Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
Se lavorate con i motori elettrici o volete capirli meglio, questo articolo fa per voi. Scegliere il giusto tipo di acciaio per laminazioni del motore è importantissimo. Può far funzionare un motore alla grande o sprecare energia. In questo articolo, si illustra ciò che è necessario sapere sull'acciaio elettrico. Imparerete a selezionare l'acciaio di laminazione migliore per le vostre esigenze. Questo aiuterà i vostri motori a funzionare con una migliore efficienza.
Quando si parla di un motore, spesso si pensa alla sua potenza. Ma all'interno viene utilizzato un tipo speciale di acciaio. Si tratta dell'acciaio elettrico, noto anche come acciaio di laminazione o acciaio al silicio. Non è un acciaio qualsiasi. È fatto per avere buone proprietà magnetiche. Le laminazioni sono fogli sottili di questo acciaio. Per realizzare le parti di un motore, come lo statore e il rotore, impiliamo insieme molti fogli di laminazione.
Pensate a una laminazione come a una sottile fetta di pane. Si impilano molte fette per ottenere una pagnotta. In un motore, queste laminazioni guidano il campo magnetico. Il grado dell'acciaio elettrico ci indica la sua qualità e le sue prestazioni. Esistono molti gradi diversi e la scelta di quello giusto è fondamentale. La qualità dell'acciaio influisce sulla quantità di energia utilizzata dal motore. Un buon grado di acciaio di laminazione significa meno energia sprecata.
L'acciaio elettrico è solitamente una lega di ferro. Ciò significa che si tratta principalmente di ferro con l'aggiunta di altri elementi, come il silicio. Il modo in cui sono realizzate le laminazioni e il loro spessore sono molto importanti. È necessario isolare ogni laminazione da quella successiva. Ciò contribuisce a ridurre le perdite di energia, chiamate perdite per correnti parassite. La comprensione del grado di laminazione dell'acciaio ci aiuta a costruire motori migliori e più efficienti.
Ebbene, il silicio è un ingrediente chiave della acciaio al silicio, che è un tipo di acciaio elettrico. L'aggiunta di silicio al ferro ne modifica in meglio le proprietà magnetiche. Una cosa importante che il silicio fa è aumentare la resistività elettrica dell'acciaio. Una resistività più elevata è positiva perché aiuta a ridurre la perdita del nucleo. La perdita del nucleo è l'energia sprecata come calore nel nucleo del motore. Per ottenere una buona efficienza, vogliamo mantenere bassa la perdita di nucleo.
La quantità di silicio contenuta nell'acciaio al silicio può variare. In genere, si tratta di qualche punto percentuale. Una maggiore quantità di silicio significa generalmente una minore perdita del nucleo. Tuttavia, una quantità eccessiva di silicio può rendere l'acciaio elettrico più difficile da punzonare o stampare in forme di laminazione. I produttori devono quindi trovare un buon equilibrio. Il silicio contribuisce a rendere le proprietà magnetiche dell'acciaio più stabili nel tempo.
Quindi, quando vedete "acciaio al silicio" o "acciaio elettrico" per la laminazione di un motore, ricordate che il silicio è lì per un motivo. Aiuta il motore a funzionare bene controllando il campo magnetico e riducendo lo spreco di energia. Il contenuto di silicio è un fattore importante quando un produttore decide il tipo di acciaio da produrre. Questa speciale lega di ferro e silicio è un cavallo di battaglia dei motori elettrici e dei generatori.
Sì, l'orientamento dei grani nell'acciaio elettrico conta molto! Mi spiego meglio. L'acciaio è composto da piccoli cristalli chiamati grani. In alcuni tipi di acciaio elettrico, questi grani sono allineati in una direzione specifica. Si tratta del cosiddetto acciaio elettrico a grani orientati. Questo tipo di acciaio ha eccellenti proprietà magnetiche nella direzione in cui i grani sono allineati. Viene spesso utilizzato nei trasformatori dove il campo magnetico segue un percorso prestabilito.
Per molti motori, soprattutto quelli in cui il campo magnetico deve ruotare o muoversi in più direzioni, si usa qualcosa di diverso. Spesso si tratta di acciaio non orientato (o NGOES - Acciaio elettrico non orientato alla grana). In questo acciaio elettrico, i grani non sono allineati in una direzione specifica. Ciò significa che le sue proprietà magnetiche sono più isotrope, ovvero simili in tutte le direzioni nel piano della laminazione. Ciò è molto utile per le parti del rotore e dello statore di un motore.
Pertanto, quando si sceglie un acciaio elettrico, è importante pensare all'orientamento dei grani. Se la densità del flusso magnetico deve essere elevata in una direzione, l'acciaio elettrico a grani orientati potrebbe essere adatto. Ma per la maggior parte delle applicazioni motoristiche in cui il campo cambia direzione, l'acciaio non orientato (NGOES) è di solito la scelta migliore per le laminazioni. La scelta influisce sull'efficienza e sulla perdita del nucleo.
Quando si parla di acciaio elettrico per i laminati dei motori, si sente parlare di acciaio "completamente lavorato" e "semilavorato". Qual è la differenza? L'acciaio elettrico completamente lavorato è pronto per l'uso fin dall'acciaieria. Il produttore ha già effettuato tutti i trattamenti termici necessari, come la ricottura, per conferire le proprietà magnetiche finali. È sufficiente punzonare o tagliare al laser i laminati, impilarli e il gioco è fatto. Questo facilita la produzione.
L'acciaio elettrico semilavorato, invece, ha bisogno di più lavoro dopo la realizzazione delle laminazioni. Le proprietà magnetiche non sono ancora completamente sviluppate. Dopo aver stampato o tagliato le laminazioni, di solito è necessario ricoprirle. Questa fase di trattamento termico è fondamentale. Aiuta ad alleviare le tensioni di taglio e a sviluppare le proprietà magnetiche desiderate, come la bassa perdita di nucleo e l'elevata permeabilità magnetica. La ricottura finale viene spesso eseguita in un'atmosfera speciale di decarburazione, a volte con idrogeno, per rimuovere il carbonio residuo.
La scelta tra acciaio elettrico completamente lavorato e semilavorato dipende dall'applicazione e dall'assetto produttivo. I tipi completamente lavorati sono più facili se non si vuole fare la ricottura finale. Tuttavia, l'acciaio semilavorato può talvolta offrire migliori proprietà magnetiche dopo un accurato trattamento termico. Può anche essere migliore per forme di laminazione complesse, poiché è più morbido prima della ricottura finale. Entrambi i tipi di acciaio sono gradi importanti di acciaio elettrico.
La scelta del tipo di acciaio giusto per l'applicazione del motore è una decisione importante. Che cosa deve fare questo motore? È un motore ad alta efficienza? Funziona ad alta frequenza? Qual è l'obiettivo di perdita del nucleo? Le risposte aiutano a scegliere l'acciaio elettrico migliore. L'ASTM (American Society for Testing and Materials) fornisce standard che definiscono diversi gradi. Questi standard ASTM aiutano a confrontare le proprietà magnetiche.
Ad esempio, se si ha bisogno di una perdita di nucleo molto bassa per un motore ad alta efficienza, si cercherà un tipo di acciaio elettrico noto per questo motivo. Spesso si tratta di un acciaio al silicio con un buon contenuto di silicio e uno spessore controllato. Il manuale o le schede tecniche del produttore sono molto utili. In essi sono elencate le proprietà magnetiche, come la perdita del nucleo (spesso in watt per libbra o watt per chilogrammo a una certa densità di flusso magnetico, come 1,5 Tesla, e a una frequenza di 60 Hz) e la permeabilità magnetica.
Considerate anche la temperatura di esercizio e le esigenze meccaniche. Alcuni tipi di acciaio gestiscono meglio le sollecitazioni. Dovete anche considerare come produrre le laminazioni. Le punzonerete o userete il laser? Alcuni tipi di acciaio elettrico sono più adatti a determinati metodi di taglio. Una scelta corretta garantirà buone prestazioni ed efficienza del motore. È una parte fondamentale della progettazione del motore.
Esistono diversi tipi di acciaio elettrico e questo può creare confusione. Ma possiamo raggrupparli. Abbiamo l'acciaio elettrico a grani orientati e l'acciaio non orientato (NGOES). All'interno dell'acciaio elettrico non orientato, ci sono molti gradi. Questi gradi sono spesso denominati utilizzando i codici ASTM. I codici di solito indicano la perdita massima di nucleo di quel tipo di acciaio. Un numero più basso spesso indica una perdita di nucleo inferiore e una migliore qualità.
Questi gradi di acciaio elettrico si differenziano per il contenuto di silicio, lo spessore e le modalità di lavorazione. Ad esempio, alcuni acciai elettrici possono avere circa 1% di silicio, mentre altri possono avere 3% o più. Lo spessore dei fogli di laminazione può variare da molto sottile (come 0,1 mm) per usi ad alta frequenza, a più spesso (come 0,65 mm) per altre applicazioni. Le laminazioni più sottili contribuiscono in genere a ridurre le perdite per correnti parassite, soprattutto alle alte frequenze.
La composizione della lega comprende anche piccole quantità di altri elementi come manganese o alluminio, oltre a ferro e silicio. Ogni tipo di acciaio è progettato per determinate esigenze di prestazioni. Pertanto, quando si esaminano i diversi tipi, è bene controllare le specifiche relative alla perdita di nucleo, alla densità di flusso magnetico e alla permeabilità magnetica. Questo vi aiuterà a trovare l'acciaio elettrico più adatto per il vostro motore o trasformatore. È importante che il produttore fornisca gradi coerenti.
Le proprietà magnetiche sono estremamente importanti nella scelta dell'acciaio di laminazione per un motore. L'utilizzo di un acciaio elettrico speciale si basa sulle sue proprietà magnetiche. L'acciaio del nucleo del motore (statore e rotore) deve guidare il campo magnetico con la minor perdita di energia possibile. Buone proprietà magnetiche portano a una maggiore efficienza del motore.
Le proprietà magnetiche chiave da ricercare sono una bassa perdita di nucleo, un'elevata permeabilità magnetica e un'alta densità di flusso magnetico di saturazione. La perdita di nucleo è l'energia persa sotto forma di calore nell'acciaio di laminazione quando è magnetizzato. Vogliamo che sia la più bassa possibile. La permeabilità magnetica indica la facilità con cui l'acciaio elettrico può essere magnetizzato. Una permeabilità più elevata è migliore. La densità di flusso di saturazione è il campo magnetico massimo che l'acciaio può gestire prima di smettere di diventare molto più forte.
Queste proprietà magnetiche sono influenzate dalla qualità dell'acciaio, dal suo contenuto di silicio, dallo spessore e da eventuali trattamenti termici. Il produttore testerà l'acciaio e fornirà i dati relativi a queste proprietà. Quando si sceglie l'acciaio di laminazione, si confrontano questi valori per assicurarsi che l'acciaio sia utilizzato in modo efficace nel progetto del motore per ottenere le prestazioni desiderate. È un equilibrio trovare il giusto grado di acciaio elettrico.
Questa è una domanda interessante! I metalli amorfi, talvolta chiamati vetro metallico, sono un tipo speciale di lega. A differenza del normale acciaio elettrico, che ha una struttura a grani cristallini, i metalli amorfi non ce l'hanno. Questa struttura unica conferisce loro una perdita di nucleo molto bassa, soprattutto ad alta frequenza. Pertanto, per alcune applicazioni di motori e trasformatori, le leghe amorfe possono rappresentare un grande vantaggio per le laminazioni.
Tuttavia, anche l'acciaio a laminazione amorfa presenta delle difficoltà. Spesso è più fragile dell'acciaio al silicio. Questo può rendere più difficile la punzonatura o lo stampaggio in forme di laminazione. Può anche essere più costoso. Poiché è così sottile e fragile, la sua manipolazione durante la produzione dei motori richiede una particolare attenzione. La densità di flusso magnetico di saturazione di alcune leghe amorfe può anche essere inferiore a quella di alcuni acciai al silicio di alta qualità.
Pertanto, sebbene i laminati amorfi offrano una perdita di nucleo incredibilmente bassa e possano migliorare l'efficienza in alcuni progetti di motori, non sono un semplice sostituto per tutti gli acciai elettrici. È necessario soppesare i vantaggi rispetto ai costi e alle sfide di produzione. Per i motori ad alta efficienza o ad alta frequenza, è sicuramente qualcosa da prendere in considerazione. Questo tipo di acciaio può davvero spingere le prestazioni.
La produzione di acciaio elettrico per laminazioni è un processo di lavorazione piuttosto particolare. Si inizia con la fusione di ferro di elevata purezza. Poi si aggiungono elementi come il silicio (e talvolta altri come il manganese o l'alluminio) per creare la lega desiderata. La quantità di carbonio deve essere mantenuta molto bassa, poiché il carbonio è dannoso per l'invecchiamento magnetico e le proprietà magnetiche.
Successivamente, l'acciaio fuso viene colato e poi laminato a caldo e a freddo in fogli sottili. Il processo di laminazione è molto importante. Per gli acciai elettrici a grana orientata, si utilizzano speciali fasi di laminazione e ricottura per allineare la struttura della grana. Per tutti gli acciai elettrici, lo spessore finale è attentamente controllato. Dopo la laminazione, l'acciaio viene spesso sottoposto a un processo di ricottura. Questo trattamento termico contribuisce a migliorare le proprietà magnetiche aumentando la dimensione dei grani e riducendo le sollecitazioni.
Infine, le lamiere di acciaio elettrico sono spesso rivestite con un sottile strato isolante. Questo rivestimento è importante perché, quando le lamiere sono impilate nel nucleo del motore, aiuta a isolarle l'una dall'altra. In questo modo si riducono le perdite per correnti parassite. Il produttore deve controllare attentamente ogni fase per produrre acciaio laminato di alta qualità con proprietà magnetiche e meccaniche costanti. In questo modo si garantisce la conformità dell'acciaio a standard come l'ASTM.
Lo spessore della laminazione del motore è un fattore molto importante per l'efficienza del motore! Ecco perché: quando un campo magnetico cambia nell'acciaio elettrico di un motore, crea piccole correnti elettriche vorticose chiamate correnti parassite. Queste correnti parassite causano una perdita di energia che si manifesta sotto forma di calore. Si tratta di una parte della perdita del nucleo.
Uno dei modi migliori per ridurre le perdite per correnti parassite è utilizzare laminazioni più sottili. Pensate a come affettare una patata. Le fette più sottili cuociono più velocemente. Le laminazioni più sottili rendono più difficile la formazione di correnti parassite. Quindi, una laminazione spessa, ad esempio, 0,35 mm avrà generalmente perdite per correnti parassite inferiori rispetto a una di 0,50 mm, soprattutto a frequenze più elevate (come 60 Hz o più).
Naturalmente, l'uso di laminazioni più sottili significa che ne servono di più per ottenere la stessa dimensione dell'anima. Questo può aumentare i costi e rendere l'impilamento un po' più complesso. Ma per molti motori, soprattutto quelli che puntano a un'elevata efficienza o che operano a velocità o frequenze più elevate, la scelta di un tipo di acciaio elettrico con il giusto spessore è fondamentale. Si tratta di bilanciare prestazioni e costi per ottenere il risultato migliore per l'applicazione specifica. Il produttore offrirà diversi gradi con varie opzioni di spessore.
Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
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