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如何检测大型电机定子铁芯铁损?

2021-08-17  浏览次数:7606

对于标准电机制造商,电机用硅钢片的质量特性通过供应商资质控制和材料进货检验进行检验和分析。对于没有核心制造能力和小批量大尺寸电机核心的厂商,可能需要外包解决。为了控制外购铁芯的质量水平,需要通过必要的检测手段对其性能水平进行评估,即对铁芯损耗进行初步判断,以防止不合格产品的意外使用,包括通过铁芯制造过程对铁芯性能的检测和控制。

铁损检测的目的不仅仅是检测材料的性能,还要检测铁芯是否有局部过热。理论上,相邻片铁芯之间的感应电动势与通过定子铁芯磁轭的磁通量成正相关,即磁通量越多,片之间的感应电动势越大,片与片之间短路时涡流产生的损耗越大,也会导致铁芯温度升高。这种温升与铁芯的磁轭高度正相关。当电机铁芯较小时,对电机绕组影响不大。但是对于大型电机来说,这种问题会非常严重,所以在使用前需要进行检测和控制。

常用的方法是用一个励磁线圈和一个测量线圈,调节励磁线圈的电压和匝数,使铁芯磁轭的磁密达到1T,然后测量铁芯的损耗和温升。

从铁芯端部看,励磁线圈和测量线圈应成直角关系。试验时,铁芯应可靠接地,铁芯周围不应有铁磁物质。要配备的仪器包括监测励磁线圈和测量线圈的电压表、励磁线圈电流表和测量损耗的低功率因数功率计。功率计的电流回路与励磁线圈串联,电压回路与测量线圈连接。

测量过程中励磁线圈和测量线圈匝数的选择和励磁电流大小的估算包括铁心净长(径向通风管道尺寸应减小)、铁心磁轭截面、铁心外径、铁心磁轭重量和铁心磁轭高度,以及电源电压和仪表额定电压等。

试验和测量过程涉及参数的选择

根据铁芯的实际参数,计算励磁线圈和测量线圈的匝数,以及励磁线圈的导体直径。具体计算和确定程序包括:

(1)当供电频率为50H,铁芯磁轭处的磁密为1 T时,计算每个线圈的感应电动势e,单位为v,具体计算按照公式(1)进行。

在公式(1)中:

K——铁芯叠片系数根据铁芯实际叠片系数选取;常用的厚度为0.5毫米的冷轧硅钢片的层压系数为0.97-0.98。

L——铁芯总长度,单位为cm;

N——核心径向通风管道编号;

B——铁芯径向通风管道的宽度,单位为厘米;

H——铁芯磁轭高度,单位为厘米。

(2)励磁线圈的匝数N1根据公式(2)计算并四舍五入。

在公式(2)中:

U13354电源电压,单位为v;

E——每个线圈匝感应的电动势根据公式(1)计算。

(3)励磁线圈电流I1根据公式(3)计算,单位为A,可确定

励磁线圈导线的截面,一般采用电机引接线。

式(3)中:

F——铁芯磁密为1T时对应的磁场强度,取值范围3.3-4 A/cm,该数值按照铁芯实际使用的硅钢片牌号对应的磁化曲线选取;

D——铁芯的外圆直径,单位cm;

H——铁芯轭部高度,单位cm,与式(1)中的H相同;

N1——励磁线圈的匝数,由式(2)求得。

(4)测量线圈匝数N2的计算按式(4)计算取整。

式(4)中:

U2 ——测量仪表的额定电压,单位V;

e——每匝线圈感应的电动势,按式(1)计算结果。

试验要求及结果判定

试验时,励磁线圈的电流按照I1选取并通电15分钟,用手在铁芯的齿部、轭部感觉温度的高低,在感觉较高和较低的位置分别同时放置温度计,如果没有明显的温度差异,温度计可以均匀放置。按照每15分钟为间隔读数,试验90分钟结束。读数内容包括励磁电压U0和电流I0、测量电压U2,铁芯温度和环境温度。

对于频率为50Hz的电源,铁芯轭部磁密为1T时,铁芯单位损耗PD按式(5)计算的结果不超过规定牌号硅钢片P10/50保证值的1.3倍即为合格。即:

式(5)中:

PS ——试验结束时对应的损耗值,单位W;

G——铁芯轭部净重,单位kg,G的计算按式(6);

U2 ——测量仪表的额定电压;

U2s——试验结束时对应的测量电压值,单位V。

铁芯轭部净重计算式(6):

式(6)中,S、D、H与本文其他公式中涉及到的代号一致,ρ为硅钢片的密度。

从检测过的铁芯数据分析,质量较好的铁芯,所测得的铁损值一般为P10/50的1.1-1.2倍。对于铁芯温升,温度差按不超过30度控制(质量较好的铁芯温度差小于15度),温升按不高于40-45度控制(质量较好的铁芯温升低于20-25度)。试验过程中,铁芯应不存在因冲片松动而产生的电磁声。

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