工藝對電機效率的影響——退火

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隨著電機設計和制造技術的發展 ,電機的能效標準要求越來越高 ,最新的國際標準是 IE4。就我國當前執行的 IE3 能效標準來說,要提升至 IE4 僅通過優化設計是很難實現的。在我們電機本體設計水平已達極致的情況下后,就需要綜合提高材料性能、制造工藝水平來提高電機的效率。

鐵損是電機損耗的主要成分,它來源于由硅鋼片疊裝而成的電機定、轉子鐵芯。鐵芯是電機的主要構件之一,鐵芯的退火工藝對電機的性能有什么影響呢?

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上圖是某公司做的電機進行退火與不退火性能比較,可以看出退火提升了電機效率及功率因數。為什么退火能提升電機效率及功率因數呢?

第一部分  硅鋼晶體結構

硅鋼的晶體結構是體心立方結構

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第二部分   硅鋼片的生產工藝

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硅鋼是“鋼材中的藝術品",其生產工序多,生產工藝復雜,每一步生產工藝都需要嚴格控制,硅鋼片的主要生產工序包括:熔煉、熱軋、常化、酸洗、冷軋、退火、絕緣涂層、剪裁等。完美的每一步工序才能生產出優質的硅鋼片產品。

第三部分   退火對硅鋼性能的影響晶界,晶粒與晶粒間的接觸面。

1) 晶界處點陣畸變、晶體缺陷 ( 空位和位錯 ) 多 , 內應力大。

2) 在磁化過程中,磁疇在晶界處移動需要更多的能量。

3) 晶界越少 , 磁滯損耗 Ph 和矯頑力 Hc 就越小

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從上圖可以看出不同的熱處理(工藝)會獲得不同的晶粒排布,理想的退火工藝可以促進晶粒長大大和均勻排布,從而減小晶界的面積。

第四部分   沖剪對鐵芯的影響

1) 沖剪邊緣產生塑性變形

2) 沖剪產生內應力

3) 沖剪邊緣晶體結構變差

小功率電機齒部寬度較小,受沖剪應力影響較大,磁感下降也大,使勵磁電流增大。沖片鐵損增大,將直接影響電機效率。小功率電機定、轉子銅耗之和占電機總損耗的絕大部分,鐵耗所占比例較少,因此所增加的損耗對小電機影響較小,而對大功率電機影響較大。

第五部分 退火對電機性能的影響退火的作用:

1) 消除鋼板在沖剪過程中產生的應力

2)使硅鋼片的變形組織經過再結晶退火

3)促使晶粒發生回復→再結晶→長大的變化過程

4)降低鋼中碳的質量分數 ( 最好在 0.003 % 以下 )

基于以上作用,退火后的硅鋼片損耗降低、磁感應強度提高。硅鋼片的損耗降低即減小了電機的鐵損,提升電機效率。磁感應強度提高之后,相同的磁場需要更小的勵磁電流,促使功率因數提高,在一定程度上亦降低了銅耗,提高了電機效率。

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