晶粒取向硅钢片铁损劣化工艺系数试验研究
2003-09-29 11:09:24
来源：《国际电子变压器》2003.10
晶粒取向硅钢片铁损劣化工艺系数试验研究
Test Research for Worse Loss Process Factor of Grain-Oriented Silicon Steel Sheet
1 前言
晶粒取向硅钢片是制造变压器铁芯的重要材料之一，随着变压器功率的增大，降低变压器铁损已成为重大问题，已知铁芯损耗增大的原因：如设计问题；硅钢片本身的磁性能差；另一个原因就是在制造加工过程中，会出剪切应力；人为的摔打碰撞等原因，都会使硅钢片内部晶格排列变形引起铁损增大，硅钢片从表面上看好象是很坚固的一种金属材料，其实这种磁性材料尤其是晶粒取向钢，其本身内部晶格结构是很脆弱的，一旦受到外部压力、震动和摔打，其内部有序排列晶格会很敏感的被打乱成无序排列，这时硅钢片本身磁性能就会变差，铁损增大。
2 试样和试验项目
2.1 试样
30±0.2×300±0.5mm，牌号数量为：30RGH120（日产）12付，30ZH120（日产）3付，30Q140（国产）8付，总重量约24Kg，23付试样，每付试样的总质量约1kg，每组牌号的样品取自同一卷材料的中部。
2.2 试验仪器
采用E500磁性材料自动测试装置及25cm爱泼斯坦标准方圈，在双搭接的叠装方法下，相对比较硅钢片经过不同机械加工所引起的铁损变化。
2.3 试验项目
①硅钢片弯曲前后比较试验：取3付试样进行800℃消除应力退火处理，试验P1.5和P1.7值以后在对试样进行人工弯曲，弯曲半径参照铁芯车间叠板过程中的实际情况（R≈100mm和R≈75mm）弯曲后再试验P1.5和P1.7。
②硅钢片板面受各种碾压前后的对比试验：取6付试样分两组，一组经300℃消除应力退火，另一组不退火，已知P1.5、P1.7值的试样。在铁芯车间经受在正常生产中钢片在各种剪切线所应经受的碾压及涂漆送料辊碾压后再测试P1.5和P1.7值。
③取5付经消除应力退火试样且已知P1.5和P1.7值的试样，经受一个予定的正压力（模拟车间剪切守堆放硅钢片的正压力）后再测试P值。
④比较有毛刺与无毛刺对磁性能的影响：取3付已知P1.5和P1.7数值的未经消除应力退火的试样，用小刀及油石将毛刺刮去后复试P1.5和P1.7值。
⑤硅钢片经敲打对损耗的影响：取3付退火试样，模拟插板过程，使硅钢片受到敲打以后测试P1.5和P1.7值。
⑥硅钢片从1米高自由落下摔打对硅钢片的影响：取3付已消除应力退火试样，试样从1米高自由落下前后对其测试其P1.5和P1.7的变化。
3 试验方法
①采用GB/T3655-92国家标准“电工钢片磁、电和物理性能测量方法”。
②总损耗测量得的比总损耗是在给定频率和给定磁极化强度峰值下的值。为了满足磁通波形正弦条件，对于冷轧取向硅钢片，磁极化强度的峰值可达到1.8T；在保证次级感应电压波形系数F=1.111±1%的条件下，测量范围可以扩展。
比总损耗用功率表法测试，线路图见图1。
电源低电阻，容量大于200VA，最大输出电压不小于120V，在测量期间电压和频率的变化不超过0.2%，应用电子反馈保持磁通波正弦，即方圈次级感应电压波形系数F=1.111±1%以内。
由于方圈次级感应电压平均值测量在比总损耗测量中的重要性，所用的平均值电压表等级为0.2%及数字电压表，为保证尽可能小的次级负载，其输入电阻大于1000Ω/V。测量装置输入级的运算放大器，有效值电流表低内阻，准确度等级1级，用来测量方圈初级绕组中有效值电流，监视比总损耗测试时功率表电流表支路不过载。
测量首先用电子天平称量试样的总质量，质量误差要求小于0.1%，然后将被测试样双搭接装入爱泼斯坦方圈内进行退磁，试样在测量前必须经过退磁，退磁场频率50Hz和初始磁场强度峰值必须大于5000A/m，然后进行比总损耗测量每一个点的值。
4 结果与讨论
退火后样品3付用曲率半径R=100时，无塑性形变。P1.5和P1.7没有太大的变化；R=75时有塑性形挠度7×10，P1.5增大4%～6%，平均增大4.7%；P1.7增大4.65%～5.77%，平均增大5.26%。
从表2.1和表2.2可见，用退火后的3付试样，P1.5增大20%～26%，平均增大23.3%；P1.7增大29%～34%，平均增大31.6%。用没退火3付试样，铁损P1.5增大3.1%～4%，平均增大3.7%；铁损P1.7增大3.08%～5.7%，平均增大3.98%。
去毛刺后P1.5下降2.1～2.6%，平均下降2.3%；P1.7下降1.6～3.5%，平均下降2.5%。
模拟敲打后，P1.5增大3.8～8%，平均增大6.46%；P1.5增大4.3～8.7%，平均增大6.5%。
自由落下后，P1.5增大3.36～4.49%，平均增大3.8%；P1.7增大10～10.7%，平均增大10.4%。
5 结语
①通过上述试验研究，我们看到硅钢片的磁性非常活跃，尤其是Hi-B硅钢片一旦遇到外部劣化的影响，其硅钢片内部晶格马上畸变，铁损就会增大。通过试验我们看出由于机械加工及人为的外部因素使硅钢片铁损劣化，有时会使铁损增大3.08%～31.6%。
②要让全体员工经常学习硅钢片有关结构和磁性能，做到轻吊轻放，轻拿轻放，只有做到这一点在加工制造中劣化系数就会降低。
③机械设备及剪切线对硅钢片铁损增大的原因有：辊刀刃不快，间隙大，会造成毛刺过大；走料压辊过紧，会使钢片弯曲变形，受应力；冲孔模具要经常检查避免一侧毛刺大大，由于冲孔一侧毛刺大会使整个铁芯短路。■
Test Research for Worse Loss Process Factor of Grain-Oriented Silicon Steel Sheet
1 前言
晶粒取向硅钢片是制造变压器铁芯的重要材料之一，随着变压器功率的增大，降低变压器铁损已成为重大问题，已知铁芯损耗增大的原因：如设计问题；硅钢片本身的磁性能差；另一个原因就是在制造加工过程中，会出剪切应力；人为的摔打碰撞等原因，都会使硅钢片内部晶格排列变形引起铁损增大，硅钢片从表面上看好象是很坚固的一种金属材料，其实这种磁性材料尤其是晶粒取向钢，其本身内部晶格结构是很脆弱的，一旦受到外部压力、震动和摔打，其内部有序排列晶格会很敏感的被打乱成无序排列，这时硅钢片本身磁性能就会变差，铁损增大。
2 试样和试验项目
2.1 试样
30±0.2×300±0.5mm，牌号数量为：30RGH120（日产）12付，30ZH120（日产）3付，30Q140（国产）8付，总重量约24Kg，23付试样，每付试样的总质量约1kg，每组牌号的样品取自同一卷材料的中部。
2.2 试验仪器
采用E500磁性材料自动测试装置及25cm爱泼斯坦标准方圈，在双搭接的叠装方法下，相对比较硅钢片经过不同机械加工所引起的铁损变化。
2.3 试验项目
①硅钢片弯曲前后比较试验：取3付试样进行800℃消除应力退火处理，试验P1.5和P1.7值以后在对试样进行人工弯曲，弯曲半径参照铁芯车间叠板过程中的实际情况（R≈100mm和R≈75mm）弯曲后再试验P1.5和P1.7。
②硅钢片板面受各种碾压前后的对比试验：取6付试样分两组，一组经300℃消除应力退火，另一组不退火，已知P1.5、P1.7值的试样。在铁芯车间经受在正常生产中钢片在各种剪切线所应经受的碾压及涂漆送料辊碾压后再测试P1.5和P1.7值。
③取5付经消除应力退火试样且已知P1.5和P1.7值的试样，经受一个予定的正压力（模拟车间剪切守堆放硅钢片的正压力）后再测试P值。
④比较有毛刺与无毛刺对磁性能的影响：取3付已知P1.5和P1.7数值的未经消除应力退火的试样，用小刀及油石将毛刺刮去后复试P1.5和P1.7值。
⑤硅钢片经敲打对损耗的影响：取3付退火试样，模拟插板过程，使硅钢片受到敲打以后测试P1.5和P1.7值。
⑥硅钢片从1米高自由落下摔打对硅钢片的影响：取3付已消除应力退火试样，试样从1米高自由落下前后对其测试其P1.5和P1.7的变化。
3 试验方法
①采用GB/T3655-92国家标准“电工钢片磁、电和物理性能测量方法”。
②总损耗测量得的比总损耗是在给定频率和给定磁极化强度峰值下的值。为了满足磁通波形正弦条件，对于冷轧取向硅钢片，磁极化强度的峰值可达到1.8T；在保证次级感应电压波形系数F=1.111±1%的条件下，测量范围可以扩展。
比总损耗用功率表法测试，线路图见图1。
电源低电阻，容量大于200VA，最大输出电压不小于120V，在测量期间电压和频率的变化不超过0.2%，应用电子反馈保持磁通波正弦，即方圈次级感应电压波形系数F=1.111±1%以内。
由于方圈次级感应电压平均值测量在比总损耗测量中的重要性，所用的平均值电压表等级为0.2%及数字电压表，为保证尽可能小的次级负载，其输入电阻大于1000Ω/V。测量装置输入级的运算放大器，有效值电流表低内阻，准确度等级1级，用来测量方圈初级绕组中有效值电流，监视比总损耗测试时功率表电流表支路不过载。
测量首先用电子天平称量试样的总质量，质量误差要求小于0.1%，然后将被测试样双搭接装入爱泼斯坦方圈内进行退磁，试样在测量前必须经过退磁，退磁场频率50Hz和初始磁场强度峰值必须大于5000A/m，然后进行比总损耗测量每一个点的值。
4 结果与讨论
退火后样品3付用曲率半径R=100时，无塑性形变。P1.5和P1.7没有太大的变化；R=75时有塑性形挠度7×10，P1.5增大4%～6%，平均增大4.7%；P1.7增大4.65%～5.77%，平均增大5.26%。
从表2.1和表2.2可见，用退火后的3付试样，P1.5增大20%～26%，平均增大23.3%；P1.7增大29%～34%，平均增大31.6%。用没退火3付试样，铁损P1.5增大3.1%～4%，平均增大3.7%；铁损P1.7增大3.08%～5.7%，平均增大3.98%。
去毛刺后P1.5下降2.1～2.6%，平均下降2.3%；P1.7下降1.6～3.5%，平均下降2.5%。
模拟敲打后，P1.5增大3.8～8%，平均增大6.46%；P1.5增大4.3～8.7%，平均增大6.5%。
自由落下后，P1.5增大3.36～4.49%，平均增大3.8%；P1.7增大10～10.7%，平均增大10.4%。
5 结语
①通过上述试验研究，我们看到硅钢片的磁性非常活跃，尤其是Hi-B硅钢片一旦遇到外部劣化的影响，其硅钢片内部晶格马上畸变，铁损就会增大。通过试验我们看出由于机械加工及人为的外部因素使硅钢片铁损劣化，有时会使铁损增大3.08%～31.6%。
②要让全体员工经常学习硅钢片有关结构和磁性能，做到轻吊轻放，轻拿轻放，只有做到这一点在加工制造中劣化系数就会降低。
③机械设备及剪切线对硅钢片铁损增大的原因有：辊刀刃不快，间隙大，会造成毛刺过大；走料压辊过紧，会使钢片弯曲变形，受应力；冲孔模具要经常检查避免一侧毛刺大大，由于冲孔一侧毛刺大会使整个铁芯短路。■
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