关键词：电机；制造工艺；铁损；影响
1铁耗解析模型
在开发合适的铁耗模型时,我们假定电机中磁密随时间的变化是已知的。磁密信息明显的误差使得铁耗的精确预测或合适解析模型的开发变得毫无意义。传统的铁耗计算法是将磁密分布分解到谐波分量中,并估计每次谐波的损耗。50Hz时的损耗信息通常是由硅钢片供应商提供的,或者也可以通过标准测试仪器,如爱泼斯坦方圈仪测量。高频损耗也可以由供应商提供或需通过试验或通过从主要频率损耗值简单缩放比例的形式确定。利用叠加原理,电机总损耗可以由各谐波损耗简单相加得到。该方法有许多主要的缺点。首先由于材料是非线性的,所以叠加原理是无效的。其次,试验测量法和/或高频损耗的比例缩放对测量范围以外的数值来说变得不可靠了。这与高频槽谐波的精确计算显著相关。因此就希望有一种更可靠的铁耗模型,它不仅适用于随时间变化的瞬时磁密,也可以用来对更高频率时的情况作合理的比较有把握的推断。
一种简化的方法是假定把硅钢片材料中的铁耗归为两类不同的机制:磁滞损耗和涡流损耗。可以用下式表示:
.png)
式中Kh、T和Ke为随硅钢片材料的型号和等级而不同的常数。这些很难用分析确定,只能用经验值或试验测量。该损耗方程也不适用于瞬态波形,而且要求把磁密分解到谐波分量。可以通过把涡流损耗假设为两种不同机制产生的结果来改进基本损耗机制,即:`经典’涡流损耗和材料中磁畴壁穿越晶界运动的计算修正。后者有时表示`超额’或`反常’损耗。涡流分量也可以方便地用时间分量形式表示,得式(1)表示的损耗
.png)
式中Kh、T——磁滞损耗常数
Ke、Kex——经典和过度损耗常数
经典损耗常数可以由分析确定
.png)
式中d——硅钢片厚度
e——电导率
W——材料密度
该表达式现为适合用标准数值积分程序(如高斯求积法),用瞬态磁密波形求时间积分。我们用基波半周期的瞬态峰值磁密来确定磁滞损耗分量。如果出现局部磁滞回线,可以下式经验修正:
.png)
式中ΔBI——沿局部磁滞回线的磁密变化
磁滞损耗常数Kh、T和Ke和`超额’损耗常数Kex仍很难分析确定,可以采用一种适于设计室使用的选择性方法。无论是由供应商提供的试验信息还是象用爱泼斯坦方圈仪这样的标准实验室测量法获得的试验信息,都能用来提供损耗常数的`最佳’估计。对于固定的正弦频率,损耗表达式可以简化为
.png)
一旦通过优化过程确定了损耗常数,由方程式(1)定义的铁耗模型可以用来确定任何瞬态磁通波形下的铁耗。例如,图1表示了由两种谐波组成的磁密分布下的硅钢片损耗:50Hz的基波和基波1/10的三次谐波。该图说明了相对基波改变三次谐波相角的效果。通常用的叠加原理会产生一个与相角无关的恒定损耗。图1中的误差因此被定义为该值和从方程(1)的瞬态表达式获得值的差额。该图清楚地证明了用叠加原理是错误的,而解析模型能产生与那些实验测量相似的结果。
.png)
图1预测的损耗宽度
2电机制造工艺对铁损影响
在电机制造工艺的贯彻环境下，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被导入到硅钢片之中，从而增加额外的机械应力以至于发生铁损情况。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。为此，必须采取有效的退火措施，将额外的机械应力去除掉，为电机后续的制造环境提供一个更加良好的统筹条件。基于此，在电机制造过程中就应该确定制造工艺会在叠片环境之中所受到的实际影响，并且确定在电机制造工艺的开展过程中对铁损情况的实际检查。
电机工作的温度干扰来源于磁密影响，可以根据相关的温度条件对相应的铁损条件加以确定。由此我们可以清楚地看到，随着电机工作温度的不断攀升，铁损情况会相应降低，所以温度的升高恰恰能够增加叠片电阻系数，并且利用体系化铁损模型计算公式，能够获得材料传导率、涡流常数，确定在计算机温度修整值中的绕组阻抗，从而为后续的电机制造工艺的有效开展提供良好的延伸条件。因此，必须做好磁密峰值的核对测量工作，通过概念温度环境的限值，对温度损耗条件加以核对，从而为后续材料的恰当选择提供必须的参数变化参考条件，并且经过完善的统计工作，对后续发展优势、规律对比进行确定。
在进行冲片工艺检查过程中，其最为重要的核心就是电机碟片中的冲孔工艺。冲孔工艺特性主要是根据不同形状的冲床，根据不同类型的气孔、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统筹条件。但是因为深度关系，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，往往将研究的关注点。首先放在冲剪对叠片晶粒结构与周围产生的局部影响上。低损耗硅钢片往往通过较大尺寸的晶粒加以确定，冲击行为会在底片底边造成带合成的毛刺撕裂剪切，且冲击的锐度会对毛刺大小、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，此时剪切方向内的盈利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。
一般来讲，通过供应商所提供的标准损耗数据就能够获得材料常数，当然也可以使用试验测量法，如爱泼斯坦方圈仪测量获得相应的材料常数。但此种方法却无法获得边缘材料的常数，这是因为剪切边缘本身的损耗信息是无法从硅钢片的供应商那里获得的，也无法通过爱泼斯坦方圈仪创造出一个具有正确晶体结构的样品加以测量。所以，要想获得边缘材料的常数值，就应该变换一种测量方法，可以在保准的爱泼斯坦方圈仪样品测量过程中，对冲击边缘数量予以增加，之后测量铁损的实际增加情况，而这种方式恰恰能够通过铁损的实际增量对边缘损耗密度加以确定。如若我们假设损耗的增加是因为方圈附近的边缘造成的，并且冲击边缘横截面中的磁密始终保持恒定状态，则可以忽视重叠角之中磁路增加的复杂性。之后，在对原始样品实施铁损测量，并且优先得知应力区的实际深度，这样才能够通过材料的比对开展显微检查。假设材料的实际破坏深度与有效冲击间隙之间相等，那么可以采取此方法对不同叠片材料开展相应的试验工作，其中最为典型的代表为:磁密为1.5T时，损耗密度为30～40W/kg。因为在设计过程中可以将叠片材料冲击下引发的铁损增加情况包含进去，且铁损的解析方法可以通过叠片剪切边缘损耗进行预测，所以更能够依靠相关数量以及影响条件开展更为深入的研究工作，从而保证电机制造工艺的后续开展更加具有比对性。
3 结语
基于现有的城市发展需求，对电机制造工艺特点加以确定，从而解决铁损问题，俨然已经成为现有环境发展趋势下迫在眉睫需要解决的热点问题。所以，本研究依据电机制造工艺的实际特点，以铁损情况因素与影响出发，对电机制造工艺的优化方向加以确定，旨在为后续电机制造工艺的良好发展提供有益参考。
参考文献
[1]孙志成.PWM斩波方式对感应电机铁耗影响的仿真研究［D］．杭州:浙江大学，2017.
[2]陶旭.不同生产阶段下电机定子铁心磁特性与铁耗的测量研究［D］．沈阳:沈阳工业大学，2016.
论文作者:李,冉
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/29
标签：电机论文; 常数论文; 制造工艺论文; 材料论文; 硅钢片论文; 测量论文; 应力论文; 《科学与技术》2019年第22期论文;