影響基本鐵耗的因素

分析問(wèn)題我們先知道些基本的理論，這樣有助于我們理解。首先我們要知道兩個(gè)概念，一個(gè)是交變磁化舉個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)法就是變壓器中鐵芯以及電機(jī)的定子或轉(zhuǎn)子齒中所發(fā)生的；一個(gè)是旋轉(zhuǎn)磁化性質(zhì)的，就是電機(jī)定子或者轉(zhuǎn)子軛部所產(chǎn)的。有很多文章從兩個(gè)點(diǎn)出發(fā)按照上述求解的方式根據(jù)不同的特征來(lái)計(jì)算電機(jī)的鐵耗。試驗(yàn)表明，硅鋼片在兩種性質(zhì)磁化下存在以下現(xiàn)象：

磁通密度在1.7特斯拉以下時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁化引起的磁滯損耗較之交變磁化引起的為大；當(dāng)高于1.7特斯拉時(shí)，則相反。電機(jī)軛部磁通密度一般在1.0～1.5特斯拉，相應(yīng)旋轉(zhuǎn)磁化磁滯損耗較之交變磁化磁滯損耗約大45～65%。

當(dāng)然了上述的結(jié)論也是拿來(lái)的，個(gè)人沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)際的去驗(yàn)證。另外，鐵芯中的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，在其中會(huì)感生電流，稱為渦流，它引起的損耗稱為渦流損耗。為了減少渦流損耗，電機(jī)鐵芯通常不能做成整塊的，而由彼此絕緣的鋼片沿軸向疊壓起來(lái)，以阻礙渦流的流通。具體的鐵耗的計(jì)算公式這里就不累贅了，大家百度鐵耗計(jì)算基本的公式以及意義就會(huì)很清晰了。下面分析幾個(gè)主要的影響我們鐵耗的關(guān)鍵點(diǎn)，這樣大家在實(shí)際的工程應(yīng)用的時(shí)候也好正向或者倒推問(wèn)題之所在。

講完了上面的再說(shuō)下為什么沖片的制造為何會(huì)有影響鐵耗？沖孔工藝特性主要是根據(jù)不同形狀的沖床，根據(jù)不同類(lèi)型的孔、槽需求，確定相應(yīng)的剪切模式以及應(yīng)力水平，進(jìn)而保證疊片外圍的淺應(yīng)力區(qū)域的條件。因?yàn)樯疃群托螤畹年P(guān)系，常常會(huì)受到銳角影響，以至于高應(yīng)力水平會(huì)在淺應(yīng)力區(qū)域造成極大的鐵損情況，特別是在疊片范圍內(nèi)的剪切邊緣相對(duì)較長(zhǎng)的那個(gè)部分。具體來(lái)講，主要出現(xiàn)在齒槽區(qū)域內(nèi)，故而在實(shí)際研究過(guò)程中，往往成為了研究的關(guān)注點(diǎn)。低損耗硅鋼片往往通過(guò)較大尺寸的晶粒加以確定，沖擊會(huì)在沖片底邊造成帶合成的毛刺和撕裂剪切，且沖擊的角度會(huì)對(duì)影響毛刺大小、變形區(qū)域造成明顯的影響。如若一個(gè)高應(yīng)力區(qū)，其沿著邊緣變形區(qū)一直延伸到材料的內(nèi)部，那么這些區(qū)域內(nèi)的晶粒結(jié)構(gòu)勢(shì)必會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，會(huì)被扭曲或者是斷裂，并且沿著撕裂的方向產(chǎn)生極度拉長(zhǎng)邊界，此時(shí)剪切方向內(nèi)的應(yīng)力區(qū)域晶界密度勢(shì)必會(huì)有所增加，進(jìn)而導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)部的鐵損相應(yīng)增加。所以，此時(shí)可以將應(yīng)力區(qū)域內(nèi)的材料當(dāng)成是沿著沖擊邊緣落在普通疊片之上的高損耗材料，這樣的話，就可確定下來(lái)邊緣材料的實(shí)際常數(shù)，利用鐵損模型對(duì)沖擊邊緣的實(shí)際損耗開(kāi)展進(jìn)一步確定。

1 退火工藝對(duì)鐵損影響

鐵損的影響條件主要存在于硅鋼片方面，并且機(jī)械與熱應(yīng)力會(huì)隨著自身的實(shí)際特性改變而影響硅鋼片，額外的機(jī)械應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致鐵損變化的情況。同時(shí)，電機(jī)內(nèi)部溫度的不斷升高，同樣會(huì)促使鐵損問(wèn)題的出現(xiàn)。采取有效的退火措施，將額外的機(jī)械應(yīng)力去除掉，會(huì)對(duì)電機(jī)內(nèi)鐵耗的降低產(chǎn)生有利的影響。

2 制造工藝中造成損耗偏大的原因

硅鋼片作為電機(jī)的主要導(dǎo)磁材料，其性能符合性對(duì)電機(jī)性能影響極大，主要是保證硅鋼片的牌號(hào)符合設(shè)計(jì)要求，另外就是相同牌號(hào)的硅鋼片不同的廠家材料性能有一定的差異性，在選擇材料時(shí)應(yīng)盡力選取好的硅鋼廠家的材料。下面說(shuō)些之前實(shí)際遇到的影響鐵耗的關(guān)鍵因素。

● 硅鋼片未進(jìn)行絕緣處理或未處理好。該類(lèi)問(wèn)題在硅鋼片的檢測(cè)過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，但不是所有的電機(jī)廠家都有該檢測(cè)項(xiàng)目，該問(wèn)題往往在電機(jī)廠家得不到較好識(shí)別。

● 片間絕緣受損或片與片之間的短路。該類(lèi)問(wèn)題發(fā)生在鐵芯的制造過(guò)程中。如果鐵芯疊壓時(shí)的壓力過(guò)大，使片間絕緣破壞；或沖片沖制后毛刺太大，通過(guò)打磨的方式清除毛刺，導(dǎo)致沖片表面絕緣嚴(yán)重受損；還有鐵芯疊壓完成后槽內(nèi)不光，采用修銼方式；或因定子內(nèi)膛不光、定子內(nèi)膛與機(jī)座止口不同心等因素采用車(chē)削方式修正。這些電機(jī)生產(chǎn)加工過(guò)程的慣用用法實(shí)則對(duì)電機(jī)的性能，特別是鐵損有極大的影響。

● 用火燒或通電加熱等方法拆繞組時(shí)，造成鐵芯過(guò)熱，使導(dǎo)磁性能下降和片間絕緣損壞。該問(wèn)題主要出現(xiàn)在生產(chǎn)加工過(guò)程繞組的修理及電機(jī)的修理過(guò)程中。

● 疊裝焊接等工藝同樣會(huì)造成疊片之間絕緣的破壞，增加渦流損耗。

● 鐵重不足片間未壓實(shí)。最終的結(jié)果是鐵芯的重量不足，最為直接的會(huì)導(dǎo)致電流超差，同時(shí)會(huì)有鐵損超標(biāo)的事實(shí)。

● 硅鋼片涂漆過(guò)厚致磁路過(guò)于飽和，此時(shí)空載電流與電壓的關(guān)系曲線彎曲得較嚴(yán)重。這也是硅鋼片生產(chǎn)加工過(guò)程的關(guān)鍵性要素。

● 鐵芯生產(chǎn)加工過(guò)程中會(huì)造成硅鋼片沖剪面附件晶粒取向發(fā)生破壞，導(dǎo)致同樣磁感下鐵損的增加；對(duì)于變頻電機(jī)還有考慮諧波帶來(lái)的額外鐵損；這是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)綜合考慮的因素。

除以上因素外，電機(jī)鐵損的設(shè)計(jì)值應(yīng)綜合鐵芯生產(chǎn)加工的實(shí)際，盡力做到理論值與實(shí)際值的契合。一般材料供應(yīng)商提供的特性曲線按照愛(ài)潑斯坦方圈法測(cè)得，而電機(jī)中不同部位的磁化方向是不一樣的，這種特殊的旋轉(zhuǎn)鐵耗當(dāng)前是無(wú)法考慮到的。這不同程度上會(huì)導(dǎo)致計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的不一致性。

工程設(shè)計(jì)上降低鐵損耗的方法

工程上降低鐵耗的方式有很多，最重要的就是對(duì)癥下藥。當(dāng)然不僅是鐵耗的問(wèn)題，其它的損耗都是這樣的。最根本的方式就是要知道鐵耗大的原因，是磁密高還是頻率大還是局部飽和過(guò)于嚴(yán)重等等的原因。當(dāng)然了按照正常的方式是一方面要從仿真側(cè)盡量的去逼近真實(shí)，另一方面工藝配合技術(shù)降低附加的鐵耗。按照最常用的方式就是增加換用好的硅鋼片，不計(jì)成本的話可以選擇進(jìn)口的超級(jí)硅鋼。當(dāng)然隨著國(guó)內(nèi)新能源驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展也帶動(dòng)了上下游更好的發(fā)展。國(guó)內(nèi)鋼廠也有在推出專(zhuān)門(mén)的硅鋼產(chǎn)品。譜系針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景有比較好的產(chǎn)品的分類(lèi)。下面舉幾個(gè)遇到比較直接的方法：

● 優(yōu)化磁路

優(yōu)化磁路，準(zhǔn)確的說(shuō)是優(yōu)化磁場(chǎng)的正弦性。這一點(diǎn)是很關(guān)鍵的，不僅是定頻的感應(yīng)電機(jī)要做。變頻的感應(yīng)電機(jī) 同步電機(jī)都是至關(guān)重要的。我就曾經(jīng)在做紡織機(jī)械行業(yè)的時(shí)候?yàn)榱私党杀咀隽藘蓚€(gè)性能不同的電機(jī)，當(dāng)然最主要的是有無(wú)斜極，導(dǎo)致的氣隙磁場(chǎng)的正弦性不一致。因?yàn)楣ぷ髟诟咚俟r，鐵耗占比較大，這樣兩臺(tái)電機(jī)的損耗相差就很大，最后經(jīng)過(guò)一些列的倒推演算由于控制算法下電機(jī)的鐵耗差了2倍多。這里也提醒大家再做變頻調(diào)速電機(jī)的時(shí)候一定要耦合控制算法去做。

● 減小磁密度

增加鐵芯的長(zhǎng)度或者增加磁路的導(dǎo)磁面積以降低磁通密度，但電動(dòng)機(jī)用鐵量隨之增加;

● 減少鐵芯片的厚度來(lái)減少感應(yīng)電流的損失

如用冷軋硅鋼片代替熱軋硅鋼片可減小硅鋼片的厚度，但薄鐵芯片會(huì)增加鐵芯片數(shù)目和電機(jī)制造成本;

● 采用導(dǎo)磁性能良好的冷軋硅鋼片降低磁滯損耗;

● 采用高性能鐵芯片絕緣涂層;

● 熱處理及制造技術(shù)

鐵芯片加工后的剩余應(yīng)力會(huì)嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)的損耗，硅鋼片加工時(shí)，裁剪方向、沖剪應(yīng)力對(duì)鐵芯損耗的影響較大。順著硅鋼片的碾軋方向裁剪、并對(duì)硅鋼沖片進(jìn)行熱處理，可降低10%～20%的損耗等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。