成德明（浙江富春江水電設(shè)備有限公司，浙江 桐廬 311054）

對(duì)發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)比損耗值的計(jì)算分析

成德明
（浙江富春江水電設(shè)備有限公司，浙江 桐廬 311054）

摘要：自2005年全國(guó)旋轉(zhuǎn)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)首次起草GB/T20835-2007《發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)導(dǎo)則》開始，直到最近對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)重新修訂，對(duì)定子鐵心比損耗值是否列入質(zhì)量判據(jù)，以及比損耗值限值取何值這兩個(gè)問題一直存有爭(zhēng)議。本文依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)此作些計(jì)算、分析，并提出了作為水輪發(fā)電機(jī)定子鐵心質(zhì)量判據(jù)的適宜的比損耗限值。

關(guān)鍵詞：鐵心磁化試驗(yàn)；硅鋼片；定子鐵心比損耗

1　引言

自2005年全國(guó)旋轉(zhuǎn)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)首次起草GB/T20835-2007《發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)導(dǎo)則》開始，直到最近對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)重新修訂，對(duì)定子鐵心比損耗值是否列入質(zhì)量判據(jù)、比損耗值限值取何值這兩個(gè)問題一直存有爭(zhēng)議。本文依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)此做些計(jì)算、分析，便于大家參考。

2　發(fā)電機(jī)定子鐵心比損耗判據(jù)的早期出處

在《水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算》[1]一書中，有對(duì)定子鐵損試驗(yàn)的規(guī)定：

式中：

在GB/T20835-2007《發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)導(dǎo)則》[2]的附錄A（資料性附錄）中，有：

由于這里的“標(biāo)準(zhǔn)比損耗”沒有明確的定義，工程實(shí)踐中，大家常常把硅鋼片生產(chǎn)廠家提供的相應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度下的比損耗典型值理解為“標(biāo)準(zhǔn)比損耗”，參見表1中的“L+C”列中的數(shù)據(jù)。

表150W270的比損耗

表150W270的比損耗

B/T 　L+C*1　L*2　C*30.7 　0.572 　0.464 　0.661比損耗P/W/kg 0.8 　0.717 　0.587 　0.82 0.9 　0.877 　0.725 　0.995 1 　1.05 　0.885 　1.191 1.1 　1.245 　1.065 　1.393 1.2 　1.469 　1.275 　1.632 1.3 　1.729 　1.52 　1.913 1.4 　2.069 　1.831 　2.263 1.5 　2.462 　2.182 　2.697 1.6 　2.827 　2.585 　3.054 1.7 　3.182 　2.931 　3.373

注：*1，組成愛潑斯坦方圈的硅鋼片一半平行于軋制方向（亦稱縱向），一半垂直于軋制方向（亦稱橫向）。

*2，組成愛潑斯坦方圈的全部硅鋼片平行于軋制方向。

*3，組成愛潑斯坦方圈的全部硅鋼片垂直于軋制方向。

3　硅鋼片的種類及特性

硅鋼片從軋制工藝上分有冷軋和熱軋，從磁性能的方向性分類有有取向和無取向。

為了分析方便，以冷軋無取向硅鋼片50W270的數(shù)據(jù)為依據(jù)分析。

取向硅鋼片在沿軋制方向的磁性能大大優(yōu)于垂直于軋制方向的磁性能，對(duì)于無取向硅鋼片在沿軋制方向和垂直于軋制方向的磁性能上的差異，大家可能不是太清楚，往往認(rèn)為，既然是無取向硅鋼片，兩個(gè)方向上的磁性能應(yīng)該是相同的。查閱有關(guān)資料可知，其實(shí)，即使是無取向硅鋼片，其沿軋制方向的磁性能還是高于垂直于軋制方向的磁性能一定的數(shù)值。這里以硅鋼片的50Hz下的比損耗和磁感應(yīng)強(qiáng)度的相互關(guān)系為例，見表1。

一般，硅鋼片制造廠家提供的磁化特性曲線、鐵損曲線均是用GB/T3655-2008[3]規(guī)定的愛潑斯坦方圈法測(cè)量得到。而且，對(duì)于無取向硅鋼片，組成愛潑斯坦方圈的硅鋼片一半平行于軋制方向，一半垂直于軋制方向。即，表1中的“L+C”列的數(shù)據(jù)。

4　硅鋼片比損耗實(shí)際可能值與典型值的區(qū)別

在GB/T2521-2008[4]中規(guī)定，硅鋼片比總損耗保證值以磁極化強(qiáng)度為1.5T和（或）1.7T時(shí)的比總損耗為依據(jù)。（注1，這里的“磁極化強(qiáng)度”在GB/T 2521-1996中叫“磁感應(yīng)強(qiáng)度”，本文對(duì)此概念未作區(qū)分；注2，這里的“比總損耗”以前叫“比損耗”，本文對(duì)此概念也未作區(qū)分。）該國(guó)標(biāo)未對(duì)1.0T、1.4T時(shí)的硅鋼片比總損耗的保證值作規(guī)定。

從表1中“L+C”列的數(shù)據(jù)可知，50W270的1.5T時(shí)的比損耗典型值是：15/50=2.462W/kg，而保證值為2.70W/kg，為典型值的1.10倍。

由于廠家不提供1.0T時(shí)的比總損耗保證值，只提供此時(shí)的典型值。我們不妨按同樣的比率來求取1.0T時(shí)實(shí)際可能的比損耗值，亦即，以50W270為例，1.0T時(shí)實(shí)際可能的比損耗值可以以1.0T時(shí)的比損耗典型值×1.10來計(jì)算。

5　在大中型水輪發(fā)電機(jī)和大中型汽輪發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用

5.1水輪發(fā)電機(jī)和汽輪發(fā)電機(jī)使用硅鋼片上的差異

一般，汽輪發(fā)電機(jī)定子扇形片按其中心齒與硅鋼片軋制方向垂直進(jìn)行沖制，水輪發(fā)電機(jī)定子扇形片按其中心齒與硅鋼片軋制方向一致進(jìn)行沖制。

引起上述使用硅鋼片差異的主要原因在于兩種發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁極數(shù)量的不同。汽輪發(fā)電機(jī)的磁極數(shù)較少，一般為2極、4極；水輪發(fā)電機(jī)大多在8極以上。

5.2發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)方法及需要關(guān)注的問題

發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)，習(xí)慣上稱鐵損試驗(yàn)，具體試驗(yàn)方法參見GB/T20835-2007《發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)導(dǎo)則》，這種試驗(yàn)方法被廣泛使用。使用這種方法時(shí)，有以下幾點(diǎn)值得關(guān)注：

（1）試驗(yàn)時(shí)，勵(lì)磁繞組和測(cè)量繞組包繞定子鐵心軛部，經(jīng)過齒部的磁通對(duì)于試驗(yàn)所計(jì)量的磁通來說是漏磁通。該漏磁通也會(huì)產(chǎn)生損耗。

（2）由于定子結(jié)構(gòu)上的原因，可能需要?jiǎng)?lì)磁繞組、測(cè)量繞組把定子機(jī)座、齒壓板等也包繞在內(nèi)。

從上述兩方面來看，試驗(yàn)得到的鐵心損耗主要是軛部損耗，也包括齒部漏磁通損耗、定子機(jī)座漏磁通損耗、齒壓板漏磁通損耗等。而定子機(jī)座漏磁通損耗、齒壓板漏磁通損耗在機(jī)組運(yùn)行中并不會(huì)出現(xiàn)，所以，工程實(shí)踐中，如果對(duì)發(fā)電機(jī)鐵心比損耗有要求，常常要估算并剔除定子機(jī)座漏磁通損耗、齒壓板漏磁通損耗這兩部分損耗，以更準(zhǔn)確地計(jì)算發(fā)電機(jī)鐵心比損耗。

6　按GB/T20835-2007折算的比損耗值的比較

6.1汽輪發(fā)電機(jī)與水輪發(fā)電機(jī)

假定汽輪發(fā)電機(jī)采用50W270硅鋼片，定子扇形片按其中心齒與硅鋼片軋制方向垂直進(jìn)行沖制，若試驗(yàn)時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度=1.3T，則按照GB/T 20835-2007規(guī)定的折算式（這里假設(shè)其他因數(shù)不需折算，下同），折算到1.4T時(shí)的比損耗：

由于定子扇形片按其中心齒與硅鋼片軋制方向垂直進(jìn)行沖制，其軛部磁通的方向和硅鋼片軋制方向基本一致，所以，上式中'13/50采用了表1中L列數(shù)據(jù)。（表1是材料本身的數(shù)據(jù)，實(shí)際定子的測(cè)量值高于該值。下同。）

可見，折算到1.4T時(shí)的比損耗是50W270硅鋼片1.4T時(shí)典型值2.069（表1中“L+C”列數(shù)據(jù)）的0.852倍。

水輪發(fā)電機(jī)定子扇形片按其中心齒與硅鋼片軋制方向一致進(jìn)行沖制，假定采用50W270硅鋼片，若試驗(yàn)時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度=0.9T，則按照GB/T20835-2007規(guī)定的折算式，折算到1.0T時(shí)的比損耗：

由于定子扇形片按其中心齒與硅鋼片軋制方向一致進(jìn)行沖制，其軛部磁通的方向和硅鋼片軋制方向基本垂直，所以，上式中9/50采用了表1中C列數(shù)據(jù)。

可見，折算到1.0T時(shí)的比損耗是50W270硅鋼片1.0T時(shí)典型值1.05（表1中“L+C”列數(shù)據(jù)）的1.17倍。

由于兩種發(fā)電機(jī)定子沖片的沖制方向不一致，試驗(yàn)得出的定子鐵心比損耗將有相當(dāng)大的差異。也就是說，對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)來說，鐵心比損耗較容易滿足GB/T20835-2007附錄A（資料性附錄）中判據(jù)要求。

6.2比損耗實(shí)際可能值與典型值的區(qū)別

按1.5T時(shí)的典型值與保證值同樣的比率來求取1.0T、1.4T時(shí)實(shí)際可能的比損耗值，亦即，以50W270為例，1.0T時(shí)實(shí)際可能的比損耗值可以以1.0T時(shí)的比損耗典型值×1.10來計(jì)算；1.4T時(shí)實(shí)際可能的比損耗值可以以1.4T時(shí)的比損耗典型值×1.10來計(jì)算。對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)，則有：

是50W270硅鋼片1.4T時(shí)典型值2.069的0.937倍。

對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)，則有：

是50W270硅鋼片1.0T時(shí)典型值1.05的1.29倍。

6.3結(jié)論

從上述分析、計(jì)算可知，對(duì)于定子扇形片，按其上的中心齒與硅鋼片軋制方向一致進(jìn)行沖制的水輪發(fā)電機(jī)定子鐵心來說，即使使用材料本身的數(shù)據(jù)，定子鐵心比損耗1值也已經(jīng)達(dá)到了所用硅鋼片比損耗典型值的1.17～1.29倍。即：

可見，GB/T20835-2007《發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)導(dǎo)則》的附錄A（資料性附錄）中，水輪發(fā)電機(jī)定子鐵心比損耗1的限值：，這一要求是偏高的。

7　總結(jié)

（1）確定發(fā)電機(jī)定子鐵心比損耗限值前，需要掌握所使用硅鋼片的種類及性能，以及獲得該性能所對(duì)應(yīng)的條件。參見GB/T2521-2008《冷壓取向和無取向電工鋼帶（片）》。

（2）發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)時(shí)，主磁通沿定子鐵心軛部分布。對(duì)于定子扇形片沖制方向?yàn)楣桎撈v向的水輪發(fā)電機(jī)，用硅鋼片橫向的比損耗來計(jì)算鐵心損耗較為接近實(shí)際情況。

（3）對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)定子鐵心，由于即使使用材料本身的數(shù)據(jù)，定子鐵心比損耗1值也已經(jīng)達(dá)到了所用硅鋼片比損耗典型值的1.17～1.29倍。即：1.1710/50～1.2910/50。所以，如果要把水輪發(fā)電機(jī)定子鐵心比損耗1作為質(zhì)量判據(jù)，宜把限值設(shè)定為：1≤1.4510/50。

（這里P10/50為硅鋼片制造廠提供的比損耗典型值，對(duì)于50W270硅鋼片，10/50值為1.05W/kg。）

參考文獻(xiàn)：

[1]白延年．水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1982：800-803．

[2]GB/T20835-2007．發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)導(dǎo)則[S]．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007．

[3]GB/T3655-2008．用愛潑斯坦方圈測(cè)量電工鋼片(帶)磁性能的方法[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009．

[4]GB/T2521-2008．冷壓取向和無取向電工鋼帶(片)[S]．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008．

中圖分類號(hào)：TV734.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-5387（2015）03-0031-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.03.009

收稿日期：2014-12-04

作者簡(jiǎn)介：成德明（1963-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事水電設(shè)計(jì)開發(fā)及管理工作。