Испытания электродвигателей
В рамках продолжающейся электрификации и связанных с ней технологических разработок эффективность и производительность электродвигателей также постоянно улучшаются. Новые технологические подходы также вызывают новые требования в области испытаний электродвигателей. Фирма ZwickRoell предлагает ряд решений, обеспечивающих соответствие электродвигателей наивысшим стандартам в плане производительности и эффективности. Основное внимание уделяется инновационным технологиям (например, технология шпилек или намотки (прямоугольная изолированная медная проволока с полимерным покрытием)), а также испытаниям электротехнической листовой стали, которые вносят решающий вклад в эффективность и производительность электродвигателей.
Благодаря инновационным испытательным решениям для прецизионного определения характеристик материалов, а также для контроля всего производственного процесса фирма ZwickRoell вносит решающий вклад в оптимизацию электродвигателей.
Испытания шпилек Испытание электротехнической листовой стали Запросить консультацию
Что такое технология шпилек?
Технология шпилек - это современная техника намотки, при которой используется прямоугольная изолированная медная проволока, также называемая «шпилька» из-за своей формы. Эта технология заменяет традиционные медные катушки и, за счет существенно улучшенного использования объема, способствует значительному повышению эффективности электродвигателей, одновременно сокращая пространство, необходимое для установки. Для этой цели шпильки обрабатываются с помощью очень сложных процессов намотки и гибки. Для того, чтобы производственные процессы проходили стабильно и приводили к хорошим результатам, необходимо точно понимать как поведение материала, так и влияние процессуальных параметров. Именно для этого необходимы подходящие испытательные решения.
Испытание шпилек - новые требования к испытаниям
Точное знание механических свойств статора необходимо, с одной стороны, для обеспечения стабильного качества производственного процесса, а с другой - для предотвращения остановки этого процесса из-за неточностей в материале. Помимо характеристик материалов необходимо также анализировать и понимать влияния производственных параметров.
Фирма ZwickRoell предлагает широкий спектр испытаний, в частности, для определения характеристик прямоугольной медной проволоки с покрытием, что позволяет получить полное представление о материалах и процессах, внося тем самым решающий вклад в дальнейшее развитие технологии шпилек и процессов производства шпилек-статоров. Сюда относятся:
- высокоточное определение упругого поведения материала, которое из-за покрытия может отличаться от основного материала и вследствие восстановления имеет большое значение для производственного процесса
- определение пластичного поведения материала шпильки вплоть до разрушения в процессе испытания на растяжение
- определение характеристик изгиба для проверки модуля изгиба и восстановления
- моделирование производственного процесса посредством испытаний на кручение
- прецизионный анализ коэффициента трения покрытия
Испытание шпилек на растяжение
Тонкая полимерная изоляция напрямую влияет на деформируемость медной проволоки, в том числе на восстановление после изгиба, что, в свою очередь, влияет на соблюдение размеров и может привести к появлению проблем на производстве. Кроме того, к изоляции также предъявляются требования: на ней не должно появляться трещин даже после значительной деформации, и она должна быть способна к обработке. И все это при малой толщине.
- Поэтому понимание упругости имеет центральное значение. Для возможности точного определения упругой зоны изолированной проволоки в процессе испытания на растяжение фирма ZwickRoell располагает экстензометром с очень высоким разрешением, способным измерять модуль упругости с обеих сторон образца по отдельности. Это позволяет гарантировать получение высокоточных результатов испытаний.
- Для определения пластичной деформации вплоть до разрушения деформация образца регистрируется с помощью датчика makroXtens со щупами.
Испытание шпилек на изгиб
В процессе классического испытания на 3-точечный изгиб с использованием экстензометра можно определять характеристики изгиба. С одной стороны, это нужно для определения модуля изгиба, с другой - также для проверки восстановления. Это испытание можно использовать в области контроля качества, а также для валидации имитационных моделей.
Испытания на кручение для моделирования процесса производства шпилек
Для моделирования процесса производства фирма ZwickRoell располагает системой для испытаний на кручение, на которой посредством модульно настраиваемого приспособления для изгиба/кручения можно моделировать кручение шпилек с реальной производственной скоростью.
- Испытательное приспособление гибко адаптируется к геометрии шпильки, а также позволяет настраивать различные радиусы изгиба и дает возможность устанавливать различные скорости изгиба и даже измерять угол восстановления посредством подключенного к машине программного обеспечения testXpert.
- Таким образом можно по отдельности рассматривать и анализировать многие параметры процесса. Сочетание с определением механических характеристик позволяет выявить корреляции, которые можно использовать для лучшего понимания процессов и, таким образом, дальнейшего повышения качества.
Динамические испытания электротехнической листовой стали электродвигателей
Электротехническая листовая сталь - это узкоспециализированные стальные листы, используемые при производстве электродвигателей для направления магнитного потока и, таким образом, повышения эффективности двигателя. Их механические и электромагнитные свойства являются решающими для производительности двигателя, в особенности при высоких частотах вращения и динамических нагрузках, как это бывает в электромобилях.
В сталелитейной промышленности в настоящее время важной тенденцией является разработка новой электротехнической листовой стали. Новые материалы всегда подразумевают новые процессы формования и обработки, которые необходимо точно понимать и характеризовать.
Испытания электротехнической листовой стали необходимы для определения их общих механических свойств, а также электромагнитных характеристик и усталостной прочности. Дефектные или плохие электромагнитные свойства могут значительно снизить эффективность двигателя и привести к ненужным потерям энергии. Как правило, электротехническая листовая сталь изготавливается методом штамповки, и затвердевшая вследствие этого кромка листа может, с одной стороны, привести к растрескиванию кромок, то есть к преждевременному разрушению, с другой - повлиять на электромагнитный поток. Поэтому необходима хорошая характеризация листовой стали.
Испытания с динамическим нагружением: Электротехническая листовая сталь подвергается воздействию динамических нагрузок для определения ее усталостной прочности и реакции в реальных условиях эксплуатации. Для этого фирма ZwickRoell предлагает сервогидравлические компактные испытательные системы, которые благодаря установленному на нижней траверсе испытательному цилиндру особенно подходят для эксплуатации при повышенных температурах.
Статическое испытание электротехнической листовой стали электродвигателей
Для обеспечения механической функциональности электротехнической листовой стали в электродвигателях в процессе обработки и эксплуатации важную роль играют классические методы статических испытаний (например, испытание на растяжение по ISO 6892-1 и ASTM E8) позволяющие определить такие характеристики материала, как модуль упругости, предел текучести, прочность при растяжении и деформация разрушения. Они предоставляют фундаментальную информацию о механическом поведении материала при квазистатическом нагружении и имеют важное значение для выбора материала и контроля его качества (например, для статоров и роторов электродвигателей).
Электротехническая листовая сталь часто бывает очень тонкой (как правило, от 50 до 100 микрометров) и при этом имеет крупнозернистую структуру. Это может привести к очень сложным свойствам при деформации и разрушении.
- Поэтому стандарт DIN 50154, регламентирующий испытание образцов с номинальной толщиной менее 200 мкм на растяжение, хорошо подходит в качестве альтернативы стандарту ISO 6892. Одних лишь статических значений часто недостаточно для прогнозирования поведения локального разрушения в процессе формования. Оба стандартных метода уже предлагаются в виде программ испытаний в программном обеспечении testXpert фирмы ZwickRoell, так что все важные параметры испытаний уже предварительно настроены.
- Испытания листовых металлов помогают исследовать свойства разрушения в приближенных к реальности процессах формования (например, глубокая вытяжка) и предоставляют информацию о деформируемости и склонности к образованию трещин.
- В процессе испытания на раскрытие отверстий можно анализировать чувствительность электротехнической листовой стали к трещинам на кромке. Для этого фирма ZwickRoell предлагает оптическое обнаружение разрушения с поддержкой искусственного интеллекта, что гарантирует получение независимых от оператора и воспроизводимых результатов.
Научное исследование по теме «Электротехническая листовая сталь»
Многофункциональный анализ механических и электромагнитных свойств электротехнической листовой стали
В проекте Немецкого исследовательского фонда (DFG), в котором приняли участие многие университеты, системы фирмы ZwickRoell использовались в нескольких исследованиях. Было показано, что остаточные напряжения можно намеренно вводить в электротехническую листовую сталь с помощью процесса штамповки. Эти остаточные напряжения влияют на электромагнитный поток в стальном листе, вследствие чего может повышаться эффективность. С помощью разработанного в рамках исследовательского проекта приспособления удалось измерить электромагнитные свойства материала в процессе испытания на растяжение.
См. изображение Отчет об исследовании DFG “Increased Efficiency of Electrical Steel by Targeted Residual Stress” стр. 206, раздел 12.4
ОБ АВТОРЕ:
Руководитель отдела глобального отраслевого менеджмента
- Ответственный за стратегическое развитие испытательных решений в секторе мобильности и аккумуляторов на фирме ZwickRoell
- Специалист по механическим испытаниям материалов и компонентов в автомобильной промышленности
- Многолетний опыт исследований на кафедре технологии формования и литейного производства (utg) Технического университета Мюнхена
- Руководство многочисленными двусторонними исследовательскими проектами с ведущими автопроизводителями
- Научное направление: определение характеристик листовых материалов и эксперименты по дифракции на месте
- Кандидатская диссертация 2023 года по теме: Упруго-пластичные характеристики высокопрочных сталей