit lebih besar atau mungkin tidak terlalu kuat. Ketangguhan mekanis SMC juga bisa lebih rendah daripada baja yang kuat, yang dapat menjadi masalah dalam beberapa aplikasi motor.

Hal lain yang perlu dipertimbangkan adalah biaya dan cara Anda membuat komponen. Meskipun SMC memungkinkan bentuk 3D yang sangat trendi dan kompleks untuk inti stator - yang dapat menjadi nilai tambah yang besar untuk topologi motor tertentu seperti mesin Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) atau desain yang bertujuan untuk meminimalkan riak torsi - produk SMC itu sendiri dan prosedur pembuatan untuk membuat inti SMC mungkin jauh lebih mahal untuk beberapa jenis motor listrik atau jumlah produksi. Kepadatan yang lebih rendah juga berarti Anda mungkin memerlukan lebih banyak bahan SMC berdasarkan berat atau volume untuk melakukan tugas magnetis yang sama dengan lebih sedikit besi dalam stator baja. Anda diharuskan untuk memikirkan seluruh tata letak dan prosedur manufaktur. Keandalan bahan baru ini dan strategi pembuatannya juga merupakan lokasi studi yang sedang berlangsung untuk efisiensi SMC.

Jadi, Kapan Saya Harus Mempertimbangkan SMC untuk Tata Letak Motor Saya?

Pertama, jika Anda membuat motor listrik berkecepatan tinggi dengan efisiensi tinggi, SMC adalah penantang yang sangat kuat. Kemampuan mereka untuk menjaga kehilangan arus eddy sangat berkurang pada frekuensi tinggi adalah manfaat yang sangat besar di sana. Hal ini membantu mendongkrak performa motor. Kedua, jika gaya motor Anda membutuhkan jalur fluks magnet 3D yang menantang - bentuk yang benar-benar sulit atau tidak praktis untuk dibuat dengan laminasi baja datar - maka penerapan SMC adalah ide yang bagus. Hal ini sering terjadi pada beberapa jenis mesin Axial Flux Permanent Magnet (AFPM), desain mesin Flux-Switching Permanent Magnet (FSPM), atau konsep khusus seperti motor tanpa kuk dan slot pecahan. Motor SMC dapat memungkinkan opsi topologi yang unik ini.

Selain itu, jika Anda menemukan manufaktur inovatif seperti produksi aditif untuk komponen magnetik Anda, maka bahan komposit seperti SMC dapat menjadi komponen besar di masa depan. Untuk tata letak motor sinkron magnet permanen yang pasti, atau bahkan motor dc brushless magnet permanen, di mana Anda ingin benar-benar memaksimalkan hal-hal seperti torsi cogging yang sangat rendah atau torsi output yang halus (riak torsi yang berkurang), SMC memberi para insinyur kebebasan desain yang benar-benar baru untuk stator. Secara konstan, gunakan perangkat sistem komputer yang kuat seperti analisis elemen hingga (FEA) untuk menjalankan evaluasi relatif berdasarkan parameter tata letak tertentu. Pikirkan kinerja perangkat total, analisis termal DUC, faktor daya, dan pengaruhnya terhadap efektivitas motor. Hal ini berkaitan dengan menemukan opsi optimal untuk aplikasi yang berbeda, mungkin juga untuk truk listrik yang membutuhkan kepadatan dan keandalan torsi tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk membantu Anda membuat pilihan tersebut. Hasilnya menunjukkan bahwa desain dan optimalisasi yang cermat sangat penting.