STUDY ON REDUCING THE CORE LOSS OF GRAIN ORIENTED SILICON STEEL AND IMPROVING ITS AGING PROPERTY BY LASER NITRIDING TECHNIQUE IN ATMOSPHERIC AMBIENT

CW-CO2 laser nitriding technique was applied to improve the properties （such as aging property and the core loss） of grain oriented silicon steel. The samples were nitrided with regular space. Laser power density and scanning speed were chosen as 7.8×10^5W·cm^-2 and 100mm·min^-1. By some laser irradiation, Fe4N and Fe3N were formed in the nitrided zone. The nitrided samples were annealed at the temperatures ranged from 100 to 90℃. The core loss of some interested samples was tested. The results show that the core loss of the nitrided samples with different thickness of 0.23 and 0.30mm decreased by 14.9% and 9.4% respectively, and the aging property were improved up to 800℃. The mechanism of laser nitriding to improve the properties of grain oriented silicon steel is discussed.

非晶合金-取向硅钢组合铁心结构设计及其磁-振动特性分析

非晶合金和取向硅钢是制作配电变压器铁心常用的两种软磁材料,各有优劣。采用非晶合金-取向硅钢组合铁心结构可以综合两者的优势。该文以非晶合金和取向硅钢铁心并排的组合结构为基础,选取组合铁心的取向硅钢占比和尺寸参数为自由变量,提出一种基于自由参数扫描法的组合铁心结构设计方法。首先,根据非晶合金-取向硅钢组合铁心结构特点,建立组合铁心的等效双非线性磁路模型;其次,采用磁路法迭代求解组合铁心的磁通密度分布,并制定组合铁心的结构设计流程;最后,根据结构设计结果制作了组合铁心的实验模型,采用实验和有限元仿真结合的方法分析了其磁-振动特性,验证了所提设计方法的准确性,并与传统纯非晶合金和纯取向硅钢铁心进行对比分析,阐述了组合铁心的优势。

考虑磁滞效应的非晶合金-取向硅钢组合铁心双非线性励磁特性研究

非晶合金-取向硅钢组合铁心可以综合传统纯非晶合金和纯取向硅钢铁心的优势,在配电变压器领域具有广阔的应用前景。对含有2种非线性软磁材料的组合铁心励磁特性进行分析是实现其结构优化设计的前提。首先,建立组合铁心在开路励磁条件下的等效电路模型,并根据基尔霍夫第二定律列写其回路电压方程;其次,根据组合铁心的结构特点建立其等效双非线性磁路模型,并基于安培环路定律和磁通连续性原理列写其磁路方程;再次,根据导数变换将磁路方程耦合至回路电压方程中的电动势项,并采用Jiles-Atherton磁滞模型表征非晶合金和取向硅钢的非线性磁化特性,从而建立考虑磁滞效应的组合铁心双非线性电路-磁路耦合模型;最后,基于该耦合模型,求解组合铁心的励磁电流、磁通密度分布和空载损耗,通过与实测结果进行对比,验证所提方法的准确性。

取向硅钢细化磁畴技术研究进展

细化磁畴技术是取向硅钢生产过程中重要的技术手段之一,可有效降低带材损耗。介绍了取向硅钢损耗的影响因素、细化磁畴降低铁损的原理,同时对两种类型细化磁畴技术的原理和研究现状进行了综述。非耐热型细化磁畴技术相对成熟稳定,已实现工业应用。耐热型细化磁畴技术目前被少数企业所垄断,国内仅宝钢掌握大功率激光刻痕细化磁畴技术,而其他耐热型细化磁畴技术更多处于实验室研发阶段,无法应用于工业生产。在能源结构调整、电工装备要求不断提升的背景下,对耐热型取向硅钢提出了更多的需求,未来耐热型细化磁畴技术将成为取向硅钢细化磁畴技术的一个重点研究方向。

基于数据融合的磁致伸缩位移校正方法

针对换流变压器实际运行过程中铁芯振动信号高次谐波分量的测量准确性问题,提出一种数据校正方法,利用加速度传感器的高频敏感性特点,结合多传感器数据融合的卡尔曼滤波(KF)算法,对高频位移信号进行校正。通过分解换流变压器实际激励信号,同时搭建并改进单片硅钢片磁致伸缩特性测量实验平台,进而对不同激励下信号进行同步采集和数据融合。利用卡尔曼滤波将数据融合,并对融合前后的高频位移信号各分量占比以及信噪比进行计算对比。模拟换流变压器实际工作条件,在250Hz和350Hz单独激励时,数据融合后的位移信号的信噪比在其4倍频处分别提升7.6%、11.7%,在6倍频处的信噪比分别提升为9.5%、22.9%。实验结果表明,该方法提高了高频位移信号的测量准确性,有效地解决了传统位移传感器在高频测量方面的局限性。

激光刻痕工艺对取向硅钢铁损降幅影响规律研究

以0.27 mm规格高磁感取向硅钢为研究对象,研究了激光刻痕功率、刻痕频率、刻痕速度及刻痕间距等参数对取向硅钢铁损降幅及磁畴结构的影响。结果表明,不同工艺刻线形貌及磁畴结构存在差异性,其中低刻痕功率、高刻痕频率和刻痕速度下,刻线呈现浅轻形貌,磁畴呈不均匀散乱分布。该牌号优化刻痕工艺参数为:刻痕功率30%、刻痕频率50 kHz、刻痕速度500 mm/s、刻痕间距5 mm,磁畴细化效果好,相应铁损降幅达9.47%。此外,在激光刻痕参数交互作用下,铁损降幅随激光能量密度增大而显著增加,但激光能量过大会加剧破坏取向硅钢应力涂层,不利于磁畴细化和提高铁损降幅。

基于热力耦合模型与原料退火模拟实验的立体卷铁心退火工艺优化

退火热处理是减小立体卷铁心(卷铁心)残余应力和降低空载损耗的必要手段。实际退火过程中,无法实时测量卷铁心内部温度和应力分布,难以准确制定退火工艺。根据卷铁心的材料特性和卷取工艺,建立了卷铁心的各向异性热力耦合模型,开展了卷铁心原料的退火模拟实验,获得了取向硅钢片的最优退火周期;基于卷铁心温度和实验结果,优化了退火周期,使退火时间缩短了约600 min;分析了应力、塑性应变与炉温间的关联性,并给出了卷铁心退火工艺的优化方案。

立体卷铁心的单框损耗测量试验及验证

立体卷铁心变压器因其铁心具有独特的三相对称结构,具有损耗小、重量轻和散热效果好等优点。由于铁心结构和硅钢片的非线性导致铁心磁场中存在较强的3次谐波,使每个铁心单框处于非正弦激励状态,因此采用市电作电源无法直接测量立体卷铁心的单框损耗。本文通过建立立体卷铁心的三维有限元分析模型,分析了立体卷铁心的磁场分布特征,以此为基础测量并获取立体卷铁心单框的非正弦激励电压,并提出了一种快速测量立体卷铁心单框损耗的试验方法,验证了试验方法的有效性。

新能源汽车驱动电机用无取向硅钢性能分析

使用ANSYS Maxwell和ANSYS Workbench软件对武钢DW系列无取向硅钢片进行磁性能与力学仿真分析。电磁仿真结果表明:0.35 mm硅钢片较0.50 mm硅钢片高频铁损最大降低了48.9%,电机平均效率可提升0.8%。说明采用薄规格硅钢可显著降低铁心损耗并明显提升电机效率,而相同厚度硅钢对电机效率影响不大。力学仿真结果表明,不同厚度硅钢片转子最大应力均为磁桥处,且随着转速提高而显著提高,当转速大于12 000 r/min时,转子最大应力与转速呈2.06次方关系;同时,当磁桥宽度小于1.6 mm且逐渐减小时,最大应力值显著增加。综上可知,使用薄规格、高强无取向硅钢可满足电机高效率、高转速发展要求。本研究可为新能源驱动电机用无取向硅钢研发和电机结构优化设计提供一定参考。

抽水蓄能电站主变压器故障分析方法及其应用

抽水蓄能变压器工况切换频繁,故而对其抗振性能、抗短路能力以及耐受过电压能力均有较高要求。讨论了抽水蓄能电站主变压器故障的分析方法并将其应用于两起抽水蓄能电站发生的变压器故障的分析与处理,并由此解析了这两起抽水蓄能变压器故障的不同原因,总结了抽水蓄能变压器设计制造及运行维护中的一些必须注意的问题。

基于硅钢叠铁心方形铁心轭结构能效变压器的设计和结构研究

变压器制造材料主要由铁心、绕组、变压器油以及钢板等组成。现有变压器制造企业的硅钢叠铁心变压器的铁心柱和铁心轭均采用类圆形(圆形、长圆形、椭圆形)结构,制造材料成本较高。因此,提出一种基于硅钢叠铁心方形铁心轭结构能效变压器的设计和结构研究方案,即增大铁心轭的截面,减小铁心柱的截面,减少绕组所用铜线的长度,减小绕组所用铜线的截面积,达到在变压器各种性能指标及制造企业制造工艺相同的情况下降低制造企业变压器制造材料成本的目的。在不改变绕组结构的基础上,通过硅钢叠铁心方形铁心轭结构能效变压器的结构研究,大幅增强变压器的抗轴向短路能力,以增强变压器制造企业的市场竞争力,提升变压器产品的运行稳定性。

立体卷铁心退火炉内热过程数学模型与实验验证

文章建立了立体卷铁心在退火过程中的温度预测模型,模拟了退火过程卷铁心内部温度变化规律。通过埋偶实验的方法,对立体卷铁心在退火过程中的温度演变进行了实验测量。立体卷铁心温度的模型预测计算值与实测值的对比表明:在退火核心阶段,模型预测精度在2.5%以内的命中率达98%。所建的立体卷铁心退火热过程模型能够对不同装炉工况进行模拟,为立体卷铁心退火过程的可视化和工艺优化奠定了理论基础。

高频高磁密时叠置硅钢片的铁芯损耗计算式改进

已有的铁芯损耗计算式并未考虑高频高磁密时频率和磁密对损耗系数的影响。为解决该问题,提出了一种改进的铁芯损耗计算式。基于几种典型硅钢片的出厂原始数据,以及通过构建的新型3维磁特性测试系统实验所得的宽频铁耗数据,采用改进计算式研究了涡流集肤效应和动态磁滞回线对损耗系数的影响。在此基础上绘制出新的铁芯损耗曲线,并与实测数据进行了比较。结果表明:采用该计算式所得铁耗与实测数据具有很好的一致性,该方法能显著提高计算精度,使最大误差由35%降低到10%以下;同时验证了在高频高磁密时,损耗系数应当随着频率和磁密的变化而变化。

正弦及谐波激励下的铁心损耗计算方法改进及仿真应用

电力电子设备的大量使用导致铁心绕组的激励谐波含量增加,给铁心损耗的计算带来了一定困难。为了准确计算铁心损耗,首先对比分析了三种铁心损耗计算模型,并基于Bertotti损耗模型,引入磁滞损耗变量中磁感应强度的高次项,提高了磁滞损耗的拟合精度;其次,利用单片测试仪对硅钢片在正弦及谐波激励下的损耗特性进行测量,并分析了三种损耗模型拟合精度;最后,考虑到实际变压器叠片铁心与硅钢片磁特性的不同,搭建了一台产品级叠片铁心模型,测量其在正弦及谐波激励下的损耗,并采用磁场有限元软件MagNet进行仿真,基于仿真模型中各单元的场量,采用改进后的Bertotti损耗模型计算铁心损耗。对比结果表明,改进后的Bertotti损耗模型计算结果较其他方法更为准确。

PCVD硅涂层对DW型电工钢磁性能的影响

研究了PCVD法在电工钢上沉积Si的规律及其电磁性能,探讨了处理温度对表层中si含量的影响。DW620-50电工钢经PCVD处理后磁性能得以改善,高温扩散后其铁损降低了45.2%.磁饱和强度提高了4.5%。

炼钢工艺和成分体系对B50A1300硅钢铁损的影响

以低牌号B50A1300硅钢为研究对象,探讨了精炼RH吹氧量、w[Mn]2/w[Si]比值、FeAl预脱氧效果以及连铸钢水镇静时间等对B50A1300硅钢铁损的影响。结果表明,当精炼RH过程吹氧量大于160 Nm3时,钢的铁损迅速劣化;合适的钢成分体系是将w[Mn]2/w[Si]比值严格地控制在0.5以内;最佳的FeAl、FeSi脱氧效果是将FeAl、FeSi脱氧后钢水含氧量分别控制在140×10-4%左右和90×10^-4%-140×10^-4%。

激光刻痕对取向硅钢铁损和磁畴的影响规律研究

激光刻痕是一种降低取向硅钢片铁损的有效方法。选取激光功率、扫描速度、激光频率、刻痕间距作为工艺变量,对取向硅钢片进行刻痕实验,并利用磁性能测试系统和磁畴观测仪研究了不同工艺参数对激光刻痕后取向硅钢铁损和磁畴的改善效果。结果表明,取向硅钢片的平均铁损降低率随激光功率和刻痕间距增大而先增大后减小,随激光频率和扫描速度增大而减小。经不同工艺参数刻痕后,硅钢片的磁畴宽度均有所减小,且磁畴宽度的变化规律与铁损降低率的变化规律相吻合。优化了取向硅钢片的激光刻痕工艺参数,利用此工艺刻痕后,取向硅钢片的平均铁损降低率达8%。

PCVD法制6.5%Si电工钢的研究

研究了PCVD法在电工钢上沉积Si的规律及其电磁性能,探讨了处理温度对表层中Si含量影响。DW620—50电工钢经PCVD处理后磁性能得以改善,高温扩散后其铁损降低了45.2％,磁饱和强度提高了4.5％。

软磁复合材料铁芯电机特性的仿真研究

为了发挥软磁复合材料的高电阻率,低损耗,易于再利用的特点,仿真模拟将其应用在永磁电机的铁芯上.以12槽4极直流电机为仿真对象,把三维计算问题转化成二维模型,用JMAG软件对电机进行建模,阐述SMC与硅钢片铁芯差异,先用两种材料进行仿真,结果说明只靠替换铁芯材料对电机性能改进并不会产生很大改善,改进模型,得出不同延伸高度铁芯延伸长度增加引起的电流和转矩特性与功率变化的关系.利用所建模型将Somaloy500的软磁复合材料与50CS800的硅钢片制备的铁芯进行模拟实验,结果表明:相同条件下软磁复合材料铁芯的效率要更高一些.最低转速时效率增加5%,最高转速时效率增加10%;软磁复合材料铁芯模型抑制电流输出,各向同性的优势明显.结论为SMC材料在低转速电机的开发中依旧能够发挥优势,实现电机性能的提高.

钙处理对冷轧无取向硅钢磁性的影响

通过金相显微镜、图像分析仪、扫描电镜和透射电镜等手段,研究了未用和采用钙处理无取向硅钢片中微细夹杂物的数量、尺寸分布以及夹杂物的类型.发现对无取向硅钢片铁损影响较大的是0.1～0.4μm的微细夹杂物,夹杂物类型对铁损影响较小.