電機制造工藝中造成損耗偏大原因是什么

影響基本鐵耗的因素

分析問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概念，一個是交變磁化舉個簡單的說法就是變壓器中鐵芯以及電機的定子或轉(zhuǎn)子齒中所發(fā)生的；一個是旋轉(zhuǎn)磁化性質(zhì)的，就是電機定子或者轉(zhuǎn)子軛部所產(chǎn)的。有很多文章從兩個點出發(fā)按照上述求解的方式根據(jù)不同的特征來計算電機的鐵耗。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(dāng)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%。

當(dāng)然了上述的結(jié)論也是拿來的，個人沒有經(jīng)過實際的去驗證。另外，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。具體的鐵耗的計算公式這里就不累贅了，大家百度鐵耗計算基本的公式以及意義就會很清晰了。下面分析幾個主要的影響我們鐵耗的關(guān)鍵點，這樣大家在實際的工程應(yīng)用的時候也好正向或者倒推問題之所在。

講完了上面的再說下為什么沖片的制造為何會有影響鐵耗？

沖孔工藝特性主要是根據(jù)不同形狀的沖床，根據(jù)不同類型的孔、槽需求，確定相應(yīng)的剪切模式以及應(yīng)力水平，進而保證疊片外圍的淺應(yīng)力區(qū)域的條件。因為深度和形狀的關(guān)系，常常會受到銳角影響，以至于高應(yīng)力水平會在淺應(yīng)力區(qū)域造成極大的鐵損情況，特別是在疊片范圍內(nèi)的剪切邊緣相對較長的那個部分。具體來講，主要出現(xiàn)在齒槽區(qū)域內(nèi)，故而在實際研究過程中，往往成為了研究的關(guān)注點。低損耗硅鋼片往往通過較大尺寸的晶粒加以確定，沖擊會在沖片底邊造成帶合成的毛刺和撕裂剪切，且沖擊的角度會對影響毛刺大小、變形區(qū)域造成明顯的影響。如若一個高應(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)勢必會發(fā)生相應(yīng)的改變，會被扭曲或者是斷裂，并且沿著撕裂的方向產(chǎn)生極度拉長邊界，此時剪切方向內(nèi)的應(yīng)力區(qū)域晶界密度勢必會有所增加，進而導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)部的鐵損相應(yīng)增加。所以，此時可以將應(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，就可確定下來邊緣材料的實際常數(shù)，利用鐵損模型對沖擊邊緣的實際損耗開展進一步確定。

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退火工藝對鐵損影響

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

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制造工藝中造成損耗偏大的原因

硅鋼片作為電機的主要導(dǎo)磁材料，其性能符合性對電機性能影響極大，主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。下面說些之前實際遇到的影響鐵耗的關(guān)鍵因素。

? ??硅鋼片未進行絕緣處理或未處理好。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之間的短路。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(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(dǎo)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(dǎo)致電流超差，同時會有鐵損超標(biāo)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(yán)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(dǎo)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。

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(dāng)前是無法考慮到的。這不同程度上會導(dǎo)致計算值與實測值的不一致性。

工程設(shè)計上降低鐵損耗的方法

工程上降低鐵耗的方式有很多，最重要的就是對癥下藥。當(dāng)然不僅是鐵耗的問題，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，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，不計成本的話可以選擇進口的超級硅鋼。當(dāng)然隨著國內(nèi)新能源驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展也帶動了上下游更好的發(fā)展。國內(nèi)鋼廠也有在推出專門的硅鋼產(chǎn)品。譜系針對不同的應(yīng)用場景有比較好的產(chǎn)品的分類。下面舉幾個遇到比較直接的方法：

? 優(yōu)化磁路

優(yōu)化磁路，準(zhǔn)確的說是優(yōu)化磁場的正弦性。這一點是很關(guān)鍵的，不僅是定頻的感應(yīng)電機要做。變頻的感應(yīng)電機 同步電機都是至關(guān)重要的。我就曾經(jīng)在做紡織機械行業(yè)的時候為了降成本做了兩個性能不同的電機，當(dāng)然最主要的是有無斜極，導(dǎo)致的氣隙磁場的正弦性不一致。因為工作在高速工況，鐵耗占比較大，這樣兩臺電機的損耗相差就很大，最后經(jīng)過一些列的倒推演算由于控制算法下電機的鐵耗差了2倍多。這里也提醒大家再做變頻調(diào)速電機的時候一定要耦合控制算法去做。

? ?減小磁密度

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

? 減少鐵芯片的厚度來減少感應(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，但薄鐵芯片會增加鐵芯片數(shù)目和電機制造成本;

? ?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)力會嚴(yán)重影響電動機的損耗，硅鋼片加工時，裁剪方向、沖剪應(yīng)力對鐵芯損耗的影響較大。順著硅鋼片的碾軋方向裁剪、并對硅鋼沖片進行熱處理，可降低10%～20%的損耗等方法來實現(xiàn)。

編輯：黃飛

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