摘要：由于船电交流制优于直流制，因此交流电器在船舶上得到了广泛应用。基于节能和提高船舶电器设备运行的可靠性，以电磁场理论作为依据，对铁损进行研究，找出了铁损中磁滞损失和涡流损失原因所在，提出了抑制铁损的各种方法和措施。同时对船舶电器如何防范因铁损引起的损坏及保障其正常运行提出了意见，并对电感性电器的正确保养和维修也作了一定的叙述。
关键词：船舶；电气设备；铁损；抑制
引言
带有线圈的铁心在线圈通有交变的正弦交流电流时被反复磁化，由磁滞现象产生了磁滞损失。另一方面，在铁心内部由于磁感应的作用，出现了涡流，涡流在铁心内部流动就有功率的损耗，这种损耗称之为涡流损失。因此，铁损就是磁滞损失与涡流损失的总和。所以，从理论上研究铁损，在工程上如何抑制铁损，不仅对船舶电站具有节能的价值，而且对船舶电气设备的正常运行，以及正确维护、保养和修理具有实际意义。
1.磁滞损失
为了方面进行研究，我们画出了磁滞回线，如下图1.图中带有箭头的回线代表的是铁心受到交流电流的作用之后，在反复磁化一周之中磁感应B和磁场强度变动的实际情况。
图1 磁滞回线图
若我们用A来代表磁场建成之后磁场中的能量密度，这个时候磁感应就该由零逐渐递增到B，那么就有:(下面公式所示)
只要我们把(1)中的积分上、下限换为适当的上、下限，这个就可以来研究铁心受到反复磁化一周之后，它的单位体积内部的电量就会出现相应的变动。从上图1来看，当图示中的h点顺着磁滞回线回到C点的位置时，H就会出现大于0的情况，dB也会出现大于0的情况。因此，我们可以得到:(2)。这个就是铁心磁化的时候由外电源供应的能量，在(2)中MH、MB是图1示中的B和H的标度。
相同的道理，我们可以得到在顺着磁滞回线的cd部分之时，就会出现H大于0，而dB会小于0，这个是铁心退磁时候返回给外部电源的能量。当沿着磁滞回线df部分时，H会小于0，dB也会小于0，这个时候的铁心在反方向磁化时，外部电源供给的能量。在顺着磁滞回线的fg部分之时，H小于0而dB会大于0，这是把能量返回给外部电源。在顺着磁滞回线的gh部分之时，H会大于0，dB也会大于0，这是能量由外部的电源供给的情况。
从这里我们可以知晓，在铁心受到反复磁化一周的时候，会出现能量的损失。如果我们用Ah来表示铁心在每次反复磁化一周之中单位体积内损耗的能量，就有(3)。在这个公式之中，S表示的是磁滞回归线的面积。因为有这种损失的存在，铁心在受到反复磁化的时候要散发热量，就会出现磁滞损失。
2.涡流损失
令磁感应B是均匀的，而且它随着时间会作正弦变化。实际上正弦交流的电源产生的磁感应B是按照这个规律变化的。因此，磁感应B的瞬时值就可以用公式(4)表示:
公式之中的Bm就是磁感应的幅值，f是磁感应变化的频率。虚线表示的回路内应力电动势(5)，以及电阻的定义，这个回路的电阻是:(6)，其中这里面的p是导体片的电阻率。这个耗损在这一回路内的瞬时功率就是:(7)，我们从上面就可以求出耗损在整个的导片内部的瞬时功率就是:(8)，在公式之中就是导片的体积。
在实际的意义上，对于正弦交流电无论是在计算还是对功率的测定上，通常都是一个周期内的平均功率，并用P表示。我们可以从导片内由于出现涡流引起的功率损失可以表示为:(9)。
3.抑制的措施
3.1材料与处理
由式(3)可知，要降低磁滞损失，绕组中铁心的材料应选用磁滞回线所包络面积较小的材料，即软磁材料，如铸铁、铸钢、纯铁、硅钢、坡莫合金和铁氧体等材料。
由式(10)可以看出，涡流损失与导片的厚度h的平方成正比，所以将铁心材料切成薄片，在其表面涂有绝缘漆，然后叠成铁心。并且还可看出，涡流损失与铁心的电阻率ρ成反比，因此，交流铁心可渗入小量的硅(百分之几)来提高其电阻率。此外还与磁感应的幅值Bm的平方成正比，而对此项的控制可选用Bm值较低的软磁材料。
3.2制造与使用
在感性电器的制造工艺上，硅铜片的叠置方向应平行于磁力线，这样对每一片来说切割磁力线相对较少，在各片中产生的涡流也就大大降低。在使用时，因为涡流与电源的频率f成正比，所以要防止设备在过频下运行，否则，不仅涡流损失增大造成能源浪费，而且因涡流增大使铁心温度上升，导致电气设备的绝缘烧坏。
3.3维修与保养
以交流电动机为例加以分析。交流电动机由于某种原因，造成过载、堵转或短路，引起电流过大而烧坏绕组，对此类电机在维修时通常作如下处理，首先将被烧绕组拆下重新绕制更换，然后整体涂绝缘漆后烘干，待绝缘达2MΩ以上后就维修完毕。但这种维修存在的问题是，当绕组烧坏时温度已达到了数百度，其铁心硅钢片之间原有的绝缘漆也同样受高温已被烧损，片间绝缘大幅度下降。如果按上述通常维修方法，实际上已经失去了电机制造工艺上将铁心硅钢片表面涂有绝缘漆，以提高铁心电阻降低涡流损失的意义。所以交流电动机被烧坏后，不仅需要更换绕组，而且对其铁心的硅钢片之间，最好也要作彻底的绝缘处理。否则，不仅电机效率降低，而且在同样的负载转矩下因温度过高会经常被烧，所以该电机已达不到原有的额定功率。另外，变压器、接触器、继电器及电磁阀等都是带铁心绕组的交流电器，其铁心也都是由片间绝缘的硅钢片叠成的，所以在维修时同样需要注意上述问题。在日常保养及拆装过程中还须防止铁心绝缘的损坏。
结语
通过对铁损的研究与分析，找出了磁滞损失和涡流损失的理论依据，并根据依据，对交流感性电器在制造工艺、材料选用和维修保养中，如何抑制磁滞损失和涡流损失提出了方法和措施，并对设备防止过频运行也提出了意见。这对交流电器的节能和保障船舶电气设备的正常运行有一定的实际意义。但尚须指出的是，交流电器硅钢片铁心在修理时，其片间作彻底的绝缘处理难度较大，对这一维修工艺仍需继续探讨。
参考文献
[1]来新发.对船舶电气设备故障的研究[J].现代制造技术与装备,2016(7): 51-51.
[2]曹飞.船舶电气设备故障与处理对策研究[J].时代农机,2017,44(7):68 -68.
[3]黄朝静,左红稳,赵天翔.探析船舶电气设备故障现象及排除方法[J].科技资讯,2016,14(3):30-31.
论文作者:赫永霞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/16
标签：铁心论文; 涡流论文; 损失论文; 磁滞论文; 船舶论文; 绕组论文; 感应论文; 《基层建设》2019年第26期论文;