日期：2022-12-08 16:25 瀏覽次數(shù)：0
近年來，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)以其優(yōu)異的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果和在世界經(jīng)濟各個領(lǐng)域的廣泛適用性，逐漸取代DC調(diào)速系統(tǒng)，成為最有前途的調(diào)速方式之一。但是，其自身的穩(wěn)定性也不容忽視。電機的設(shè)計和分析需要考慮很多因素，如電磁設(shè)計過程中定子鐵心硅鋼片的磁化特性，振動和噪聲分析過程中定子鐵心硅鋼片的磁致伸縮特性等。
但到目前為止，主要從事電磁設(shè)備制造的高校、科研院所和各大企業(yè)在設(shè)計和研究電磁裝置的過程中，主要集中在利用室溫下的磁感應(yīng)強度曲線和損耗曲線來應(yīng)用硅鋼片的特性參數(shù)，通常不考慮實際工作溫度對電機的影響；同時，在分析電機的振動和噪聲時，大多沒有考慮硅鋼片磁致伸縮對其的影響。當這些影響累積起來時，將有可能放大電機設(shè)計、性能計算和分析中的誤差。
目前，國內(nèi)外學(xué)者對電磁裝置用硅鋼片展開了廣泛的研究。有學(xué)者測試分析了不同溫度和諧波條件下取向硅鋼片的磁性能；一些學(xué)者研究了取向硅鋼片在不同DC偏壓下的磁致伸縮特性。有學(xué)者研究了無取向硅鋼片磁致伸縮對應(yīng)力的敏感性；有學(xué)者研究了PWM供電的無取向硅鋼片的磁致伸縮和振動特性。有學(xué)者從理論上研究了取向硅鋼片的特性，建立了定量描述磁致伸縮、磁感應(yīng)強度和應(yīng)力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，得到了磁致伸縮的變化趨勢。
其他學(xué)者分別研究了硅含量為3.25% ~ 6%的取向硅鋼的磁性能和磁致伸縮性能。他們認為增加硅鋼片的硅含量可以使其磁導(dǎo)率增加到磁化曲線的拐點，同時降低樣片的損耗，其磁致伸縮性能得到了很大的提高。增加硅含量可以大大抑制磁致伸縮引起的振動。
一些學(xué)者研究了冷軋硅鋼片的DC各向異性磁致伸縮特性。一般認為軋制方向和橫向的差異最大，但研究表明55方向和軋制方向的差異最大，矯頑力也呈現(xiàn)相同的趨勢。還指出磁致伸縮的各向異性是由樣品片本身的晶粒結(jié)構(gòu)和織構(gòu)決定的。有學(xué)者搭建了旋轉(zhuǎn)單片機測試系統(tǒng)，研究取向硅鋼的磁致伸縮特性。結(jié)果表明，樣品的損耗和磁致伸縮隨磁感應(yīng)強度或磁化方向與軋制方向夾角的增大而增大。當磁感應(yīng)強度呈橢圓形或菱形變化時，磁致伸縮表現(xiàn)出相似的特性。
有學(xué)者對變壓器鐵心硅鋼片在不同退火溫度和機械應(yīng)力下磁致伸縮的變化趨勢進行了實驗研究。具體內(nèi)容如下：為了考察退火溫度對磁致伸縮應(yīng)變的影響，對加工好的取向硅鋼片進行不同的退火處理，并對取向硅鋼片進行DC磁化，得到磁致伸縮應(yīng)變與磁感應(yīng)強度的關(guān)系。隨著退火溫度的升高，磁致伸縮應(yīng)變逐漸由正值變?yōu)樨撝担胖律炜s曲線的單調(diào)性發(fā)生變化。
針對電機的分析方法主要有經(jīng)驗法、解析法及有限元法，現(xiàn)階段普遍采用有限元法對電機的電磁—機械等特性展開分析。
一些學(xué)者應(yīng)用二維有限元法研究高速永磁同步電機的磁場。有學(xué)者采用多物理場有限元法對永磁同步電機的損耗、溫度和應(yīng)力進行了研究。有學(xué)者分析了電磁力波的特征參數(shù)和PMSM、安各階力波的諧波源
通過對1140V/75kW變頻電機的電磁特性和振動特性的分析研究，研究人員得出以下結(jié)論：
圖2變頻電機實驗系統(tǒng)測點位置
圖3變頻電機實驗測試儀
1)測量了不同溫度下無取向硅鋼片的磁性能。測試結(jié)果表明，在磁感應(yīng)強度為1.4T的條件下，20時磁場強度為270A/m，80時為300A/m，300時為500 a/m；相對磁導(dǎo)率在20時為2000，80時為1800，300時為1500。在1.5T的磁感應(yīng)強度下，20時單位鐵損為2.7W/kg，80時為2.5W/kg，300時為2.2W/kg。這意味著基于此，沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員首先對無取向硅鋼片在不同溫度、諧波、磁致伸縮下的特性展開測試與分析，給出了B-H、B-P及磁致伸縮等數(shù)據(jù)；以不同溫度、諧波、磁致伸縮下的特性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于COMSOL有限元分析軟件，對一臺1140V/75kW變頻電機的電磁特性、振動特性展開仿真分析，并在仿真過程中考慮溫度、諧波及磁致伸縮對變頻電機鐵心硅鋼片性能的影響；對其進行振動實驗研究，驗證了所提方案的正確性。。
2)測量了不同諧波下無取向硅鋼片的磁性能，溫度對無取向硅鋼片的磁性能有一定的影響，在分析與設(shè)計電磁裝置的過程中，應(yīng)該考慮溫度的影響。。
3)利用無取向硅鋼片在不同溫度和諧波下的磁性能數(shù)據(jù)，對變頻電機的電磁特性進行了仿真。變頻電機的磁感應(yīng)強度與20和120下測量的硅鋼片磁感應(yīng)強度相差0.001T。測試結(jié)果表明：隨著頻率的升高，磁感應(yīng)強度的拐點向右偏移。
4)利用實測的無取向硅鋼片單值磁致伸縮曲線，對變頻電機進行振動仿真。考慮磁致伸縮的變頻電機振動位移比不考慮磁致伸縮的大，其中A點大0.3 m，B點大0.4 m。
5)搭建了1140V/75kW變頻電機在變頻電源下的振動實驗平臺，并進行了振動實驗研究。實驗結(jié)果表明利用50Hz時測得的硅鋼片磁特性曲線與250Hz測得的硅鋼片磁特性曲線變頻電機的磁感應(yīng)強度相差0.0321T。
以上研究成果發(fā)表在2020年第22期《電工技術(shù)學(xué)報》。論文題目是《硅鋼片的電磁-機械特性及變頻電機在不同溫度和諧波下的振動》。作者為陳德志、張、白和宋。
