小S負責產(chǎn)品研發(fā)，最近找Ms.參幫忙分析電機鐵芯損耗問題。事情緣由是小S主導設(shè)計的低壓大功率電機鐵耗試驗值偏大，搞不清究什么原因引起。

在低壓大功率和高壓電機諸多損耗中電機鐵芯損耗占比較大，是影響電機效率的關(guān)鍵因素之一。Ms.參對照分析了電磁計算單和型式試驗結(jié)果，查看產(chǎn)品圖，發(fā)現(xiàn)鐵耗試驗值反常的主要原因是硅鋼片牌號與設(shè)計不符。

電機鐵損包括由主磁場在鐵芯中發(fā)生變化產(chǎn)生的基本鐵耗、空載時鐵芯中的附加(或雜散)損耗以及由于定子或轉(zhuǎn)子的工作電流所產(chǎn)生的漏磁場和諧波磁場在鐵芯里引起的損耗。后兩項一般歸入難以準確定量計算的雜散耗，試驗結(jié)果分析計算中或按標準給出的推薦值或?qū)崪y確定，與定轉(zhuǎn)子間氣隙大小關(guān)聯(lián)密切，鐵耗分析不計入。

影響基本鐵耗的因素

基本鐵耗因主磁場在鐵芯中發(fā)生變化而產(chǎn)生。這種變化可以是交變磁化性質(zhì)的，如由電機定子或轉(zhuǎn)子齒中所發(fā)生的；也可以是所謂旋轉(zhuǎn)磁化性質(zhì)的，如電機的定子或轉(zhuǎn)子鐵軛中所發(fā)生的。不論是交變磁化還是旋轉(zhuǎn)磁化，均會在鐵芯中引起磁滯和渦流損耗。

磁滯損耗

單位鐵磁物質(zhì)內(nèi)交變磁化引起的磁滯損耗ph稱為磁滯損耗系數(shù)，與交變磁化的頻率f和磁通密度振幅B有關(guān)，可準確用下式表示：

ph=(aB+bB2)f

式中a，b為材料性能決定的常數(shù)。

電機鐵芯內(nèi)磁通密度范圍通常在1.0～1.6特斯拉或10000～16000高斯的情況下，系數(shù)a接近于0，故而

ph=bB2f

由旋轉(zhuǎn)磁化引起的磁滯損耗大小不同于由交變磁化引起的。試驗表明，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，旋轉(zhuǎn)磁化引起的磁滯損耗較之交變磁化引起的為大；當高于1.7特斯拉時，則相反。電機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%。

渦流損耗

鐵芯中的磁場發(fā)生變化時，在其中會感生電流，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，以阻礙渦流的流通。

通常采用0.5或0.35的電工鋼片作為鐵芯的材料。對于一般電機中遇到的頻率范圍，磁場在鋼片截面上可以認為是均勻分布的，此時鋼片的渦流損耗理論上可以按下式準確計算：

pe=π2(ΔfeBf)2/(6ρdfe)

式中pe—渦流損耗系數(shù)，Δfe—硅鋼片厚度，B—磁通密度，f—頻率，ρ—電阻率，dfe—硅鋼片密度。

由上式可知，渦流損耗與磁通密度、頻率及材料的厚度的平方成正比。

鐵芯損耗偏大的原因分析

鐵芯損耗主要取決于基本鐵耗，鐵芯損耗偏大或因材質(zhì)偏離設(shè)計或因生產(chǎn)中諸多不良因素導致磁通密度偏高、硅鋼片片間短路使硅鋼片厚度變相增大等。

硅鋼片質(zhì)量不符合要求

硅鋼片作為電機的主要導磁材料，其性能符合性對電機性能影響極大，詐要是保證硅鋼片的牌號符合設(shè)計要求，另外就是相同牌號的硅鋼片不同的廠家材料性能有一定的差異性，在選擇材料時應(yīng)盡力選取好的硅鋼廠家的材料。

定子鐵芯片間絕緣不好

導致片間絕緣不好的因素較多，有硅鋼片本身的質(zhì)量問題，也有鐵芯生產(chǎn)制造過程中導致的人為性因素。

●硅鋼片未進行絕緣處理或未處理好。這是硅鋼片的材質(zhì)問題，該類問題在硅鋼片的檢測過程可以發(fā)現(xiàn)，但不是所有的電機廠家都有該檢測項目，該問題往往在電機廠家得不到較好識別。

●片間絕緣受損或片與片的短路。該類問題發(fā)生在鐵芯的制造過程中。如果鐵芯疊壓時的壓力過大，使片間絕緣破壞；或沖片沖制后毛刺太大，通過打磨的方式清除毛刺，導致沖片表面絕緣嚴重受損；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)膛與機座止口不同心等因素采用車削方式修正。這些電機生產(chǎn)加工過程的慣用用法實則對電機的性能，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，造成鐵芯過熱，使導磁性能下降和片間絕緣損壞。該問題主要出現(xiàn)在生產(chǎn)加工過程繞組的修理及電機的修理過程中。

●疊裝焊接等工藝同樣會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。最終的結(jié)果是鐵芯的重量不足，最為直接的會導致電流超差，同時會有鐵損超標的事實。

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

●鐵芯生產(chǎn)加工過程中會造成硅鋼片沖剪面附件晶粒取向發(fā)生破壞，導致同樣磁感下鐵損的增加；對于變頻電機還有考慮諧波帶來的額外鐵損；這是設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)綜合考慮的因素。

●其他。除以上因素外，電機鐵損的設(shè)計值應(yīng)綜合鐵芯生產(chǎn)加工的實際，盡力做到理論值與實際值的契合。一般材料供應(yīng)商提供的特性曲線按照愛潑斯坦方圈法測得，而電機中不同部位的磁化方向是不一樣的，這種特殊的旋轉(zhuǎn)鐵耗當前是無法考慮到的。這不同程度上會導致計算值與實測值的不一致性。