硅鋼的案例
電機用電工鋼取向硅鋼片和無取向硅鋼片的區別
與冷軋無取向硅鋼相比，取向硅鋼要比無取向硅鋼鐵損低很多，磁性具有強烈的方向性；在易磁化的軋制方向上具有優越的高磁導率與低損耗特性。取向鋼帶在軋制方向的鐵損僅為橫向的1/3，磁導率之比為6：1，其鐵損約為熱軋帶的1/2，磁導率為后者的2.5倍。
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晶粒的結構不同
取向硅鋼晶粒是有序排列，無取向硅鋼的晶粒是無序排列。無取向硅鋼主要用在電機、壓縮機、大型水輪發電機組等設備的定子和轉子。取向硅鋼一般用在變壓器鐵芯、部分電機。
發電機和變壓器對硅鋼片的要求是一樣的：都是要求鐵損低，磁化特性好，疊片系數高等，但變壓器一般用有取向硅鋼片。發電機用無取向硅鋼片。
展開 變壓器硅鋼片詳解！
冷軋片厚度均勻、表面質量好、磁性較高，因此，隨著工業發展，熱軋片有被冷軋片取代之趨勢（我國已經明確要求停止使用熱軋硅鋼片，也就是前期所說的“以冷代熱”)。
（2）硅鋼片性能指標
A、鐵損低。質量的最重要指標，世界各國都以鐵損值劃分牌號，鐵損越低，牌號越高，質量也高。
B、磁感應強度高。在相同磁場下能獲得較高磁感的硅鋼片，用它制造的電機或變壓器鐵芯的體積和重量較小，相對而言可節省硅鋼片、銅線和絕緣材料等。
C、疊裝系數高。硅鋼片表面光滑，平整和厚度均勻，制造鐵芯的疊裝系數提高。
D、沖片性好。對制造小型、微型電機鐵芯，這點更重要。
E、表面對絕緣膜的附著性和焊接性良好。
F、磁時效G、硅鋼片須經退火和酸洗后交貨。
（一）電工用熱軋硅鋼薄板（GB5212-85）電工用熱軋硅鋼薄板以含碳損低的硅鐵軟磁合金作材質，經熱軋成厚度小于1mm的薄板。電工用熱軋硅鋼薄板也稱熱軋硅鋼片。熱軋硅鋼片按其合硅量可分為低硅（Si≤2.8％）和高硅（Si≤4.8％）兩種鋼片。
（二）電工用冷軋硅鋼薄板（GB2521-88）用含硅0.8％-4.8％的電工硅鋼為材質，經冷軋而成。冷軋硅鋼片分晶粒無取向和晶粒取向兩種鋼帶。冷軋電工鋼帶具有表面平整、厚度均勻、疊裝系數高、沖片性好等特點，且比熱軋電工鋼帶磁感高、鐵損低。用冷帶代替熱軋帶制造電機或變壓器，其重量和體積可減少0％-25％。
若用冷軋取向帶，性能更佳，用它代替熱軋帶或低檔次冷軋帶，可減少變壓器電能消耗量45％-50％，且變壓器工作性能更可靠。用于制造電機和變壓器。
展開 非晶合金與硅鋼使用在變壓器上有何區別
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非晶合金帶材價格是0.23mm3％取向硅鋼的150％，現行市場上，是0.15mm3％取向硅鋼（經過特殊處理）的40％左右。
8
非晶合金退火溫度比硅鋼低。非晶合金退火溫度比硅鋼低，消耗能量小，而且非晶合金磁芯一般由專門生產廠制造。硅鋼磁芯一般由變壓器生產廠制造。
根據以上比較，只要達到一定生產規模，非晶合金在工頻范圍內的電子變壓器中將取代部分硅鋼市場。在400Hz至10kHz中頻范圍內，即使有新的硅鋼品種出現，非晶合金仍將會取代大部分0.15mm以下厚度的硅鋼市場。
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非晶合金退火溫度比硅鋼低。非晶合金退火溫度比硅鋼低，消耗能量小，而且非晶合金磁芯一般由專門生產廠制造。硅鋼磁芯一般由變壓器生產廠制造。
根據以上比較，只要達到一定生產規模，非晶合金在工頻范圍內的電子變壓器中將取代部分硅鋼市場。在400Hz至10kHz中頻范圍內，即使有新的硅鋼品種出現，非晶合金仍將會取代大部分0.15mm以下厚度的硅鋼市場。
值得注意的是，日本正在大力開發FeMB系非晶合金和納米晶合金，其Bs可達1.7～1.8T，而且損耗為現有FeSiB系非晶合金的50％以下，如果用于工頻電子變壓器，工作磁通密度達到1.5T以上，而損耗只有硅鋼工頻變壓器的10％～15％，將是硅鋼工頻變壓器的更有力的競爭者。
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【分析】被忽視的隱患：電力變壓器用可再生硅鋼片鐵心
取向硅鋼130及以下牌號的取向硅鋼主要適用于110千伏及以下電壓等級的變壓器，120牌號可用于220千伏的變壓器，而110及以上牌號的取向硅鋼可用于500千伏或更高電壓等級的變壓器。
除普通的取向硅鋼外，還有高磁感取向硅鋼HiB。HiB取向硅鋼磁化特性優良，能有效降低變壓器的損耗。
鐵心采用國產HiB取向硅鋼30QGl30制造的110千伏變壓器比標準值平均空載損耗降低了44%，平均負載損耗降低了8.1%，并且還大大降低了變壓器的噪音，減少了環境污染。
什么是可再生硅鋼片鐵心，使用可再生硅鋼片鐵心（油片）有哪些安全隱患
可再生鐵心硅鋼片，顧名思義是將原來使用過的大型報廢電力變壓器鐵心拆解后，按需重新剪切加工為一定尺寸的取向硅鋼片，并再次應用到變壓器中，或是利用大型變壓器鐵心鐵軛或芯柱剪切時的三角余料加工成取向硅鋼片。
展開 電機NVH結構仿真 | 硅鋼片層疊效應對電機模態的影響
南京安世亞太公司
電機的定子結構通常是硅鋼片層疊而成，在研究定子動力特性的時候，材料本構的定義對分析結果無疑是非常重要的。將定子的本構模型考慮為各向同性材料還是橫觀各向同性材料，它們對分析結果的影響又是什么樣的？這是值得思考的問題。
橫觀各向同性材料
電機結構的定子或轉子一般由硅鋼片層疊而成，在電機的動力學分析實踐中，工程師往往會把硅鋼片層疊結構的本構模型簡化為各向同性，也就是忽略了層疊效應。相比各向同性，橫觀各向同性本構模型更符合硅鋼片結構的實際情況。設定子層疊方向標記為1，其它兩個方向標記為2和3，則6個材料參數如下，由于G23可由E2(E3)和v23推導得出，所以獨立的材料參數為5個。
在Workbench中的材料參數設置
設層疊方向為X，假設硅鋼材料本身的彈性模量是200GPa，假設層疊方向的彈性模量為150GPa，假設各個方向的泊松比都為0.3，硅鋼材料剪切模量Shear Modulus YZ可按各向同性材料公式計算，其它兩個剪切模量假設為0.9倍硅鋼剪切模量。（材料參數來源于論文數據）
橫觀各向同性本構
設硅鋼的彈性模量為200GPa，泊松比為0.3。
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電機的定子結構通常是硅鋼片層疊而成，在研究定子動力特性的時候，材料本構的定義對分析結果無疑是非常重要的。將定子的本構模型考慮為各向同性材料還是橫觀各向同性材料，它們對分析結果的影響又是什么樣的？這是值得思考的問題。
橫觀各向同性材料
電機結構的定子或轉子一般由硅鋼片層疊而成，在電機的動力學分析實踐中，工程師往往會把硅鋼片層疊結構的本構模型簡化為各向同性，也就是忽略了層疊效應。相比各向同性，橫觀各向同性本構模型更符合硅鋼片結構的實際情況。設定子層疊方向標記為1，其它兩個方向標記為2和3，則6個材料參數如下，由于G23可由E2(E3)和v23推導得出，所以獨立的材料參數為5個。
在Workbench中的材料參數設置
設層疊方向為X，假設硅鋼材料本身的彈性模量是200GPa，假設層疊方向的彈性模量為150GPa，假設各個方向的泊松比都為0.3，硅鋼材料剪切模量Shear Modulus YZ可按各向同性材料公式計算，其它兩個剪切模量假設為0.9倍硅鋼剪切模量。（材料參數來源于論文數據）
橫觀各向同性本構
設硅鋼的彈性模量為200GPa，泊松比為0.3。
展開 技術解析節能型變壓器鐵芯材料
二、硅鋼片的剪切要求
發電機、變壓器、電動機上用的硅鋼片的毛刺對它的電磁性有影響，硅鋼片的毛刺會影響電磁的特性、電機輸出功率、發電機壽命，疊片的時候毛刺會造成片間搭接短路引起漩渦損耗的增加，同時要降低疊片填充系數，所以要保證剪切后的硅鋼片基本上沒有毛刺。硅鋼片經過沖壓剪裁會產生內應力，導致晶粒變形磁導率下降，比鐵損增加，所以要保證消除內應力，保證原有性。硅鋼片在剪切的范圍內不允許帶有材料的表面有絕緣損傷，片料邊緣不能有損傷，因為會影響鐵芯的質量。剪切以后的硅鋼片必須沒有明顯的波浪，否則硅鋼片會嚴重變形，磁疇結構被破壞，損耗會增加。硅鋼下料工作一般在機械壓力機上利用沖壓磨具進行，硅鋼片的沖壓磨具是有凹凸磨具組成，安裝在沖壓機上，將硅片沖壓成電機或變壓器的定子和轉子的鐵芯片上，刃口部分要承受沖擊力、剪切力、彎曲力，同時又受到硅鋼片的擠壓和摩擦，硅鋼片的表面有特殊涂料，這樣又加強了刃口的摩擦和磨損，造成磨具制造間隙過大，當磨具制造間隙過大時，在沖裁的時候硅鋼片會受到擠壓產生變形，沖片的邊沿就會形成毛刺。硅鋼片的沖模的正常失效主要的原因就是刃口的磨損，而且磨具制造的花費高，研制周期長，這就引起了一種新的切割技術的，那就是激光切割。
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硅鋼片經過沖壓剪裁會產生內應力，導致晶粒變形磁導率下降，比鐵損增加，所以要保證消除內應力，保證原有性。硅鋼片在剪切的范圍內不允許帶有材料的表面有絕緣損傷，片料邊緣不能有損傷，因為會影響鐵芯的質量。剪切以后的硅鋼片必須沒有明顯的波浪，否則硅鋼片會嚴重變形，磁疇結構被破壞，損耗會增加。硅鋼下料工作一般在機械壓力機上利用沖壓磨具進行，硅鋼片的沖壓磨具是有凹凸磨具組成，安裝在沖壓機上，將硅片沖壓成電機或變壓器的定子和轉子的鐵芯片上，刃口部分要承受沖擊力、剪切力、彎曲力，同時又受到硅鋼片的擠壓和摩擦，硅鋼片的表面有特殊涂料，這樣又加強了刃口的摩擦和磨損，造成磨具制造間隙過大，當磨具制造間隙過大時，在沖裁的時候硅鋼片會受到擠壓產生變形，沖片的邊沿就會形成毛刺。硅鋼片的沖模的正常失效主要的原因就是刃口的磨損，而且磨具制造的花費高，研制周期長，這就引起了一種新的切割技術的，那就是激光切割。
展開 【科普】變壓器鐵芯的分類介紹
其常用組合如錳鋅(Mn Zn)系列、鎳鋅(Ni Zn)系列及鎂鋅(Mg Zn)系列.此種材具有高導磁率和阻抗性的物性，其使用頻率范圍由1kHz到超過200kHz.
2.低頻類：硅鋼片(LAMINATION)
硅鋼片用于低頻變壓器,其種類很多,按其制作工藝不同可分為A：鍛燒(黑片)、 N：無鍛燒(白片)兩種.按其形狀不同可分為：EI型、UI型、C 型、口型.
口型硅鋼片常在功率較大的變壓器中使用,它絕緣性能好,易于散熱,同時磁路短,主要用于功率大于500~1000W 和大功率變壓器.由兩個C型硅鋼片組成一套硅鋼片稱為CD 型硅鋼片，用CD型硅鋼片制作的電源變壓器在截面積相同的條件下，窗口愈越高，
變壓器功率越大.于鐵芯兩側可以分別安裝線圈，因此變壓器的線圈匝數可分配在兩個
線包上，從而使每個線包的平均匝長較短，線圈的銅耗減小.另外如果把要求對稱的兩個線圈分別繞在兩個線包上，可以達到完全對稱的效果.
由四個C型硅鋼片組成一套硅鋼片稱為ED 型硅鋼片.ED型硅鋼片制成的變壓器外形呈扁寬形，在功率相同的條件下ED 型變壓器比CD 型變壓器矮些，寬度大些，另外由于線圈安裝在硅鋼片中間，有外磁路， 因此漏磁小，對整體干擾小.但是它所有線圈都繞在一個線包上，線包較厚，故平均匝長較長，銅耗較大.
C 型鐵芯性能優異所制作之變壓器體積小、重量輕、效率高，裝配的角度來看，C型硅鋼片零件很少，通用性強，因此生產效率高，但是C型硅鋼片加工工序較多，作較復雜，需用專用設備制造，因而目前成本還較高.
展開 定子鐵心混合疊壓再制造電機的齒槽轉矩分析
傳統電機鐵心材料一般選用冷軋硅鋼片，而非晶合金材料與硅鋼片相比，其加工過程更加環保，且具有更低的鐵心損耗，應用于電機鐵心可以使電機鐵耗顯著降低，從而提高效率。
1 電機參數及混合疊壓方法
1.1 定子材料
原電機所用的硅鋼材料牌號為B35AV1900，所用非晶合金材料牌號為Metglas2605SA1。圖1為由湖南聯眾MATS-2010S軟磁測量裝置測得的硅鋼材料和非晶合金試樣的磁化曲線。對比兩者磁化曲線可知，硅鋼材料的飽和磁通密度（簡稱“磁密”）約為1.80 T，非晶合金的飽和磁通密度約為1.44 T，在相同磁場強度情況下，非晶合金對應的磁通密度小于硅鋼材料的磁通密度。
圖1 硅鋼和非晶合金的磁化曲線
Fig.1 Magnetization curves of silicon steel and amorphous alloy
1.2 電機參數
以一臺8極48槽內置式永磁同步電機為例進行定子混合疊壓再制造。電機的參數見表1。
表1 電機主要參數
Tab.1 Main parameters of motor
1.3 混合疊壓方法
受到原鐵心材料和結構的限制，再制造的電機鐵心性能較差。利用性能優異的非晶材料替換原鐵心，可以顯著降低鐵心的損耗，但非晶材料飽和磁密較小，且成本較高。通過合理選擇材料比例，將非晶材料與硅鋼材料組合使用，既能降低電機損耗、提升電機綜合性能，又能充分利用零部件，降低再制造成本。定子混合疊壓是將不同材料沿電機軸向間隔疊壓制成定子鐵心，規定相同材料的每段疊片段長度相等。再制造時，不同疊片段除材料不同外，鐵心結構與尺寸均相同，并保持與原電機一致。混合疊壓定子見圖2，其中A和B代表不同的材料。
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定子鐵心混合疊壓再制造電機的齒槽轉矩分析
傳統電機鐵心材料一般選用冷軋硅鋼片，而非晶合金材料與硅鋼片相比，其加工過程更加環保，且具有更低的鐵心損耗，應用于電機鐵心可以使電機鐵耗顯著降低，從而提高效率。
1 電機參數及混合疊壓方法
1.1 定子材料
原電機所用的硅鋼材料牌號為B35AV1900，所用非晶合金材料牌號為Metglas2605SA1。圖1為由湖南聯眾MATS-2010S軟磁測量裝置測得的硅鋼材料和非晶合金試樣的磁化曲線。對比兩者磁化曲線可知，硅鋼材料的飽和磁通密度（簡稱“磁密”）約為1.80 T，非晶合金的飽和磁通密度約為1.44 T，在相同磁場強度情況下，非晶合金對應的磁通密度小于硅鋼材料的磁通密度。
圖1 硅鋼和非晶合金的磁化曲線
Fig.1 Magnetization curves of silicon steel and amorphous alloy
1.2 電機參數
以一臺8極48槽內置式永磁同步電機為例進行定子混合疊壓再制造。電機的參數見表1。
表1 電機主要參數
Tab.1 Main parameters of motor
1.3 混合疊壓方法
受到原鐵心材料和結構的限制，再制造的電機鐵心性能較差。利用性能優異的非晶材料替換原鐵心，可以顯著降低鐵心的損耗，但非晶材料飽和磁密較小，且成本較高。通過合理選擇材料比例，將非晶材料與硅鋼材料組合使用，既能降低電機損耗、提升電機綜合性能，又能充分利用零部件，降低再制造成本。定子混合疊壓是將不同材料沿電機軸向間隔疊壓制成定子鐵心，規定相同材料的每段疊片段長度相等。再制造時，不同疊片段除材料不同外，鐵心結構與尺寸均相同，并保持與原電機一致。混合疊壓定子見圖2，其中A和B代表不同的材料。
展開 【分析】非晶合金變壓器對國家電網運行的安全性
突然間硅鋼庫存量越來越大，訂單越來越少，當硅鋼國企們為了市場份額進入撕逼大戰，各家競爭的你死我活的時候，后院失火，非晶合金直接打進了占據大量中底牌號硅鋼的配電變壓器市場，硅鋼國企們還不僅僅就這兩家，首鋼、鞍鋼的取向硅鋼如呱呱墜地的娃，苦逼的剛剛落地時娘的奶水已不足，估計日后營養不良是難免的事。
變壓器鐵心電磁振動仿真及影響因素研究
3 鐵心振動影響因素
大量實驗研究表明，加載勵磁電壓后鐵心振動的大小主要取決于硅鋼片的材料特性，在硅鋼片材料方面主要表現在磁致伸縮增量與等效彈性模量。材料在外加磁場狀態下會發生磁致伸縮應變，且這種應變隨著外界應力載荷變化而變化，直接關系到鐵心的振動大小。同時鐵心在疊片方向上的等效彈性模量也不容忽視，不同的外界載荷條件會使得硅鋼片層間結合面特性發生變化，其疊片方向上的等效彈性模量發生變化，進而間接影響鐵心的振動大小。鐵心的裝配工藝主要改變了鐵心層間夾緊力大小，不同的裝配載荷會改變硅鋼片鐵心的磁致伸縮以及彈性模量，下面分別對這兩種影響因素進行分析。
3. 1 硅鋼片磁致伸縮增量
對鐵心進行夾件裝配夾緊時，硅鋼片主要受到壓應力的影響。以往的研究表明［7］，硅鋼片磁致伸縮幅值隨壓應力變化很大，拉應力對其影響程度很小，壓應力變大，磁致伸縮增長迅速，不同應力條件下的硅鋼片磁致伸縮增量如圖 8 所示。
隨著預緊壓應力增大，磁致伸縮增量比值增大。利用磁致伸縮增量比值修正鐵心材料的磁致伸縮單值曲線，并導入到鐵心結構場中進行分析，計算得到不同磁致伸縮增量條件下鐵心的振動量。
圖 9 所示為鐵心不同磁致伸縮增量條件下鐵心各方向上的振動速度均值。
從圖 9 中可以看出，隨著壓應力增大，鐵心材料的磁致伸縮增量比值逐漸增大，鐵心在各方向上的振動均明顯增大且增速明顯。
3. 2 疊片方向彈性模量
由于鐵心為疊片結構，疊片方向彈性模量遠小于硅鋼片材料屬性。
展開 【探討】10kV干式變壓器之我見——運行中的噪音
（5）變壓器本身的鐵心發出過大的聲響，這是變壓器最主要的噪音來源，干變鐵心所用的材料目前來看主要還是硅鋼片，硅鋼片型號不同，質量也不同，鐵心在導磁過程中會引起硅鋼片的磁致伸縮。
所謂硅鋼片的磁致伸縮就是當鐵心勵磁時，沿磁力線方向硅鋼片的尺寸要增加，而垂直于磁力線方向硅鋼片的尺寸要縮小。當鐵心中磁通密度達到一定數值時，每米長度下的硅鋼片磁致伸縮的尺寸一般為10 -7 ～10 -5 ｍｍ。
磁致伸縮使得鐵心隨著勵磁頻率的變化而周期地振動。鐵心硅鋼片隨著勵磁的工頻電壓會發生100次的磁致伸縮。所以減小因硅鋼片磁致伸縮而引起的噪聲的方法有：
①使用優質硅鋼片。優質硅鋼片的含硅量較高，具有較好的磁致伸縮，磁致伸縮通常用ε 表示，它等于勵磁時硅鋼片片長的變化量與片長的比值：ε ＝ΔＬ／Ｌ。
ε 大小取決于勵磁時硅鋼片中的轉動情況，而冷軋取向硅鋼片可使97％的硅鋼片中的晶粒有最佳方向，故而ε 值較小，有利于降低變壓器噪聲。
②降低鐵心的磁通密度Ｂ。實驗表明，一般磁通密度Ｂ 在1.5-1.8T 范圍內，如果鐵心中的磁通密度Ｂ 降低0.1T，鐵心的噪聲可降低2 -3 個ｄＢ（W），不過這樣會增加變壓器制造成本。
③改變結構。目前多數用的鐵心是疊片式的，搭接部位不好也會增加鐵心的噪音，而最新研制的立體型干式變壓器改變了傳統的平面結構，這種鐵心采用三相對稱立體式結構，采用卷繞方式沒有了搭接，使三相鐵心磁路對稱，三相電壓完全平衡，勵磁電流空載損耗顯著降低，從而使運行噪聲更低。
1.2 變壓器外部結構引起的噪音及解決方法
（1）干式變壓器一般都帶有風機冷卻系統，干式變壓器的異常噪音，也常常是風機系統的故障所引起的。
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