電機(jī)鐵心預(yù)組裝鐵心損耗測(cè)量技術(shù)的研究（二）——新型測(cè)量技術(shù)

發(fā)布日期：2025-07-28 瀏覽次數(shù)：2625

近年來(lái)鐵心損耗測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步顯著提升了測(cè)量精準(zhǔn)度。這得益于高精度傳感器、寬頻帶電氣設(shè)備的運(yùn)用以及建模技術(shù)的創(chuàng)新。使用形狀接近實(shí)際電機(jī)鐵心的測(cè)試樣本對(duì)確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。例如，使用帶有疊片和定子齒的完整定子鐵心作為測(cè)試樣本，因其經(jīng)歷了所有制造工序，能夠更精確地反映實(shí)際鐵心損耗。

以下是幾種新測(cè)量方法：

槽繞定子鐵心法：通過(guò)在定子背鐵和槽中繞制初級(jí)和次級(jí)繞組，產(chǎn)生交變磁通，測(cè)量定子背鐵中的鐵心損耗。

C形磁化線圈法：利用兩個(gè)C形磁化軛對(duì)定子齒進(jìn)行勵(lì)磁，測(cè)量整個(gè)定子鐵心（包括齒和軛部分）的損耗。

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)法：通過(guò)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)模擬電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁能量轉(zhuǎn)換，測(cè)量鐵心在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下的損耗。

在工業(yè)應(yīng)用方面，鐵心損耗測(cè)量是電機(jī)制造中的關(guān)鍵質(zhì)量保證手段，對(duì)提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。例如，Brockhaus BST-L測(cè)試儀采用C形磁化線圈法，結(jié)合自動(dòng)化和先進(jìn)的控制系統(tǒng)，能夠快速、準(zhǔn)確地測(cè)量定子鐵心的鐵心損耗。該測(cè)試儀可在不同激勵(lì)條件下（如正弦波、脈寬調(diào)制和自由曲線激勵(lì)）進(jìn)行測(cè)量，從而更全面地評(píng)估鐵心損耗。

這些先進(jìn)的鐵心損耗測(cè)量方法和技術(shù)不僅提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性，還能夠更好地反映實(shí)際操作條件下的鐵心損耗。這對(duì)于優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)、提高電機(jī)效率和可靠性具有重要意義。通過(guò)這些方法，可以更有效地識(shí)別和解決制造過(guò)程中對(duì)鐵心損耗的影響，從而提升電機(jī)的整體性能。

先進(jìn)鐵心損耗測(cè)量法在工業(yè)中的應(yīng)用

鐵損測(cè)試在電機(jī)制造中用于質(zhì)量管控，能檢測(cè)鐵心缺陷，如疊片短路。精確測(cè)量鐵損對(duì)電機(jī)高效設(shè)計(jì)和可靠運(yùn)行至關(guān)重要。Brockhaus、Veer Electronics、Phenix Technologies和Jenkins Electric等廠商提供的產(chǎn)品可用于硅鋼及電機(jī)鐵心鐵損特性評(píng)估。以下是部分高級(jí)鐵損測(cè)量方法。

大批量生產(chǎn)的二線感應(yīng)法：在大批量生產(chǎn)中，常采用兩線感應(yīng)法快速測(cè)量鐵心損耗。該方法通過(guò)初級(jí)繞組激勵(lì)鐵心，從次級(jí)繞組測(cè)量感應(yīng)值來(lái)確定鐵心損耗。例如，Veer Core Loss Tester、Brockhaus Split Tester和Lexseco Model 2200等設(shè)備均基于此方法。這些設(shè)備允許初級(jí)和次級(jí)電纜從鐵心一端接入，另一端退出。通過(guò)測(cè)量初級(jí)電流和次級(jí)電壓，可計(jì)算出不同磁感應(yīng)強(qiáng)度下的鐵心損耗。這種方法能快速評(píng)估切割和堆疊過(guò)程后的定子質(zhì)量。

圖1 具有快速換心能力的二線感應(yīng)法

Brockhaus BST-SA和BST-FA的自動(dòng)化技術(shù)：自動(dòng)化技術(shù)在鐵心損耗測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用減少了測(cè)量時(shí)間。Brockhaus BST-SA和BST-FA在自動(dòng)化方面進(jìn)行了改進(jìn)。其BST線圈可分離，便于插入定子鐵心測(cè)試，具備快速更換鐵心的能力。初級(jí)線圈連接交流電源，能產(chǎn)生所需的磁場(chǎng)。與標(biāo)準(zhǔn)電纜測(cè)試儀相比，分體式線圈設(shè)計(jì)固定且繞組配置穩(wěn)定，可進(jìn)行數(shù)值空氣磁通補(bǔ)償，適用于各種定子幾何形狀，測(cè)量精度高。

Brockhaus BST-L的全自動(dòng)化測(cè)量：Brockhaus BST-L是一款全自動(dòng)化鐵心損耗測(cè)量?jī)x。它基于C形磁化線圈法，定制傳感器頭部與XZ掃描系統(tǒng)集成，精確定位；旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和定子夾具可多角度測(cè)量。它能提供完整磁化電路（含傳感器頭部、定子齒和背鐵）的磁性能信息，通過(guò)后處理分析準(zhǔn)確確定功率損耗和B-H特性，實(shí)現(xiàn)齒鐵心損耗的隔離。

圖2 Brockhaus BST-L心損耗測(cè)量系統(tǒng)：(a) 自動(dòng)心耗測(cè)量系統(tǒng) (b)傳感器頭和定子心

圖3 使用BST-L測(cè)試儀測(cè)量齒部和背部的磁通密度分布比較分析與討論

表1對(duì)鐵心損耗測(cè)試方法進(jìn)行了比較。每種測(cè)量方法都有其優(yōu)勢(shì)和局限性。愛(ài)潑斯坦方圈適用于評(píng)估硅鋼薄片質(zhì)量，但不考慮制造效應(yīng)。單片測(cè)試儀提供了更詳細(xì)的材料特性，但需要頻繁重新校準(zhǔn)，并且在容納復(fù)雜形狀方面受到限制。環(huán)形測(cè)試儀在均勻磁化下提供了更準(zhǔn)確的鐵心損耗測(cè)量，考慮了切割、堆疊和粘結(jié)操作對(duì)鐵心材料磁性能的影響。然而，由于電機(jī)鐵心中缺乏結(jié)構(gòu)元件，可能會(huì)低估損耗。

表1 不同測(cè)試方法的比較

目前一些新型測(cè)量技術(shù)如槽繞定子鐵心測(cè)量系統(tǒng)和帶有C形磁化線圈的堆疊定子鐵心測(cè)量等技術(shù)已被引入以提高精度。例如，槽繞定子鐵心測(cè)量系統(tǒng)允許對(duì)定子軛中的鐵心損耗進(jìn)行精確評(píng)估，然而，該方法忽略了由于被動(dòng)磁通路徑和漏磁效應(yīng)導(dǎo)致的定子齒中的損耗。在堆疊定子鐵心測(cè)量中使用C形磁化線圈的創(chuàng)新使得能夠通過(guò)評(píng)估定子鐵心中的磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度變化來(lái)進(jìn)行更詳細(xì)的分析。以上這些方法解決了一些特定問(wèn)題，例如考慮定子齒中的損耗和堆疊鐵心內(nèi)部的非均勻磁通分布，同時(shí)考慮了各種制造工藝的影響，包括切割（例如沖壓、激光切割）、堆疊和粘結(jié)（例如互鎖、焊接）以及退火工藝，并通過(guò)與脈動(dòng)磁通模型結(jié)合的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)模擬來(lái)更好地捕捉AC設(shè)備中的操作條件，并提高鐵心損耗評(píng)估的預(yù)測(cè)能力。不過(guò)值得注意的是，這些新型鐵心損耗測(cè)量技術(shù)雖先進(jìn)，但在應(yīng)用中面臨各向異性效應(yīng)及鐵心形狀復(fù)雜性等挑戰(zhàn)，需精細(xì)調(diào)整以確保測(cè)量可靠。制造商利用高科技硅鋼材料和自動(dòng)化系統(tǒng)，提升鐵心損耗測(cè)量的精準(zhǔn)度與效率。Brockhaus BST-L測(cè)試儀通過(guò)齒部磁化全面分析定子鐵心特性，適用于多種激勵(lì)條件，為優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)、提升效率和可靠性提供支持。

SRM（開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)）因其堅(jiān)固結(jié)構(gòu)、低成本和高性能，在電動(dòng)汽車(chē)（EV）等領(lǐng)域前景廣闊。精確測(cè)量轉(zhuǎn)子鐵心損耗對(duì)優(yōu)化SRM效率極為重要。但SRM的激勵(lì)電流和定子結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)交流電機(jī)差異顯著，導(dǎo)致磁場(chǎng)分布不均且復(fù)雜。傳統(tǒng)測(cè)量方法（如環(huán)形、愛(ài)潑斯坦方框和SST）可能不再適用，需開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的激勵(lì)方法。這可能包括設(shè)計(jì)新的軛形狀、背鐵搜索線圈和獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)激勵(lì)線圈配置。未來(lái)研究應(yīng)聚焦高頻諧波對(duì)鐵心損耗的影響，開(kāi)發(fā)更敏感的測(cè)量技術(shù)來(lái)捕捉其對(duì)電機(jī)和發(fā)電機(jī)效率的顯著影響。同時(shí)，深入研究制造工藝（如退火和粘結(jié)）對(duì)溫度變化的敏感性，以及溫度對(duì)定子和轉(zhuǎn)子鐵心損耗的影響，對(duì)于提升電機(jī)性能至關(guān)重要。此外，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的仿真技術(shù)，結(jié)合非正弦磁化和復(fù)雜激勵(lì)模式，可更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)實(shí)際操作條件下的鐵心損耗。

此外制造商還應(yīng)考慮在測(cè)量?jī)x器中引入更高頻域技術(shù)，以捕捉更廣泛的磁場(chǎng)變化，同時(shí)通過(guò)完全自動(dòng)化系統(tǒng)提高測(cè)量效率和準(zhǔn)確性。這些措施有助于在制造環(huán)境中實(shí)現(xiàn)快速、可靠的鐵心損耗測(cè)量，從而推動(dòng)電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用。

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