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电机铁芯损耗大原因分析

  • 来源: 大唐华北电力试验研究院
  • 作者:
  • 发布时间: 2018-03-09

电机铁损包括由主磁场在铁芯中发生变化产生的基本铁耗、空载时铁芯中的附加(或杂散)损耗以及由于定子或转子的工作电流所产生的漏磁场和谐波磁场在铁芯里引起的损耗。后两项一般归入难以准确定量计算的杂散耗,试验结果分析计算中或按标准给出的推荐值或实测确定,与定转子间气隙大小关联密切,铁耗分析不计入。

 影响基本铁耗的因素

基本铁耗因主磁场在铁芯中发生变化而产生。这种变化可以是交变磁化性质的,如由电机定子或转子齿中所发生的;也可以是所谓旋转磁化性质的,如电机的定子或转子铁轭中所发生的。不论是交变磁化还是旋转磁化,均会在铁芯中引起磁滞和涡流损耗。

 磁滞损耗

单位铁磁物质内交变磁化引起的磁滞损耗ph称为磁滞损耗系数,与交变磁化的频率f和磁通密度振幅B有关,可准确用下式表示:

ph=(aB+bB2)f

式中a,b为材料性能决定的常数。

电机铁芯内磁通密度范围通常在1.0~1.6特斯拉或1000016000高斯的情况下,系数a接近于0,故而

ph=bB2f

 由旋转磁化引起的磁滞损耗大小不同于由交变磁化引起的。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1.01.5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4565%

 涡流损耗

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。

 通常采用0.5或0.35的电工钢片作为铁芯的材料。对于一般电机中遇到的频率范围,磁场在钢片截面上可以认为是均匀分布的,此时钢片的涡流损耗理论上可以按下式准确计算:

pe=π2(ΔfeBf)2/(6ρdfe)

式中 pe—涡流损耗系数,Δfe—硅钢片厚度,B—磁通密度,f—频率,ρ—电阻率,dfe—硅钢片密度。

由上式可知,涡流损耗与磁通密度、频率及材料的厚度的平方成正比。

 铁芯损耗偏大的原因分析

铁芯损耗主要取决于基本铁耗,铁芯损耗偏大或因材质偏离设计或因生产中诸多不良因素导致磁通密度偏高、硅钢片片间短路使硅钢片厚度变相增大等。

 硅钢片质量不符合要求

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,诈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。

 定子铁芯片间绝缘不好

导致片间绝缘不好的因素较多,有硅钢片本身的质量问题,也有铁芯生产制造过程中导致的人为性因素。

● 硅钢片未进行绝缘处理或未处理好。这是硅钢片的材质问题,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。

 ● 其他。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。


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