أداء المحرك واختيار درجات فولاذ السيليكون

المادة الخام الرئيسية لصناعة قلب المحرك هي صفائح الفولاذ السيليكوني. حالياً، أكثر الأنواع استخداماً هي 470 و600 و800 في الصفائح المدرفلة على البارد، ومن بينها تُستخدم صفائح 470 و600 بشكل أكثر شيوعاً في المحركات عالية الكفاءة.

1. خسارة منخفضة.

يُعدّ فقد الطاقة في القلب الحديدي عند تردد معين وشدة حث مغناطيسي محددة مؤشرًا رئيسيًا لألواح الفولاذ الكهربائي. ويتكون هذا الفقد من جزأين: فقد التخلف المغناطيسي وفقد التيارات الدوامية. يُعرف فقد التخلف المغناطيسي بأنه استهلاك الطاقة الناتج عن التمغنط المتناوب للقلب الحديدي، ويرتبط بتركيب المادة وحجم حبيباتها، ويمكن تمثيله بمساحة منحنى التخلف المغناطيسي. أما فقد التيارات الدوامية، فهو فقد المقاومة الناتج عن التيارات الدوامية المتولدة أثناء التمغنط المتناوب للقلب الحديدي، ويرتبط بمقاومة المادة وسمكها. لذا، ولتقليل فقد الطاقة في القلب الحديدي، تتميز ألواح الفولاذ الكهربائي بسمك أقل ومقاومة أعلى.

2. موصلية مغناطيسية عالية.

كلما زادت الموصلية المغناطيسية، كلما أمكن تقليل مساحة المقطع العرضي للدائرة المغناطيسية عندما يظل التدفق ثابتًا، مما يوفر النحاس المستخدم في ملف الإثارة ويقلل من حجم المحرك.
3. خصائص تغليف جيدة.

يجب أن تتمتع ألواح الفولاذ الكهربائي بصلابة مناسبة، فلا تكون هشة للغاية ولا لينة للغاية. ينبغي أن يكون سطحها أملسًا ومستويًا ومتجانس السماكة (مع ضرورة التحكم في اختلاف سماكة الألواح)، مما يُسهّل عملية التثقيب في القوالب ويُحسّن معامل التراص. يمكن استخدام القالب نفسه لألواح الفولاذ المدرفلة على البارد، ويمكن إطالة عمرها الافتراضي بشكل ملحوظ مقارنةً بألواح الفولاذ المدرفلة على الساخن. بعض ألواح الفولاذ الكهربائي المدرفلة على البارد والمطلية بطبقات غير عضوية أو عضوية يمكن أن تزيد عدد ضربات التثقيب لكل تمريرة للقالب بما يقارب عشرة أضعاف بعد عملية تجليخ واحدة. ● تتميز هذه الألواح بانخفاض تكلفتها وسهولة استخدامها. بالإضافة إلى المتطلبات المذكورة أعلاه، غالبًا ما تتطلب بعض المحركات مواد موصلة مغناطيسيًا ذات متطلبات أعلى، مثل مقاومة الانهيار المغناطيسي والتمدد المغناطيسي المنخفضين. هذه المتطلبات متنوعة ويجب أخذها في الاعتبار بشكل شامل.

● صفائح الفولاذ السيليكوني
فولاذ مُسبَّك يحتوي على السيليكون، يُدرفل على شكل صفائح رقيقة. يُشار إليه عمومًا باسم صفائح فولاذ السيليكون. وبحسب عملية التصنيع، يُصنَّف إلى صفائح فولاذ السيليكون المدرفلة على الساخن (والتي تم التخلي عنها إلى حد كبير) وصفائح فولاذ السيليكون المدرفلة على البارد. ويمكن تقسيم صفائح فولاذ السيليكون المدرفلة على البارد إلى نوعين: موجه وغير موجه. حاليًا، تُورَّد صفائح فولاذ السيليكون في الغالب على شكل صفائح. ولتحسين الخصائص المغناطيسية لصفائح فولاذ السيليكون وتقليل مقاومتها للقص، تخضع صفائح فولاذ السيليكون المحلية لمعالجة التلدين في مصانع الدرفلة.

●خالٍ من صفائح الفولاذ السيليكوني
يستخدم قلب المحرك صفائح من الفولاذ السيليكوني بدلاً من صفائح الفولاذ منخفض الكربون والحديد النقي، وهو ما شكّل تقدماً تاريخياً هاماً. فقد حسّنت صفائح الفولاذ السيليكوني منخفضة الفقد أداء المحرك وقلّصت حجمه. واليوم، بدلاً من صفائح الفولاذ السيليكوني، تُستخدم صفائح الفولاذ منخفض السيليكون (المعروفة أيضاً بشرائح الفولاذ الكهربائي منخفض الكربون أو شرائح الفولاذ الكهربائي من الحديد النقي) في صناعة قلوب المحركات الصغيرة، وذلك لأن صفائح الفولاذ منخفض السيليكون المُنتجة بتقنيات حديثة تختلف عن صفائح الفولاذ منخفض الكربون الأصلية. فهي لا تتميز فقط بقوة حث مغناطيسي عالية، بل أيضاً بفقد حديدي مماثل لصفائح الفولاذ السيليكوني. ويمكن لمحركات التيار المتردد الصغيرة المصممة والمصنعة باستخدام صفائح الفولاذ منخفض السيليكون أن تُقلل الحجم والوزن والتكلفة بشكل أكبر. علاوة على ذلك، ولأن صفائح الفولاذ منخفض السيليكون أكثر ليونة، فإنها تُحسّن سرعة التثقيب وتُطيل عمر القوالب. واليوم، تُستخدم صفائح الفولاذ منخفض السيليكون على نطاق واسع كمادة أساسية للمحركات الصغيرة في العديد من الدول. في الدول الصناعية، يمثل استخدامها ما يقرب من 50-60% من إجمالي إنتاج صفائح الصلب الكهربائي.

يوجد حاليًا حالتان تستخدم فيهما مصانع المحركات صفائح الفولاذ غير السيليكوني. الأولى هي أن تُقطع صفائح الفولاذ غير السيليكوني مباشرةً إلى صفائح بعد الدرفلة على البارد، ثم تُخضع لمعالجة التلدين في المصنع. أما الثانية فهي أن تُقطع صفائح الفولاذ الملدنة المُقدمة من مصانع الصلب وتُستخدم مباشرةً في المصنع. تتميز صفائح الفولاذ غير السيليكوني بموصلية مغناطيسية عالية، وتتأثر شدة الحث المغناطيسي وفقدانه بشدة بالإجهاد الميكانيكي. لذلك، يُعد التلدين لإزالة الإجهاد بعد القطع وقبل الاستخدام إجراءً هامًا لتحسين الأداء المغناطيسي. تتطلب المعالجة الحرارية لصفائح الفولاذ غير السيليكوني معدات معالجة حرارية متخصصة، لكن معظم مصانع المحركات في بلدنا لا تملك هذه المعدات حتى الآن. هذه مشكلة يجب حلها عند استخدام صفائح الفولاذ غير السيليكوني.

● يؤثر محتوى السيليكون ونسبة شوائبه بشكل حاسم على أداء صفائح الفولاذ السيليكوني. فبعد إضافة السيليكون إلى الحديد، تزداد المقاومة الكهربائية، كما يساعد ذلك على فصل شوائب الكربون الضارة. عمومًا، عند إضافة السيليكون إلى الحديد النقي، تنخفض شدة الحث المغناطيسي انخفاضًا طفيفًا، لكن فقد الحديد ينخفض ​​بشكل ملحوظ. ومع ازدياد محتوى السيليكون، تزداد الصلابة والهشاشة، مما يُصعّب عمليات الدرفلة والختم والقص والمعالجة الميكانيكية. حاليًا، لا يتجاوز محتوى السيليكون في صفائح الفولاذ السيليكوني عادةً 4.5%. وإذا زاد محتوى السيليكون عن ذلك، يصعب إجراء عمليات الدرفلة والمعالجة.

●سماكة.بما أن فقد التيارات الدوامية في قلب الحديد يتناسب طرديًا مع مربع سمك صفيحة الفولاذ، فإنه بالنسبة لنفس نوع صفيحة الفولاذ السيليكوني، كلما قلّ سمكها، قلّ فقد قلب الحديد، ولكن يزداد وقت تصنيع قلب الحديد وينخفض ​​معامل التراص. عمومًا، تستخدم المحركات صفائح فولاذ سيليكوني بسمك 0.5 مليمتر، وعندما تكون متطلبات فقد قلب الحديد في مولدات التوربينات البخارية الكبيرة صارمة للغاية، تُستخدم صفائح فولاذ سيليكوني بسمك 0.35 مليمتر.

●ضغط.أثناء عمليات قصّ أو تكديس أو لفّ قلب الحديد، يتولد إجهاد يؤدي إلى تدهور الأداء المغناطيسي وزيادة فقد الحديد. في نطاق حوالي 1 مليمتر على جانبي خط القطع، تتشكل منطقة إجهاد متبقٍ مرئية على شكل شريط أسود. عمومًا، يمكن اللجوء إلى المعالجة الحرارية لإزالة هذا الإجهاد واستعادة الأداء المغناطيسي الأصلي؛ إذ إن الأداء المغناطيسي لصفائح الفولاذ السيليكوني المدرفلة على البارد عالية الأداء أكثر حساسية للإجهاد.