「電機材料」談電機性能與硅鋼片選擇

「電機材料」談電機性能與硅鋼片選擇

電機鐵芯最主要的原材料是硅鋼片,目前最為常用的有冷軋板中的470、600和800,高效電機中則以470和600片為多;對於不同牌號硅鋼片的性能在原來的推文中有過介紹,今天Ms.參與各位介紹的重點是電機鐵芯衝片材料的具體質量要求,比如說除牌號以外,對於其厚度的要求,可能不是每個人都清楚。電機鐵心使用最多的是電工鋼板(硅鋼和無硅鋼);普通鋼板只用於衝制磁極及磁扼衝片。


「電機材料」談電機性能與硅鋼片選擇


鐵心衝片材料的質量要求

低損耗。在一定頻率和磁感應強度下的鐵心損耗,是電工鋼板的一項主要指標。鐵心損耗包括兩部分:磁滯損耗和渦流損耗。磁滯損耗是由於鐵心在交變磁化時所引起的能量消耗,與材料的成分和晶粒的大小有關,可用磁滯回線的面積來表示。渦流損耗是由於鐵心交變磁化時產生渦流而引起的電阻損耗,與材料本身的電阻率及厚度有關。因此,為減少鐵心損耗,電工鋼板厚度較小並具有較大的電阻率


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高導磁性能。導磁性能越高,在感通量不變的情況下,可縮小磁路的截面積,節約勵磁繞組用銅量,減少電機體積。

●良好的衝片性。電工鋼板應具有適宜的硬度,不能過脆或過軟。表面要光滑、平整且厚薄均勻(同板差控制要求),以利於模具衝制和提高疊壓係數。同一模具用於冷軋鋼板的壽命比熱軋鋼板可大大延長。某些附有無機、有機塗層的冷軋電工鋼板,可使模具一次刃磨的衝次提高近十倍。

成本低,使用方便。

除上述要求外,某些電機往往對導磁材料有更高的要求。如磁失效小,磁致伸縮小等。這些要求是多方面的,應該綜合考慮。

現代電機所採用的電工鋼板分類

●硅鋼片

加入硅的合金鋼,經軋製而成薄的鋼板,一般稱為硅鋼片。按製造工藝的不同,分為熱軋硅鋼片(基本淘汰)和冷軋硅鋼片。冷軋硅鋼片又有取向和無取向之分。硅鋼片現在大都以板料形式供應。為改善硅鋼片磁性能,降低抗剪強度,國產硅鋼片在軋鋼廠已經過退火處理。


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●無硅鋼片

電機鐵心採用硅鋼片代替低碳鋼板和純鐵,在歷史上是一個巨大進步,低損耗的硅鋼片改善了電機性能,縮小了電機的體積。現在用無硅鋼片(又稱低碳電工鋼帶或純鐵電工鋼帶)代替硅鋼片做小型電機鐵心,是因為現代技術冶煉的無硅鋼片,不同於原來的低碳鋼板,它不但具有高的磁感應強度,而且具有與硅鋼片相近的鐵耗。用無硅鋼片設計製造的小型交流電動機,可以進一步縮小體積,減輕重量,降低成本。此外,由於無硅鋼片較軟,可以提高衝剪速度,延長模具壽命。

現在國外已廣泛採用無硅鋼片作為小型電機的鐵心材料。在工業發達國家,其用量約佔電工鋼片總產量的50~60%。


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目前,電機廠使用無硅鋼片有兩種情況,一種是冷軋後的無硅鋼片直接衝片,然後在電機廠進行退火處理;另一種是鋼廠提供退火後的鋼片,電機廠衝制後直接使用。無硅鋼片系高導磁材料,它的磁感應強度和損耗對機械應力很敏感。因此,衝制後經過消除應力退火,是改善磁性能的重要措施。無硅鋼片的熱處理,需要專門的熱處理設備,但我國大多數電機廠還未具備這樣的條件,這是採用無硅鋼片時需要解決的一個問題。

影響硅鋼片性能的主要因素

●含硅量和雜質硅對硅鋼片性能起決定影響。鐵中加入硅後,電阻率增高,同時有助於將有害雜質碳分離出來。一般純鐵加入硅後,磁感應強度有所降低,但顯著降低了鐵耗。

隨著含硅量的增加,硬度和脆性增高,給軋製、衝裁,剪切以及機械加工帶來困難。目前硅鋼片的含硅量,一般不超過4.5%。含硅量再高,就很難進行軋製和加工。

●厚度。考慮到鐵心中渦流損耗與鋼片的厚度平方成正比,同一品種的硅鋼片,其厚度越薄,鐵心損耗越小,但鐵心製造工時增加,疊壓係數降低。一般電機採用厚0.5毫米的硅鋼片,大型汽輪發電機鐵心損耗要求很嚴時,採用厚0.35毫米的硅鋼片。

●應力在衝剪、疊壓或卷繞鐵心的過程中,都會產生應力,使磁性能惡化,鐵損耗增大。在衝(切)斷面線兩旁約1毫米範圍內,形成可見的黑條帶殘餘應力區。一般可採取退火處理,以消除應力,恢復原來的磁性能;高性能冷軋硅鋼片的磁性能,對應力的影響更為敏感。


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●晶粒取向硅鋼是立方晶系的多晶體,每個晶體有三個相互垂直的易磁化方向,多晶體中的晶粒排列是零亂的,在材料製造過程中,可採取工藝措施將硅鋼晶粒的一個軸沿軋向同一方向排列,而另一軸與硅鋼片表面垂直。這種僅有一個易磁化方向的材料,稱為單取向硅鋼片,其磁化性能沿軋向最好,其它方向較差。一般無取向硅鋼片的晶粒位向是混亂排列的,各方向的磁性能相差不大。此外,還有一種雙取向硅鋼片,它有互相垂直的、磁性能接近的易磁化方向,且都在軋面內,其中一個與軋向平行。這種硅鋼片雖然很適合製造電機鐵心,但製造工藝複雜,成本較高。

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