與原材料的選擇密切相關,高.效電機效率實現水平.尤其是導磁性材料。高.效電機主要就是圍繞如何降低各項損耗展開工作,而包括鐵耗、定子銅耗、轉子銅耗、雜耗的設計值與試驗值的偏離多少,完全取決于硅鋼片的選擇恰當與否和鐵心制造的質量。

0引言

目前,0引言<目前.高.效電機已成為中小型電機發展和應用的主流,尤其是歐美等工業發達國家對節約能源及環境保護非常關注,積極推行電動機能效標識行動,通過政.府出臺相關的財政優惠政策,強制推動高.效電動機的開發、應用。為了擴大電機國際市場的占有份額,采用新技術、新工藝、新材料,盡可能的提高電機效率,已成為我國電機制造商迫在眉睫的任務。

應著重對不同功率和極數時的相關損耗分別采取措施,由于電動機的損耗分布隨功率大小和極數的不同而變化.這其中導磁性材料的選擇尤為重要,對定子銅耗、鐵耗和其它性能影響較大,同時鐵心資料費用又是構成電動機本錢的主要局部,因此,適合高.效電機硅鋼片的選擇是設計和制造高.效率電動機的關鍵,應加以慎重選取。

1硅鋼片簡介

鐵內加入少量硅可以提高材料的電阻率并使磁老化顯著改善,硅鋼片又名電工鋼片.但材料的脆性增加,磁感應強度降低,因此硅的限度為4.5%硅鋼片主要用于工頻交流電磁器件中,如變壓器、電機、互感器開關和繼電器的鐵心。國習慣上把硅鋼片分為熱軋和冷軋硅鋼片,而現行國際上,大多按晶粒取向分為無取向和晶粒取向硅鋼片兩大類。

屬硅鐵合金。與冷軋片相比具有材料穩定性好、沖剪應力遠低于冷軋片、比重小、同板差較大等特點。而冷軋片屬低硅低碳合金,熱軋硅鋼片是磁性無取向硅鋼片.具有鐵損小、磁感高、外表光滑、厚度均勻、同板差小等特點。電機鐵心采用硅鋼片代替碳鋼板和純鐵,歷史上是一個巨大的進步,低損耗的硅鋼片改善了電機性能,縮小了電機體積。現在用無硅鋼片代替硅鋼片的小型電機鐵心,因為現代技術冶煉的無硅鋼片,不同于原來的低碳鋼板,不但具有高的磁感應強度,而且具有與硅鋼片相近的鐵耗。無論是冷軋硅鋼片還是無硅鋼片,磁感應強度和損耗對機械應力都非常敏感,因此沖制后如何恢復其原有導磁性能和鐵損,選用硅鋼片時應考慮解決的問題。

2高.效電機硅鋼片的選取

鐵損低的,高.效電機硅鋼片的選擇不要只追求高牌號.而事實上要綜合考慮,雖然牌號越高鐵損越低,但導磁能力會相對較差,而對于小型電機導磁能力尤為重要。如圖1所示1.5kW15kW150kW三臺4極電動機的空載電流與滿載電流的比值。從圖1中可見,1.5kW電動機中因無功電流占定子電流的比例較大,因此空載電流(主要是磁化電流)滿載電流中占了相當大的比例,達到70%左右,隨著功率的增加,空載電流所占滿載電流的比例逐漸減小。因此對于功率較小的電機,定子銅耗所占總損耗的比例較大,應優先采用導磁性能好的電工鋼片做為定子鐵心,這樣可以大大降低激磁電流,明顯的改善鐵耗和定子銅耗。

電流與滿載電流的比值

由于空載電流所占滿載電流的比例較小,而對于功率較大的電機.鐵耗在總損耗中已占相當大的比例,選用高導磁的硅鋼片,對于提高.效率效果并不明顯,因此降低鐵心資料的單位損耗將有助于減少鐵耗。由于電動機設計和制造的原因,電動機試驗的鐵耗大大超過按鋼廠提供的單位鐵損值所計算的數值,鐵耗增加的原因主要是鋼廠的單位鐵損值是按Ep2stein方圈法對條料試品進行測試,但在資料經過沖剪疊壓后,受到很大的應力而使沖片的導磁性能惡化和鐵損增加,此外由于齒槽的存在引起氣隙齒諧波磁場在鐵心外表引起空載高頻損耗,這些都將導致電動機產成后鐵耗顯著增加,因此除了選擇較低單位鐵損的磁性資料外,尚需控制疊片壓力和采取必要的工藝措施以降低鐵耗。

國家提出要推廣冷軋片,雖然早在2002年底.即“以冷代熱”,但冷軋片的種種弊端(如冷軋片的失效期問題和對機械應力的敏感),對于高.效電機的研制始終是個障礙。目前,國內主要高.效電機制造廠硅鋼片采用的熱軋片,其牌號和相關電磁性能見表1此性能頻率為50Hz該牌號硅鋼片屬高硅高碳、密度小、重量輕、資料穩定性好,基本無失效期,沖剪應力遠小于冷軋片。從表1上看,其低場磁性并不是很好,但對于高.效電機而言已經足夠了,因為高.效電機定子磁密在1.0T1.5T之間,轉子磁密在1.0T1.6T之間。

要充分發揮其優點,如果采用冷軋片.必需解決其沖剪后的機械應力問題,解決冷軋片沖剪應力理論上的方法很多,其中最.有效方法是選擇合理的退火工藝。但目前,該項工藝因受設備和工藝參數的限制,國內并沒有推廣,只是小電機上采用過此工藝。

雖然具有高的磁感應強度和與硅鋼片相近的鐵耗,歐洲小電機制造商曾采用無硅鋼片.但是,磁感應強度和鐵耗對機械應力很敏感,需要采取合理的工藝來恢復其原有性能。

表1DGR420電磁性能

  牌號                                 DGR420

鐵損P10/50W/kg       1.63

鐵損P15/50W/kg        4.00

最.小磁感B25T              1.55

結合佳電出口產品,根據理論介紹和其它電機廠家的試驗參數.也進行了該項工藝的模擬嘗試,由于設備限制。只是將沖剪后的硅鋼片放在加熱爐里,500℃保溫了2小時。結果標明,退火后硅鋼片的導磁性能恢復較好,鐵耗有明顯的改善,試驗結果見表2

表2DGR420試驗結果

型號                              損耗               硅鋼片            硅鋼片

                                                                 退火              不退火

NEMA 184T245HP   鐵耗(W             110                 127

機械耗(W        26          25

3結語