低牌号冷轧硅钢片在Y序列电机的应用

转子铝耗 W/ 比例%
铁耗 W/ 比例%
杂散耗 W/ 比例%
261.8/
180/
150/
25.35
17.43
14.52
风摩耗 W/ 比例%
70/ 6.78
替代材料采用 50W800 冷轧硅钢带，50W800 硅钢带和 DR510-50 硅钢片的磁化曲线和铁耗 曲线见图 3 和图 4，为便于比较，磁化曲线通过国标中所给定的数据点，参见表 2。在调整 设计中，充分利用 50W800 磁感应值高，叠压系数高的特点。
在设计电机时，磁路设计既不可太饱和，也不可太不饱和，太饱和时很难满足性能要求， 太不饱和则浪费材料。为此，电机设计定义了饱和系数 Ks，指额定运行状况下，空气隙、 定转子齿部所需磁势综合对空气隙所需磁势之比：
Ks
=
Fδ
+ Ft1 Fδ
+ Ft2
对一般感应电机 Ks=1.15~1.45 范围内。饱和系数是权衡电机设计的一个重要指标，本方案 调整时，保持调整前后电机饱和系数基本不变。新调整的设计方案及相应性能参数见表 5 和表 6，叠压系数 0.98，铁心长度 149mm，设调整后杂散耗不变。
3 设计实例
本文利用浙江大学研制的 Visual EMCAD 可视化电机设计软件，分析了 Y132M-4 异步 电机，具体说明冷轧硅钢带取代热轧硅钢片的设计特点。Y132M-4 异步电机功率 7.5kw，同 步速 1500r/mrn，原设计冲片材料 DR510-50，其主要性能和各种损耗设计值见表 3 和表 4， 叠压系数 0.95，铁心长度 160mm。
从图 1、图 2 曲线可见，当电机功率较小时，铜耗构成电机的主要损耗，利用高磁感应 特点调整设计，以铜耗的降低弥补铁耗的增大完全可能。但随着电机功率的增大，铜耗和铁 耗所占比例逐渐接近，调整设计的难度也逐渐增大，当两者比例基本相同，甚至出现反转时， 仅靠降低铜耗不易达到弥补铁耗的需求，还应当结合降低电机杂散耗和风摩耗等手段，同时 铁心磁密不宜过高，以减小铁耗的增加程度。
损耗过大，效率超标。但是低牌号冷轧硅钢带磁感应强度高，加之叠片系数高，为调整电机 设计，降低铜耗以弥补铁耗损失创造了条件，为低牌号冷轧硅钢带取代热轧硅钢片打下了良 好的基础。 从实际电机损耗分布看，铁耗占总损耗比例值一般较小，铜耗比例较大，尤 其是 0.75kw 以下的小功率电机比例悬殊更大。随着电机功率的增大，铜耗和铁耗的比例关 系会发生变化。在鼠笼异步电机中，存在定子铜耗、转子铝耗、铁耗、杂散耗和风摩耗五种 损耗，图 1 给出了 Y 系列 4 极电机各种损耗随电机输出功率的变化曲线，图 2 为各种损耗 占总损耗比例的变化曲线。
效率 0.879
功率因数 0.861
表 3 Y132M-4 主要性能
额定转速 热负荷 最大转矩 r/min A/cm A/mm2 倍数
1450
1264
2.831
起动转矩 倍数 2.448
起动电流 倍数 6.72
饱和 系数 1.284
定子铜耗 W/ 比例%
370.9/ 35.91
表 4 Y132M-4 各损耗值及占损耗的比例
1 概述
自 1882 年硅钢发明以来，硅钢片成为电机实现机电能量转换的核心部件，对电机业的 发展起到举足轻重的促进作用。硅钢的发展也经历了热轧硅钢、冷轧硅钢、高磁感取向硅钢 三个重要发展阶段。我国于 1952 年开始试制热轧低硅钢片，并在电机制造业中广为应用， 至今还是中小型电机的主导铁心材料。但热轧硅钢片生产过程污染环境，劳动强度大，钢片 质量难以提升。随着冷轧硅钢技术的迅速发展，其品种、质量明显优于热轧硅钢，对电机产 品性能提高，生产过程自动化能起到极大的推进作用。国外已先后停止了热轧硅钢片的生产， 全部以冷轧硅钢取代，只有我国仍在大批量使用热轧硅钢片。然而，我国企业界也早已认识 到继续使用热轧硅钢片的种种弊端，生产规模大的企业多已配置了只能使用冷轧钢带的高速 冲床和精密冲模，加之国家政策的引导，以冷轧硅钢取代热轧硅钢成为必然趋势。
参考文献
1、武钢冷轧磁性钢带（片）. 电工钢. No.3ຫໍສະໝຸດ 1998，37~49饱和系 数
1.285
定子铜耗 W/ 比例%
355.3/ 34.17
表 6 调整后 Y132M-4 各损耗值及占总损耗的比例
转子铝耗 W/ 比例%
铁耗 W/ 比例%
杂散耗 W/ 比例%
262/
202.5/
150/
25.2
19.47
14.42
风摩耗 W/ 比例%
70/ 6.73
在保持饱和系数不变的情况下，调整后的电机铁心长度缩短了 11mm，电机额定运行点、效 率基本不变，功率因数、最大转矩倍数、起动转矩倍数均有提高，电机热负荷下降。在损耗 方面，转子铝耗、杂散耗、风摩耗基本不变，铜耗下降，铁耗增加。本方案仅作了简单调整， 并非最优设计结果。
93
50W600
6.0
1.65
97
50W700
7.0
1.68
97
50W800
8.0
1.68
97
50W1000
10.0
1.69
97
50W1300
13.0
1.69
97
图 1 Y 系列 4 极电机损耗与输出功率的变化曲线
图 2 各种损耗占总损耗比例的变化曲线 比较表 2 数据，低牌号冷轧硅钢带不足之处是单位铁耗较大，直接取代有可能导致电机
至于制造工艺方面，冷轧硅钢带均具有很高的尺寸精度和表面粗糙度，给制造带来的优 点是热轧硅钢片难以比拟的。此外，低牌号冷轧硅钢带硬度低，十分有利于高速冲床的应用， 沿长昂贵的精密冲模寿命。
4 结论
本文以 Y 系列异步电机为例，讨论了不同功率等级电机损耗的分布情况，用低牌号冷 轧硅钢带取代热轧硅钢片时电机设计方案的调整特点，并给出了 Y132M-4 型异步电机采用 50W800 硅钢带的实例。冷轧硅钢带较热轧硅钢片有明显的优势，以低牌号冷轧硅钢带取代 热轧硅钢片能有力地缓解供求和价格的矛盾，推进“冷”代“热”的进程。研究表明，在电 机设计时，采用低牌号冷轧硅钢带取代热轧硅钢片是可行的。
来取代热轧硅钢片，必须调整设计，使替代后的电机性能保持不变或得到提高。表 2 为低牌 号冷轧硅钢带与 DR510-50 热轧硅钢片性能一览表。
表 2 低牌号冷轧硅钢带与 DR510-50 热轧硅钢片性能
牌号
最大铁耗
最小磁感
最小叠装系数
p1.5/50 W/kg
B50 T
%
DR510-50
5.1
1.64
4230
4949.1
50W700
4162
4869.54
50W800
4102
4799.34
2 不同功率等级电机方案调整设计特点
原设计 Y 系列电机是以中牌号冷轧硅钢带 50W470 和热轧硅钢片 DR510-50 为材料基 准，但热轧硅钢片价格便宜，因此被广泛应用。要以低牌号冷轧硅钢带 50W600~50W1300
对不同功率等级的电机，方案调整策略有所差异。小功率电机由于铜耗远大于铁耗，可 取较大的铁心磁密，缩短铁心长度，既使铜耗和铁耗变化相补偿，又减少有效材料用量，降 低成本；对功率较大的电机，因铜耗、铁耗相差不多，则需平衡铜耗和铁耗变化程度，而不 是一味追求缩短铁心长度，较低的铁心磁密有利于降低铁耗的增加程度。为取得好的设计结 果，还可以考虑改变电机槽参数、改变绕组线规等其它措施。只要协调调整设计参数，不改 变电机性能以低牌号冷轧硅钢带取代热轧硅钢片一般都是可行的，对小功率电机还可能取得 性能指标的提高。
以同等牌号取代热轧硅钢片，如 50W470 取代 DR510-50，在技术上并不存在难度。但 目前我国冷轧硅钢价格较高，对市场竞争激烈的普通电机，其利润已很低，铁心成本是必须 慎重考虑的问题。从表 1 冷轧硅钢价格表可见，高牌号冷轧硅钢比低牌号冷轧硅钢价格贵得 多，如果能以低牌号冷轧硅钢取代热轧硅钢，无疑能有效地缓解供求与价格的矛盾，降低材 料成本，对“冷”代“热”的进程起到积极的促进作用。本文将以 Y 系列异步电机为研究 对象，讨论低牌号冷轧硅钢应用的特点和问题。
表 1 冷轧硅钢 98 年 7~9 月参考价格，元/吨
牌号
货价
含税价
50W310 50W330 50W350 50W400
6096 6032 5969 5584
7132.32 7057.44 6983.73 6533.28
50W470
4530
5300.1
50W540
4401
5149.17
50W600
图 3 50W800 和 DR510-50 磁化曲线
图 4 50W800 和 DR510-50 铁耗曲线
效率 0.878
功率因数 0.865
表5 额定转速
r/min 1450
调整后 Y132M-4 主要性能
热负荷 最大转矩 起动转矩
A/cm A/mm2 倍数
倍数
1255
2.959
2.621
起动电 流倍数 7.025
低牌号冷轧硅钢在 Y 系列异步电机的应用研究
吴建华 陈永校 浙江大学电机及其控制研究所，310027
摘要 冷轧硅钢带较热轧硅钢片有明显的优势，以低牌号冷轧硅钢带取代热轧硅钢片能有 力地缓解供求和价格的矛盾，推进“冷”代“热”的进程本。本文以 Y 系列异步电机为例， 讨论了用低牌号冷轧硅钢带取代热轧硅钢片时电机设计方案的调整特点，并给出 Y312M-4 型异步电机采用 50W800 硅钢带的设计实例。