日期：2022-12-08 16:25 瀏覽次數：0
近年來，交流變頻調速系統以其優異的調速性能、顯著的節電效果和在世界經濟各個領域的廣泛適用性，逐漸取代DC調速系統，成為最有前途的調速方式之一。但是，其自身的穩定性也不容忽視。電機的設計和分析需要考慮很多因素，如電磁設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，主要從事電磁設備制造的高校、科研院所和各大企業在設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強度曲線和損耗曲線來應用硅鋼片的特性參數，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計、性能計算和分析中的誤差。
目前，國內外學者對電磁裝置用硅鋼片展開了廣泛的研究。有學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。有學者研究了無取向硅鋼片磁致伸縮對應力的敏感性；有學者研究了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、磁感應強度和應力之間關系的數學模型，得到了磁致伸縮的變化趨勢。
其他學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構和織構決定的。有學者搭建了旋轉單片機測試系統，研究取向硅鋼的磁致伸縮特性。結果表明，樣品的損耗和磁致伸縮隨磁感應強度或磁化方向與軋制方向夾角的增大而增大。當磁感應強度呈橢圓形或菱形變化時，磁致伸縮表現出相似的特性。
有學者對變壓器鐵心硅鋼片在不同退火溫度和機械應力下磁致伸縮的變化趨勢進行了實驗研究。具體內容如下：為了考察退火溫度對磁致伸縮應變的影響，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，得到磁致伸縮應變與磁感應強度的關系。隨著退火溫度的升高，磁致伸縮應變逐漸由正值變為負值，磁致伸縮曲線的單調性發生變化。
針對電機的分析方法主要有經驗法、解析法及有限元法，現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。
一些學者應用二維有限元法研究高速永磁同步電機的磁場。有學者采用多物理場有限元法對永磁同步電機的損耗、溫度和應力進行了研究。有學者分析了電磁力波的特征參數和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論：
圖2變頻電機實驗系統測點位置
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。測試結果表明，在磁感應強度為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；相對磁導率在20時為2000，80時為1800，300時為1500。在1.5T的磁感應強度下，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，沈陽工業大學電氣工程學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及磁致伸縮等數據；以不同溫度、諧波、磁致伸縮下的特性數據為基礎，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，在分析與設計電磁裝置的過程中，應該考慮溫度的影響。。
3)利用無取向硅鋼片在不同溫度和諧波下的磁性能數據，對變頻電機的電磁特性進行了仿真。變頻電機的磁感應強度與20和120下測量的硅鋼片磁感應強度相差0.001T。測試結果表明：隨著頻率的升高，磁感應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?？紤]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強度相差0.0321T。
以上研究成果發表在2020年第22期《電工技術學報》。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。
