高效电机硅钢片选择与应用研究

在当今的电机产业中，高效电机已成为中小型电机市场的主导力量。特别是在欧美等工业先进国家，节能环保已成为其发展的重要方向，政府通过财政优惠政策等手段，积极推广电动机能效标识，强制推动高效电动机的研发和应用。为了在国际市场上扩大份额，我国电机制造商正努力采用新技术、新工艺、新材料，以提升电机效率。

电动机损耗的分布与功率大小及极数密切相关，因此针对不同功率和极数时的损耗采取相应措施至关重要。在此过程中，导磁性材料的选择尤为关键，它不仅影响定子铜耗、铁耗等性能，还直接影响电动机成本。因此，选择适合高效电机的硅钢片是设计和制造高效电动机的关键，必须慎重选择。

通过对电机用硅钢片电磁性能的对比分析，我们研究了高效电机硅钢片的选择和应用，并通过试验及数据分析，提出了高效电机用硅钢片的选择原则，为高效电机铁心材料的选择提供了参考。安徽皖南电机

硅钢片，又称电工钢片，通过在铁中加入少量硅，可以显著提高材料的电阻率，改善磁老化现象，但同时也增加了材料的脆性，降低了磁感应强度。硅的添加量通常控制在4.5%左右。硅钢片主要用于工频交流电磁器件，如变压器、电机、互感器、开关和继电器的铁心。我国将硅钢片分为热轧和冷轧两种，而国际上则主要分为无取向和晶粒取向硅钢片。

热轧硅钢片是磁性无取向硅钢片，属于硅铁合金。与冷轧片相比，具有材料稳定性好、冲剪应力低、比重小、同板差大等特点。冷轧片属于低硅低碳合金，具有铁损小、磁感高、表面光滑、厚度均匀、同板差小等特点。采用硅钢片代替碳钢板和纯铁制造电机铁心，在历史上是一次巨大的进步，它降低了电机损耗，缩小了电机体积。

目前，小型电机铁心使用无硅钢片代替硅钢片，这是因为现代技术冶炼的无硅钢片与原来的低碳钢板不同，它不仅具有高的磁感应强度，而且具有与硅钢片相近的铁耗。无论是冷轧硅钢片还是无硅钢片，其磁感应强度和损耗对机械应力都非常敏感，因此如何恢复其原有导磁性能和铁耗，是选用硅钢片时应考虑的问题。

在选择高效电机硅钢片时，不能只追求高牌号和低铁损，而应综合考虑。虽然牌号越高，铁损越低，但导磁能力会相对较差，这对于小型电机尤为重要。如图1所示，1.5kW、15kW、150kW三台4极电动机的空载电流与满载电流的比值。

从图1中可以看出，1.5kW电动机中无功电流占定子电流的比例较大，因此空载电流（主要是磁化电流）在满载电流中占了相当大的比例，达到70%左右。皖南电机随着功率的增加，空载电流所占满载电流的比例逐渐减小。

因此，对于功率较小的电机，定子铜耗所占总损耗的比例较大，应优先采用导磁性能好的电工钢片作为定子铁心，这样可以大大降低激磁电流，明显改善铁耗和定子铜耗。而对于功率较大的电机，由于空载电流所占满载电流的比例较小，铁耗在总损耗中已占相当大的比例，选用高导磁的硅钢片对提高效率并不明显，因此降低铁心材料的单位损耗将有助于减少铁耗。

由于电动机设计和制造的原因，电动机试验的铁耗大大超过按钢厂提供的单位铁损值所计算的数值。铁耗增加的原因主要是钢厂的单位铁损值是按Epstein方法对条料试品进行测试，但在材料经过冲剪叠压后，受到很大的应力而使冲片的导磁性能恶化和铁损增加。此外，由于齿槽的存在引起气隙齿谐波磁场在铁心表面引起空载高频损耗，这些都将导致电动机产成后铁耗显著增加。因此，除了选择较低单位铁损的磁性材料外，还需控制叠片压力和采取必要的工艺措施以降低铁耗。

尽管早在2002年底，国家提出要推广冷轧片，即“以冷代热”，但冷轧片的种种弊端（如失效期问题和对机械应力的敏感）对于高效电机的研制始终是个障碍。目前，国内主要高效电机制造厂使用的硅钢片为热轧片，其牌号和相关电磁性能见表1（此性能频率为50Hz）。

该牌号硅钢片属于高硅高碳、密度小、重量轻、材料稳定性好，基本无失效期，冲剪应力远小于冷轧片。皖南电机从表1上看，其低场磁性并不是很好，但对于高效电机而言已经足够了，因为高效电机定子磁密在1.0T～1.5T之间，转子磁密在1.0T～1.6T之间。安徽皖南电机

如果采用冷轧片，要充分发挥其优点，必须解决其冲剪后的机械应力问题。解决冷轧片冲剪应力理论上的方法很多，其中*有效方法是选择合理的退火工艺。皖南电机价格表但目前，该项工艺因受设备和工艺参数的限制，在国内并没有推广，只是在小电机上采用过此工艺。

欧洲小电机制造商曾采用无硅钢片，虽然具有高的磁感应强度和与硅钢片相近的铁耗，但是，它的磁感应强度和铁耗对机械应力很敏感，需要采取合理的工艺来恢复其原有性能。

根据理论介绍和其它电机厂家的试验参数，结合家电出口产品，我们也进行了该项工艺的模拟尝试。由于设备限制，我们只是将冲剪后的硅钢片放在加热炉里，500℃保温了2小时。结果表明，退火后硅钢片的导磁性能恢复较好，铁耗有明显的改善，试验结果见表2。

高效电机效率的实现程度与原材料的选择密切相关，尤其是导磁性材料。高效电机主要围绕降低各项损耗展开工作，而包括铁耗、定子铜耗、转子铜耗、杂耗的设计值与试验值的偏离程度，完全取决于硅钢片的选择是否恰当和铁心制造的质量。