【电机材料】谈电机性能与硅钢片选择

  

  电机铁芯最主要的原材料是硅钢片,目前最为常用的有冷轧板中的470、600和800,高效电机中则以470和600片为多;对于不同牌号硅钢片的性能在原来的推文中有过介绍,今天Ms.参与各位介绍的重点是电机铁芯冲片材料的具体质量要求,比如说除牌号以外,对于其厚度的要求,可能不是每个人都清楚。电机铁心使用最多的是电工钢板(硅钢和无硅钢);普通钢板只用于冲制磁极及磁扼冲片。

  

  铁心冲片材料的质量要求

  ●低损耗。在一定频率和磁感应强度下的铁心损耗,是电工钢板的一项主要指标。铁心损耗包括两部分:磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗是由于铁心在交变磁化时所引起的能量消耗,与材料的成分和晶粒的大小有关,可用磁滞回线的面积来表示。涡流损耗是由于铁心交变磁化时产生涡流而引起的电阻损耗,与材料本身的电阻率及厚度有关。因此,为减少铁心损耗,电工钢板厚度较小并具有较大的电阻率

  

  ●高导磁性能。导磁性能越高,在感通量不变的情况下,可缩小磁路的截面积,节约励磁绕组用铜量,减少电机体积。

  ●良好的冲片性。电工钢板应具有适宜的硬度,不能过脆或过软。表面要光滑、平整且厚薄均匀(同板差控制要求),以利于模具冲制和提高叠压系数。同一模具用于冷轧钢板的寿命比热轧钢板可大大延长。某些附有无机、有机涂层的冷轧电工钢板,可使模具一次刃磨的冲次提高近十倍。

  ●成本低,使用方便。

  除上述要求外,某些电机往往对导磁材料有更高的要求。如磁失效小,磁致伸缩小等。这些要求是多方面的,应该综合考虑。

  现代电机所采用的电工钢板分类

  ●硅钢片

  加入硅的合金钢,经轧制而成薄的钢板,一般称为硅钢片。按制造工艺的不同,分为热轧硅钢片(基本淘汰)和冷轧硅钢片。冷轧硅钢片又有取向和无取向之分。硅钢片现在大都以板料形式供应。为改善硅钢片磁性能,降低抗剪强度,国产硅钢片在轧钢厂已经过退火处理。

  

  ●无硅钢片

  电机铁心采用硅钢片代替低碳钢板和纯铁,在历史上是一个巨大进步,低损耗的硅钢片改善了电机性能,缩小了电机的体积。现在用无硅钢片(又称低碳电工钢带或纯铁电工钢带)代替硅钢片做小型电机铁心,是因为现代技术冶炼的无硅钢片,不同于原来的低碳钢板,它不但具有高的磁感应强度,而且具有与硅钢片相近的铁耗。用无硅钢片设计制造的小型交流电动机,可以进一步缩小体积,减轻重量,降低成本。此外,由于无硅钢片较软,可以提高冲剪速度,延长模具寿命。

  现在国外已广泛采用无硅钢片作为小型电机的铁心材料。在工业发达国家,其用量约占电工钢片总产量的50~60%。

  

  目前,电机厂使用无硅钢片有两种情况,一种是冷轧后的无硅钢片直接冲片,然后在电机厂进行退火处理;另一种是钢厂提供退火后的钢片,电机厂冲制后直接使用。无硅钢片系高导磁材料,它的磁感应强度和损耗对机械应力很敏感。因此,冲制后经过消除应力退火,是改善磁性能的重要措施。无硅钢片的热处理,需要专门的热处理设备,但我国大多数电机厂还未具备这样的条件,这是采用无硅钢片时需要解决的一个问题。

  影响硅钢片性能的主要因素

  ●含硅量和杂质硅对硅钢片性能起决定影响。铁中加入硅后,电阻率增高,同时有助于将有害杂质碳分离出来。一般纯铁加入硅后,磁感应强度有所降低,但显著降低了铁耗。

  随着含硅量的增加,硬度和脆性增高,给轧制、冲裁,剪切以及机械加工带来困难。目前硅钢片的含硅量,一般不超过4.5%。含硅量再高,就很难进行轧制和加工。

  ●厚度。考虑到铁心中涡流损耗与钢片的厚度平方成正比,同一品种的硅钢片,其厚度越薄,铁心损耗越小,但铁心制造工时增加,叠压系数降低。一般电机采用厚0.5毫米的硅钢片,大型汽轮发电机铁心损耗要求很严时,采用厚0.35毫米的硅钢片。

  ●应力在冲剪、叠压或卷绕铁心的过程中,都会产生应力,使磁性能恶化,铁损耗增大。在冲(切)断面线两旁约1毫米范围内,形成可见的黑条带残余应力区。一般可采取退火处理,以消除应力,恢复原来的磁性能;高性能冷轧硅钢片的磁性能,对应力的影响更为敏感。

  

  ●晶粒取向硅钢是立方晶系的多晶体,每个晶体有三个相互垂直的易磁化方向,多晶体中的晶粒排列是零乱的,在材料制造过程中,可采取工艺措施将硅钢晶粒的一个轴沿轧向同一方向排列,而另一轴与硅钢片表面垂直。这种仅有一个易磁化方向的材料,称为单取向硅钢片,其磁化性能沿轧向最好,其它方向较差。一般无取向硅钢片的晶粒位向是混乱排列的,各方向的磁性能相差不大。此外,还有一种双取向硅钢片,它有互相垂直的、磁性能接近的易磁化方向,且都在轧面内,其中一个与轧向平行。这种硅钢片虽然很适合制造电机铁心,但制造工艺复杂,成本较高。

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