小S負責產品研發(fā)，最近找Ms.參幫忙分析電機鐵芯損耗問題。事情緣由是小S主導設計的低壓大功率電機鐵耗試驗值偏大，搞不清究什么原因引起。

在低壓大功率和高壓電機諸多損耗中電機鐵芯損耗占比較大，是影響電機效率的關鍵因素之一。Ms.參對照分析了電磁計算單和型式試驗結果，查看產品圖，發(fā)現(xiàn)鐵耗試驗值反常的主要原因是硅鋼片牌號與設計不符。

電機鐵損包括由主磁場在鐵芯中發(fā)生變化產生的基本鐵耗、空載時鐵芯中的附加(或雜散)損耗以及由于定子或轉子的工作電流所產生的漏磁場和諧波磁場在鐵芯里引起的損耗。后兩項一般歸入難以準確定量計算的雜散耗，試驗結果分析計算中或按標準給出的推薦值或實測確定，與定轉子間氣隙大小關聯(lián)密切，鐵耗分析不計入。

影響基本鐵耗的因素

基本鐵耗因主磁場在鐵芯中發(fā)生變化而產生。這種變化可以是交變磁化性質的，如由電機定子或轉子齒中所發(fā)生的；也可以是所謂旋轉磁化性質的，如電機的定子或轉子鐵軛中所發(fā)生的。不論是交變磁化還是旋轉磁化，均會在鐵芯中引起磁滯和渦流損耗。

磁滯損耗

單位鐵磁物質內交變磁化引起的磁滯損耗ph稱為磁滯損耗系數(shù)，與交變磁化的頻率f和磁通密度振幅B有關，可準確用下式表示：

ph=(aB+bB2)f

式中a，b為材料性能決定的常數(shù)。

電機鐵芯內磁通密度范圍通常在1.0～1.6特斯拉或10000～16000高斯的情況下，系數(shù)a接近于0，故而

ph=bB2f

由旋轉磁化引起的磁滯損耗大小不同于由交變磁化引起的。試驗表明，硅鋼片在兩種性質磁化下存在以下現(xiàn)象：磁通密度在1.7特斯拉以下時，旋轉磁化引起的磁滯損耗較之交變磁化引起的為大；當高于1.7特斯拉時，則相反。電機軛部磁通密度一般在1.0～1.5特斯拉，相應旋轉磁化磁滯損耗較之交變磁化磁滯損耗約大45～65%。

渦流損耗

鐵芯中的磁場發(fā)生變化時，在其中會感生電流，稱為渦流，它引起的損耗稱為渦流損耗。為了減少渦流損耗，電機鐵芯通常不能做成整塊的，而由彼此絕緣的鋼片沿軸向疊壓起來，以阻礙渦流的流通。

通常采用0.5或0.35的電工鋼片作為鐵芯的材料。對于一般電機中遇到的頻率范圍，磁場在鋼片截面上可以認為是均勻分布的，此時鋼片的渦流損耗理論上可以按下式準確計算：

pe=π2(ΔfeBf)2/(6ρdfe)

式中pe—渦流損耗系數(shù)，Δfe—硅鋼片厚度，B—磁通密度，f—頻率，ρ—電阻率，dfe—硅鋼片密度。

由上式可知，渦流損耗與磁通密度、頻率及材料的厚度的平方成正比。

鐵芯損耗偏大的原因分析

鐵芯損耗主要取決于基本鐵耗，鐵芯損耗偏大或因材質偏離設計或因生產中諸多不良因素導致磁通密度偏高、硅鋼片片間短路使硅鋼片厚度變相增大等。

硅鋼片質量不符合要求

硅鋼片作為電機的主要導磁材料，其性能符合性對電機性能影響極大，詐要是保證硅鋼片的牌號符合設計要求，另外就是相同牌號的硅鋼片不同的廠家材料性能有一定的差異性，在選擇材料時應盡力選取好的硅鋼廠家的材料。

定子鐵芯片間絕緣不好

導致片間絕緣不好的因素較多，有硅鋼片本身的質量問題，也有鐵芯生產制造過程中導致的人為性因素。

●硅鋼片未進行絕緣處理或未處理好。這是硅鋼片的材質問題，該類問題在硅鋼片的檢測過程可以發(fā)現(xiàn)，但不是所有的電機廠家都有該檢測項目，該問題往往在電機廠家得不到較好識別。

●片間絕緣受損或片與片的短路。該類問題發(fā)生在鐵芯的制造過程中。如果鐵芯疊壓時的壓力過大，使片間絕緣破壞；或沖片沖制后毛刺太大，通過打磨的方式清除毛刺，導致沖片表面絕緣嚴重受損；還有鐵芯疊壓完成后槽內不光，采用修銼方式；或因定子內膛不光、定子內膛與機座止口不同心等因素采用車削方式修正。這些電機生產加工過程的慣用用法實則對電機的性能，特別是鐵損有極大的影響。

●用火燒或通電加熱等方法拆繞組時，造成鐵芯過熱，使導磁性能下降和片間絕緣損壞。該問題主要出現(xiàn)在生產加工過程繞組的修理及電機的修理過程中。

●疊裝焊接等工藝同樣會造成疊片之間絕緣的破壞，增加渦流損耗。

●鐵重不足片間未壓實。最終的結果是鐵芯的重量不足，最為直接的會導致電流超差，同時會有鐵損超標的事實。

●硅鋼片涂漆過厚致磁路過于飽和，此時空載電流與電壓的關系曲線彎曲得較嚴重。這也是硅鋼片生產加工過程的關鍵性要素。

●鐵芯生產加工過程中會造成硅鋼片沖剪面附件晶粒取向發(fā)生破壞，導致同樣磁感下鐵損的增加；對于變頻電機還有考慮諧波帶來的額外鐵損；這是設計環(huán)節(jié)應綜合考慮的因素。

●其他。除以上因素外，電機鐵損的設計值應綜合鐵芯生產加工的實際，盡力做到理論值與實際值的契合。一般材料供應商提供的特性曲線按照愛潑斯坦方圈法測得，而電機中不同部位的磁化方向是不一樣的，這種特殊的旋轉鐵耗當前是無法考慮到的。這不同程度上會導致計算值與實測值的不一致性。