电机铁耗如何降低？

文摘 2024-10-22 17:22 河北

影响基本铁耗的因素

分析问题我们先知道些基本的理论，这样有助于我们理解。首先我们要知道两个概念，一个是交变磁化举个简单的说法就是电机的定子或转子齿中所发生的；一个是旋转磁化性质的，就是电机定子或者转子轭部所产的。有很多文章从两个点出发按照上述求解的方式根据不同的特征来计算电机的铁耗。试验表明，硅钢片在两种性质磁化下存在以下现象：

磁通密度在1.7特斯拉以下时，旋转磁化引起的磁滞损耗较之交变磁化引起的为大；当高于1.7特斯拉时，则相反。电机轭部磁通密度一般在1.0～1.5特斯拉，相应旋转磁化磁滞损耗较之交变磁化磁滞损耗约大45～65%。

当然了上述的结论也是拿来的，个人没有经过实际的去验证。另外，铁芯中的磁场发生变化时，在其中会感生电流，称为涡流，它引起的损耗称为涡流损耗。为了减少涡流损耗，电机铁芯通常不能做成整块的，而由彼此绝缘的钢片沿轴向叠压起来，以阻碍涡流的流通。具体的铁耗的计算公式这里就不累赘了，大家百度铁耗计算基本的公式以及意义就会很清晰了。下面分析几个主要的影响我们铁耗的关键点，这样大家在实际的工程应用的时候也好正向或者倒推问题之所在。

讲完了上面的再说下为什么冲片的制造为何会有影响铁耗？冲孔工艺特性主要是根据不同形状的冲床，根据不同类型的孔、槽需求，确定相应的剪切模式以及应力水平，进而保证叠片外围的浅应力区域的条件。因为深度和形状的关系，常常会受到锐角影响，以至于高应力水平会在浅应力区域造成极大的铁损情况，特别是在叠片范围内的剪切边缘相对较长的那个部分。具体来讲，主要出现在齿槽区域内，故而在实际研究过程中，往往成为了研究的关注点。低损耗硅钢片往往通过较大尺寸的晶粒加以确定，冲击会在冲片底边造成带合成的毛刺和撕裂剪切，且冲击的角度会对影响毛刺大小、变形区域造成明显的影响。如若一个高应力区，其沿着边缘变形区一直延伸到材料的内部，那么这些区域内的晶粒结构势必会发生相应的改变，会被扭曲或者是断裂，并且沿着撕裂的方向产生极度拉长边界，此时剪切方向内的应力区域晶界密度势必会有所增加，进而导致该区域内部的铁损相应增加。所以，此时可以将应力区域内的材料当成是沿着冲击边缘落在普通叠片之上的高损耗材料，这样的话，就可确定下来边缘材料的实际常数，利用铁损模型对冲击边缘的实际损耗开展进一步确定。

退火工艺对铁损影响

铁损的影响条件主要存在于硅钢片方面，并且机械与热应力会随着自身的实际特性改变而影响硅钢片，额外的机械应力会导致铁损变化的情况。同时，电机内部温度的不断升高，同样会促使铁损问题的出现。采取有效的退火措施，将额外的机械应力去除掉，会对电机内铁耗的降低产生有利的影响。

制造工艺中造成损耗偏大的原因

硅钢片作为电机的主要导磁材料，其性能符合性对电机性能影响极大，主要是保证硅钢片的牌号符合设计要求，另外就是相同牌号的硅钢片不同的厂家材料性能有一定的差异性，在选择材料时应尽力选取好的硅钢厂家的材料。下面说些之前实际遇到的影响铁耗的关键因素。

⏩ 硅钢片未进行绝缘处理或未处理好。该类问题在硅钢片的检测过程可以发现，但不是所有的电机厂家都有该检测项目，该问题往往在电机厂家得不到较好识别。

⏩ 片间绝缘受损或片与片之间的短路。该类问题发生在铁芯的制造过程中。如果铁芯叠压时的压力过大，使片间绝缘破坏；或冲片冲制后毛刺太大，通过打磨的方式清除毛刺，导致冲片表面绝缘严重受损；还有铁芯叠压完成后槽内不光，采用修锉方式；或因定子内膛不光、定子内膛与机座止口不同心等因素采用车削方式修正。这些电机生产加工过程的惯用用法实则对电机的性能，特别是铁损有极大的影响。

⏩ 用火烧或通电加热等方法拆绕组时，造成铁芯过热，使导磁性能下降和片间绝缘损坏。该问题主要出现在生产加工过程绕组的修理及电机的修理过程中。

⏩ 叠装焊接等工艺同样会造成叠片之间绝缘的破坏，增加涡流损耗。

⏩ 铁重不足片间未压实。最终的结果是铁芯的重量不足，最为直接的会导致电流超差，同时会有铁损超标的事实。

⏩ 硅钢片涂漆过厚致磁路过于饱和，此时空载电流与电压的关系曲线弯曲得较严重。这也是硅钢片生产加工过程的关键性要素。

⏩ 铁芯生产加工过程中会造成硅钢片冲剪面附件晶粒取向发生破坏，导致同样磁感下铁损的增加；对于变频电机还有考虑谐波带来的额外铁损；这是设计环节应综合考虑的因素。

除以上因素外，电机铁损的设计值应综合铁芯生产加工的实际，尽力做到理论值与实际值的契合。一般材料供应商提供的特性曲线按照爱泼斯坦方圈法测得，而电机中不同部位的磁化方向是不一样的，这种特殊的旋转铁耗当前是无法考虑到的。这不同程度上会导致计算值与实测值的不一致性。

工程设计上降低铁损耗的方法

工程上降低铁耗的方式有很多，最重要的就是对症下药。当然不仅是铁耗的问题，其它的损耗都是这样的。最根本的方式就是要知道铁耗大的原因，是磁密高还是频率大还是局部饱和过于严重等等的原因。当然了按照正常的方式是一方面要从仿真侧尽量的去逼近真实，另一方面工艺配合技术降低附加的铁耗。按照最常用的方式就是增加换用好的硅钢片，不计成本的话可以选择进口的超级硅钢。当然随着国内新能源驱动技术的发展也带动了上下游更好的发展。国内钢厂也有在推出专门的硅钢产品。谱系针对不同的应用场景有比较好的产品的分类。下面举几个遇到比较直接的方法：

⏩ 优化磁路

优化磁路，准确的说是优化磁场的正弦性。这一点是很关键的，不仅是定频的感应电机要做。变频的感应电机同步电机都是至关重要的。我就曾经在做纺织机械行业的时候为了降成本做了两个性能不同的电机，当然最主要的是有无斜极，导致的气隙磁场的正弦性不一致。因为工作在高速工况，铁耗占比较大，这样两台电机的损耗相差就很大，最后经过一些列的倒推演算由于控制算法下电机的铁耗差了2倍多。这里也提醒大家再做变频调速电机的时候一定要耦合控制算法去做。

⏩ 减小磁密度

增加铁芯的长度或者增加磁路的导磁面积以降低磁通密度，但电动机用铁量随之增加;

⏩ 减少铁芯片的厚度来减少感应电流的损失

如用冷轧硅钢片代替热轧硅钢片可减小硅钢片的厚度，但薄铁芯片会增加铁芯片数目和电机制造成本;

⏩ 采用导磁性能良好的冷轧硅钢片降低磁滞损耗;

⏩ 采用高性能铁芯片绝缘涂层;

⏩ 热处理及制造技术

铁芯片加工后的剩余应力会严重影响电动机的损耗，硅钢片加工时，裁剪方向、冲剪应力对铁芯损耗的影响较大。顺着硅钢片的碾轧方向裁剪、并对硅钢冲片进行热处理，可降低10%～20%的损耗等方法来实现。

来源：骇客电驱


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