ورق‌ های فولادی سیلیکونی

بررسی مکنتواستریکشن متناوب و چرخشی ورق‌ های فولادی سیلیکونی غیر جهت‌دار

تحلیل ‌های آماری گسترده و آزمایشات تجربی نشان داده‌اند در حالی‌ که نقاط اصلی هسته‌ های مغناطیسی در دستگاه‌ های الکترومغناطیسی مانند ترانسفورماتورها و ماشین آلات الکتریکی دورانی تحت سلطه میدان‌ های مغناطیسی متناوب هستند، میدان‌ های مغناطیسی دورانی در اتصالات گوشه ترانسفورماتورهای چند فاز و تیغه در پشت دندانه ماشین آلات الکتریکی دورانی وجود دارند. این میدان‌ های مغناطیسی به دلیل هیسترزیس و جریان های گردابی، ارتعاشات مکانیکی و اختلالات صوتی ناشی از مگنتواستریکشن باعث اتلاف هسته می ‌شوند. بسیاری از مطالعات به بیان تلفات هسته متناوب و چرخشی همچنین و انقباض مغناطیسی متناوب پرداخته‌اند اما درمورد انقباض مغناطیسی چرخشی، به‌ویژه در ورق‌های فولادی سیلیکونی غیر جهت‌دار (NO) اینطور نیست. ارتعاش و نویز ناشی از انقباض مغناطیسی چرخشی بسیار بیشتر از انقباض متناوب است. این مقاله توسعه یک سیستم سنجش مغناطیسی متشکل از یک آزمایشگر ورق تک متقارن دو بعدی (SST) و استرین گیج مقاوم را بررسی می‌کند. انتخاب گیج‌های کرنش مقاومتی نیز به‌طور خلاصه بیان شده‌اند. ویژگی‌های انقباض مغناطیسی متناوب و چرخشی فولاد سیلیکونی (NO)، B35A300 (0.35 میلی متر)، اندازه گیری می‌شوند. چون که میدان مغناطیسی دوار در استاتور همیشه کاملا دایره‌ای نیست بلکه اغلب بیضوی است، مگنتواستریکشن در مگنتیزیشن های بیضوی با نسبت‌های مختلف محور نیز اندازه گیری می‌شود. همچنین ناهمسانگردی مگنتواستریکشن ورق فولاد NO مشاهده و تحلیل می‌شود. ازدیاد طول و انقباض در مگنتیزیشن‌های چرخشی متناوب، دایره‌ای و بیضوی با نسبت‌های محوری مختلف نیز مورد بحث قرار می‌گیرند. نتایج به دست آمده از داده‌ها برای محاسبه و طراحی ترانسفورماتورهای چند فاز و الکتریکی دوار در مگنتیزیشن‌های مختلف حمایت می‌کنند. این تحقیق می‌تواند راهنمای نظری و عملی برای کاهش ارتعاش مکانیکی و نویز صوتی ناشی از مگنتیزیشن باشد.

ارتعاش مکانیکی و نویز صوتی از ماشین آلات چرخشی AC، ترانسفورماتورهای برق و سایر دستگاه‌های الکترومغناطیسی هسته‌های ورق فولاد الکتریکی به نگرانی‌های روزافزون صنعت برق دامن می‌زنند. نیروی ماکسول به‌طور کلی منبع اصلی مغناطیس ارتعاش هسته استاتور را در نظر می‌گیرد. نیروی مگنتواستریکشن در مواد هسته به عنوان یکی دیگر از منابع ارتعاشی مضر در اینجا گزارش شده است. همان‌طور که در این مقاله گزارش شده است، نیروهای مگنتواستریکشن قابل توجه بوده و می‌توانند بیش از 50 درصد از کل نیروی الکترومکانیکی را بدون محاسبه آن به دست آورند. در طراحی الکترومغناطیسی و مکانیکی تجهیزات الکتریکی، خواص مگنتواستریکشن (MS) متناوب (1D) معمولاً در نظر گرفته می‌شوند. با این حال، MS متناوب به طور کلی در دندانه استاتور ماشین الکتریکی چرخشی و در وسط پایه‌های ترانسفورماتور تولید می‌شود در حالی ‌که در نواحی پشت دندانه‌های ماشین آلات چرخشی و در اتصالات T ترانسفورماتورهای چند فاز و میدان‌ های مغناطیسی به‌عنوان MS های چرخشی رخ می‌دهند. در انتهای دندانه ماشین چرخشی، چگالی شار تقریباً دایره ای هستند و در هنگام حرکت به سمت تیغه و وسط دندانه ها بیضوی می شوند.

همانطور که در بسیاری از مقالات گزارش شده است، مغناطیس MS چرخشی بسیار بیشتر از MS متناوب است. بنابراین، در ورق‌ های فولادی الکتریکی، که رایج ترین مواد هسته در ماشین آلات دوار و ترانسفورماتورها هستند، دقت در اندازه گیری MS متناوب و چرخشی بسیار مهم است. برای اندازه گیری MS تک بعدی، آزمایشگرهای تک صفحه‌ای (SST) با ویبرومتر معمولاً با پیروی از استاندارد بین المللی IEC 60404-17 استفاده می‌شوند. ویژگی‌ های MS تک بعدی در ابعاد و شرایط مختلف مانند دامنه‌ های استرس مختلف، دما و تحریکات اندازه گیری شده و نتایج با ارزشی به دست آمده است. بر خلاف اندازه گیری MS تک بعدی، استاندارد بین المللی برای اندازه گیری MS دو بعدی یا چرخشی هنوز بکار گرفته نشده است. ویژگی های MS دو بعدی معمولاً با استفاده از آزمایشگرهای مغناطیس دو بعدی اندازه گیری می شوند. آزمایشگر تک ورق چرخشی (RSST) تیغه های افقی و نمونه‌های مربعی، و آزمایشگر دوبعدی با تیغه های استانور و نمونه های گرد برای اندازه گیری ویژگی های MS دوبعدی ورق های فولادی سیلیکونی استفاده می شوند زیرا می‌توانند میدان های مغناطیسی کاملاً یکنواخت در مرکز نمونه ها ایجاد کنند.

در مقایسه با این آزمایشگرها، استفاده از آزمایشگر تک ورق (SST) با تیغه های عمودی سودمندتر است چون دارای سطح وسیعی از چگالی شار یکنواخت (B) در مرکز نمونه است و برای بررسی تنش خارجی بر خواص مغناطیسی مواد در مگنتیزیشن تک و دو بعدی مناسب است. در اندازه گیری MS دو بعدی، کرنش سنج اغلب به عنوان سنسور MS استفاده می شوند. به عنوان عنصر اصلی سیستم اندازه گیری MS، کرنش سنج ها در دستیابی به نتایج آزمایش نقش تعیین کننده ای دارند. بسیاری از پیکربندی های مختلف آنها وجود دارد که در کاربردهای مختلف مناسب هستند اما مقالات اندکی به بررسی انتخاب کرنش سنج و کاربرد MS در ورق های فولاد سیلیکونی پرداخته اند. تست MS دو بعدی بایستی محدودیت فضا و محدوده سنسورهای B، H و MS را در نظر بگیرد. تکنیک ماشه همزمان و تکنیک های اکتساب نیز در این سیستم کاربرد دارند. باتوجه به تحقیقات آزمایشگاهی ما بر روی خواص مغناطیسی چرخشی، این مقاله یک سیستم اندازه گیری MS تک و دو بعدی را معرفی می کند که می تواند به طور همزمان سیگنال های B و H و همچنین کرنش را برای اندازه گیری با دقت بالا جمع آوری کند.

این مقاله از یک SST متقارن دوبعدی برای اندازه‌ گیری ویژگی‌ های MS در ورق سیلیکونی NO،B35A300، تحت مگنتیزیشن متناوب، چرخشی و بیضوی استفاده می کند. کرنش سنج مقاوم به عنوان سنسور MS استفاده می شوند. در اینجا، خلاصه ای از انتخاب و استفاده از آنها برای اندازه گیری MS تک و دو بعدی بیان می شود. خواص MS متناوب در جهات مختلف نیز بررسی شده است. مشاهده شد که MS از ورق فولادی NO ناهمسانگردی را نشان می دهد. در فولاد NO، مقادیر MS با جهات مگنتیزیشن همسو می‌شوند که همگی مثبت هستند، اما در جهت مگنتیزیشن عمود بر منفی است. بیشترین مقدار پیک به پیک MS در امتداد TD مشاهده شد که تقریبا سه تا پنج برابر آن در امتداد RD بود. ویژگی های MS در مگنتیزیشن مغناطیسی دایره ای و بیضوی نیز در اینجا اندازه گیری شدند. می توان نتیجه گرفت که حداکثر کشیدگی و انقباض در امتداد جهت های x و y در MS چرخشی به طور قابل توجهی بالاتر از MS متناوب است. از آنجایی که شار B با نسبت های مختلف محور در تجهیزات الکتریکی بیشتر بیضوی است، ویژگی‌های MS دو بعدی در مگنتیزیشن بیضوی نیز در این مقاله به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفته است. درجه خاصی از ناهمسانگردی مغناطیسی و انقباض مغناطیسی در ورق‌ های فولادی NO وجود دارد. نادیده گرفتن ناهمسانگردی MS در ویژگی های MS تک و دو بعدی در ورق‌ های فولادی خطاهای قابل توجهی در تحلیل‌ های الکترومغناطیسی و الکترومکانیکی، و دست تخمین سهم MS در ارتعاش و نویز تجهیزات الکتریکی ایجاد خواهد کرد. بررسی ویژگی‌ های MS تک و دو بعدی می تواند پشتیبانی داده برای طراحی الکترومغناطیسی در مگنتیزیشن های مختلف و همچنین ارائه راهکارهای نظری و عملی را با هدف کاهش ارتعاشات الکترومغناطیسی و نویز فراهم کند.