Khử từ không phải là một sự cố đột ngột
Mô hình tinh thần phổ biến của quá trình khử từ nam châm là một hàm bước: động cơ hoạt động bình thường, sau đó nam châm bị hỏng và động cơ ngừng tạo ra mô-men xoắn. Đó không phải là cách nó xảy ra trong thực tế. Quá trình khử từ trong động cơ NdFeB hầu như luôn diễn ra một phần và từ từ - nam châm mất một phần dư từ, động cơ tạo ra mô-men xoắn ít hơn một chút ở cùng một dòng điện và hệ thống điều khiển bù lại bằng cách tăng dòng điện, tạo ra nhiều nhiệt hơn, giúp tăng tốc quá trình khử từ hơn nữa. Chế độ thất bại là trôi chậm, không phải vách đá.
Vào thời điểm có thể phát hiện được quá trình khử từ một phần do hiệu suất động cơ giảm, nam châm thường mất 5–15% lượng Br ban đầu. Tại thời điểm đó, quá trình khử từ là không thể đảo ngược. Các nam châm không thể được từ hóa lại trong động cơ nếu không tháo rời hoàn toàn và quay trở lại bộ cố định từ hóa. Đối với khớp robot được triển khai hoặc bộ truyền động servo kín, điều đó có nghĩa là phải xây dựng lại toàn bộ.
Bài viết này đề cập đến ba cơ chế gây ra hiện tượng khử từ trong động cơ đang vận hành, cách tính toán rủi ro khử từ đối với cấp nam châm và điểm vận hành nhất định cũng như những điều cần chỉ định để đảm bảo thiết kế có đủ biên độ.
1. Ba cơ chế khử từ
Khử từ nhiệt, khử từ ngắn mạch và khử từ điểm vận hành là các cơ chế riêng biệt với các nguyên nhân khác nhau và giải pháp khác nhau. Việc nhầm lẫn chúng sẽ dẫn đến việc sửa lỗi sai.
Khử từ nhiệtxảy ra khi nhiệt độ nam châm vượt quá điểm mà tại đó lực kháng từ Hcj giảm xuống dưới mức cần thiết để chống lại trường khử từ của chính động cơ. Đây là một hiệu ứng ngưỡng: dưới nhiệt độ tới hạn, nam châm ổn định, trên nhiệt độ tới hạn quá trình khử từ bắt đầu và không thể đảo ngược khi làm mát. Đối với NdFeB cấp N (không có hậu tố nhiệt), Hcj giảm mạnh trên 80 độ. Nhiệt độ tới hạn đối với một thiết kế động cơ nhất định phụ thuộc vào trường khe hở không khí và thể tích nam châm - một động cơ có tiết diện nam châm mỏng và trường khử từ lớn có thể khử từ ở 90 độ trong đó động cơ được thiết kế tốt hơn có cùng cấp độ sẽ ổn định đến 120 độ.
Khử từ ngắn mạchxảy ra trong các điều kiện sự cố - chập mạch giữa các pha, sự cố truyền động hoặc sự kiện phanh tái tạo - trong đó dòng điện stato tạo ra trường khử từ vượt quá Hcj của nam châm ở nhiệt độ vận hành. Trong điều kiện hoạt động bình thường, dòng điện cực đại trong động cơ được thiết kế phù hợp không đủ cao để khử từ ngay cả nam châm cấp N. Trong điều kiện lỗi, dòng điện có thể đạt tới giá trị định mức 5–10× trong một phần nghìn giây. Liệu xung đó có khử từ cho nam châm hay không phụ thuộc vào độ dày nam châm, Hcj ở nhiệt độ và thời gian xảy ra lỗi.
Khử từ điểm vận hànhlà nguy hiểm nhất vì nó có thể xảy ra ở nhiệt độ hoạt động bình thường mà không có sự cố nào xảy ra. Nó xảy ra khi động cơ được thiết kế với độ dày nam châm không đủ cho mô-men xoắn cực đại cần thiết, do đó ở dòng điện cực đại, trường khử từ tiến gần hoặc vượt quá Hcj. Mỗi xung mô-men xoắn làm cho nam châm yếu đi một chút. Theo thời gian, hiệu suất giảm dần. Điều này thường bị chẩn đoán nhầm là mòn vòng bi hoặc suy thoái cuộn dây.
2. Đường tải khử từ
Công cụ chính để phân tích quá trình khử từ là điểm vận hành nam châm trên đường cong khử từ BH. Mỗi nam châm NdFeB đều có đường cong BH được công bố ở nhiều nhiệt độ - thường là 20 độ, 100 độ, 150 độ và đôi khi là 180 độ. Người thiết kế động cơ tính toán điểm vận hành: sự kết hợp của B (mật độ từ thông trong nam châm) và H (trường khử từ tác dụng vào nam châm) ở điều kiện vận hành trong trường hợp xấu nhất, thường là dòng điện cực đại ở nhiệt độ vận hành tối đa.
Điểm vận hành phải nằm ở bên phải "đầu gối" trên đường cong BH - điểm mà đường cong bắt đầu cong mạnh xuống dưới. Dưới đầu gối, bất kỳ sự gia tăng nào nữa trong trường khử từ đều gây ra tổn thất từ thông không thể đảo ngược. Phía trên đầu gối, quá trình khử từ có thể đảo ngược: từ thông tạm thời giảm dưới trường tác dụng nhưng phục hồi khi loại bỏ trường.
Đối với nam châm N42SH ở góc 150 độ (cấp phổ biến cho các ứng dụng servo công nghiệp), điểm uốn của đường cong BH xảy ra ở khoảng H=-950 kA/m. Nếu thiết kế động cơ tạo ra trường khử từ cực đại là -700 kA/m ở 150 độ và dòng điện cực đại thì sẽ có biên độ 250 kA/m phía trên đầu gối. Biên độ đó phải ít nhất là 150–200 kA/m đối với thiết kế thận trọng, tính đến sự biến thiên giữa nam châm và nam châm trong Hcj (thường là ±50 kA/m trong sản xuất) và độ không đảm bảo đo nhiệt độ.
3. Lựa chọn hậu tố điểm: Ý nghĩa thực sự của chữ cái
Hậu tố nhiệt trong ký hiệu cấp NdFeB - H, SH, UH, EH - cho biết nhiệt độ vận hành tối đa mà tại đó lực cưỡng bức Hcj đáp ứng thông số kỹ thuật tối thiểu. N42 không có hậu tố được đánh giá ở nhiệt độ hoạt động tối đa 80 độ. N42H được đánh giá ở mức 120 độ. N42SH được đánh giá ở mức 150 độ. N42UH được đánh giá là 180 độ. N42EH được đánh giá ở mức 200 độ.
Đây không phải là giới hạn nhiệt độ tuyệt đối mà nam châm bị hỏng ngay lập tức - chúng là nhiệt độ mà thông số Hcj tối thiểu được đáp ứng. Trên nhiệt độ định mức, nam châm vẫn có thể ổn định tùy thuộc vào trường khử từ cụ thể trong động cơ. Dưới nhiệt độ định mức, có thêm biên độ Hcj.
Lỗi chọn cấp gây ra nhiều lỗi trường nhất: chỉ định hậu tố dựa trên nhiệt độ cuộn dây thay vì nhiệt độ nam châm. Trong một động cơ servo kèm theo có làm mát đối lưu cưỡng bức trên vỏ, cuộn dây có thể đạt tới 130 độ trong khi nhiệt độ bề mặt nam châm (ảnh hưởng trực tiếp đến Hcj) đạt tới 110 độ vì nam châm ở gần thành vỏ được làm mát hơn. Ngược lại, trong động cơ không khung có rôto được bao quanh bởi cấu trúc chân không hoặc độ dẫn điện thấp, nhiệt độ nam châm có thể vượt quá nhiệt độ cuộn dây trong quá trình vận hành liên tục. Nhiệt độ nam châm phải được đo hoặc lập mô hình - không thể suy ra nhiệt độ cuộn dây nếu không có mô hình nhiệt của hình học động cơ.
4. Yêu cầu ký quỹ thực tế theo ứng dụng
Trục servo công nghiệp (CNC, robot công nghiệp): thiết kế cho biên độ 30% Hcj phía trên đầu gối ở nhiệt độ cuộn dây tối đa. 30% chiếm sai số Hcj trong sản xuất ±5%, độ không đảm bảo đo nhiệt độ và thực tế là tình trạng lỗi đôi khi sẽ khiến động cơ tiếp xúc với dòng điện trên định mức.
Khớp robot hợp tác và động cơ mô-men xoắn truyền động trực tiếp: thiết kế cho biên độ 40%. Robot cộng tác thường được sử dụng ở gần giới hạn mô-men xoắn của chúng trong các nhiệm vụ có nhiều tiếp điểm và dòng điện cực đại trong các sự kiện tiếp xúc không mong muốn có thể vượt quá dòng định mức trong thời gian ngắn. Chi phí xây dựng lại cánh đồng đủ cao để chủ nghĩa bảo thủ được đền đáp.
Động cơ đẩy UAV: thiết kế với biên độ 25% ở nhiệt độ định mức liên tục. Động cơ UAV hiếm khi đạt dòng điện cực đại trong thời gian dài - dòng điện cực đại chỉ xuất hiện khi cất cánh và di chuyển mạnh mẽ. Khi đi du lịch, trường khử từ thấp hơn nhiều so với mức đỉnh. Biên độ 25% bao gồm điều kiện cất cánh.
Các ứng dụng nhiệt độ cao (bộ truyền động máy đùn, máy xử lý gần dụng cụ được gia nhiệt): sử dụng cấp SH hoặc UH và thiết kế cho biên độ 35% ở nhiệt độ nam châm tối đa dự kiến, không phải nhiệt độ môi trường xung quanh. Nếu động cơ được bắt vít vào tấm ép nóng 180 độ, nhiệt độ nam châm sẽ đạt tới 180 độ ở trạng thái ổn định bất kể nhiệt độ cuộn dây.
5. Yêu cầu gì từ nhà cung cấp Magnet của bạn
Thông số kỹ thuật về khả năng chống khử từ hoàn chỉnh bao gồm ba mục mà mọi nhà cung cấp nam châm có năng lực đều có thể cung cấp:
Đầu tiên, đường cong khử từ BH đầy đủ ở nhiệt độ vận hành, không chỉ đường cong nhiệt độ phòng. Đối với động cơ có nhiệt độ nam châm được định mức là 150 độ, bạn cần có đường cong 150 độ. Nhiều bảng dữ liệu chỉ hiển thị dữ liệu 20 độ - điều này không đủ để phân tích khử từ.
Thứ hai, Hcj tối thiểu ở nhiệt độ trên toàn bộ lô sản xuất, không phải giá trị điển hình hoặc danh nghĩa. NdFeB sản xuất có biến thiên Hcj trong khoảng ±3–5% ở cùng cấp độ. Một động cơ được thiết kế theo Hcj danh nghĩa sẽ có các bộ phận được sản xuất để khử từ ở các điều kiện vận hành mà phân tích thiết kế cho biết là an toàn.
Thứ ba, phép đo ánh xạ mật độ từ thông trên một lô mẫu nam châm từ hóa. Phép đo xác nhận rằng mức từ hóa đạt được trong quá trình sản xuất phù hợp với thông số kỹ thuật. Nó cũng cung cấp cơ sở cho việc kiểm tra sắp tới - các lô sản xuất trong tương lai có thể được so sánh với đường cơ sở để phát hiện độ lệch của quá trình từ hóa trước khi nó ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ tại hiện trường.
HIMAGNET cung cấp dữ liệu đường cong BH ở nhiệt độ vận hành, thông số Hcj tối thiểu theo lô sản xuất và dịch vụ lập bản đồ mật độ từ thông để đánh giá chất lượng nam châm động cơ. Để hỗ trợ phân tích biên độ khử từ,liên hệ với nhóm kỹ thuật của chúng tôivới cấp độ, nhiệt độ hoạt động và trường khử từ cao nhất của bạn.
