如何改进铁心叠压工艺来降低高压电机铁耗

引言

高压电机铁耗大，影响电机的效率和温升，此问题一直未找到有效的解决方法，部分产品铁耗值波动达到4000～5000W，最大达到7000W，严重制约我公司高效节能电机的发展，降低高压电机铁耗势在必行。影响铁耗的因素包括硅钢片层间绝缘、叠压系数等，而定子铁心叠压质量又是影响铁耗大小的重要因素，因此必须研究铁心叠压压力与铁耗的关系，优化定子铁心叠压工艺，是有效降低高压电机铁耗的途径之一。在电机空载损耗中铁耗占有相当大的比例，因此本文以降低高压电机空载损耗P0值作为降低高压电机铁耗的理论依据。

改变叠片压力对改善铁耗的研究

理论规定片间压力为20～40kg/cm2，分别选取25kg/cm2、30kg/cm2、37kg/cm2三种压力，严格按规定的压力压紧铁心，前后共进行三次试验，试验过程及结果如下。

（1）第一次试验：定子铁心叠片压力按上限控制37kg/cm2，数量13台，试验结果不理想，但空载损耗基本稳定，都在19600～21600W左右，超过出厂限值2800～4000W左右，分析原因可能是压力过大，导致片间电阻降低，损耗增大。

（2）第二次试验：叠片压力降低到靠近下限25kg/cm2，数量9台，试验结果为2台产品空载损耗低于出厂限值格；7台超过出厂超出限值约3300～3500W，合格率仅为28%。

（3）第三次试验：叠片压力按30kg/cm2控制，数量12台，试验结果2台合格，其余10台空载损耗超过出厂限值2500～3200W。

以上试验结果分析，在理论规定的叠片压力范围内严格控制叠片压力，在此范围内调整压力对改善铁耗效果不大，并且毫无规律，因此必须改变先前的思路，重新研究影响铁耗大的因素。

对某一个电机厂第一季度所有出厂电机的试验结果单进行统计。根据3个月空载损耗试验值与出厂限值的比值进行分析，75%的产品空载损耗试验值与出厂限值比值在0．8～1．2之间，3个月中每个月的比值基本相似，经过分析产生此问题的原因应为系统因素导致，而系统因素中叠片工艺方法是最大的影响因素，必须进一步研究新的冲片叠压工艺，有效降低电机铁耗。

叠片压力与冲片层间电阻的关系

研究硅钢片叠片压力对层间电阻的影响，选定了如下试验方法，制作两个铜板电极，校平并用细砂纸清理磨平，每组制作20片φ82的硅钢片，在试验机上用两片电极对硅钢片加压，分别模拟5～50kg/cm2的压力下层间电阻的变化，在不同压力下测量层间电阻，共计进行了14组对比实验，将测得的数据经过计算后形成图表，具体数据见叠片压力与层间电阻关系图，见图1。

经过14组试样的对比，压力在5kg/cm2下层间电阻比20kg/cm2 要增加30%～40%；在10kg/cm2压力下层间电阻比20kg/cm2要增加20%～30%；当压力在20kg/cm2以上到50kg/cm2时，电阻变化趋于平缓，压力对层间电阻影响趋势减缓。我们又进行连续加压试验，将压力由5kg/cm2持续增大到50kg/cm2，然后将压力逐步释放到5kg/cm2，发现随着压力的减小，冲片层间电阻值也由小逐渐增大，在不同的压力下电阻值的变化与上述曲线完全重合，证明采用较大的叠片压力对冲片的层间电阻没有造成实质破坏，根据这一特性，确定按高压和低压两次施压方法进行叠片。但应确定多大的叠片压力为合适，即保证层间电阻不减小，又要保证叠压系数，必须进行模拟试验。

定子铁心叠压系数研究

为验证叠片压力与叠压系数的关系，采用称重法进行叠压系数的验证，叠压系数KFe=铁心实际重量/铁心理论重量，分别采用10kg/cm2、15kg/cm2、30kg/cm2的片间压力验证叠压系数是否能达到设计要求，在10kg/cm2、15kg/cm2压力下，叠压系数虽有所降低，但最低也可达到97．5%，最大可以达到98．9%，大多数在98%以上，即使采用10kg/cm2也可以达到设计要求的97%以上，满足产品图纸要求的叠压系数的要求。

为保证层间电阻的要求，叠片压力可以适当降低到10kg/cm2左右，但考虑其它影响因素，将叠片工艺改为两次加压，第一次按30～35kg/cm2加压，以消除胎具摩擦力和毛刺影响，保证叠压系数，然后松开压力，焊筋或滚扣片时按10kg/cm2加压，使最终成品的片间压强保证在10kg/cm2左右，以有效提高层间电阻，降低片间涡流损耗，降低电机铁耗。

实行两次施压后铁心长的变化：第一次按30～35kg/cm2加压，测量铁心长为Lmm，松开后二次加压按10kg/cm2，测量铁心长为（L+1）～（L+1．5）mm，铁心长全部在第一次压力下测得铁心长的基础上增加1～1．5mm，因此，铁心长完全可以按第一次压力进行控制，最终铁心长为（L+1）mm左右。

降低叠片压力小批验证

叠片工艺改为两次加压进行试验，选择了17台产品进行验证。出厂试验结果显示，其中13台合格，合格率为76．47%，仅有4台P0超过限值2800～5000W左右，同前几次实验相比有了相当的突破，比前几次试验降低约3000W左右。

通过小批试验可以得出初步结论，过高的叠片压力会影响层间电阻，对铁耗影响很大。而采用两次先高后低两次加压方法，即可以控制铁心长度在允许的范围内，又可保证叠压系数满足设计要求，对降低铁耗有相当好的效果，因此重新制定了两次叠片压力表，在大批量产品上进行推广使用。

批量推广验证

经过一个月的应用，对产品进行数据统计和分析，曲线图见图2，用P0试验值和P0标准值的比值分段绘制频次直方图后，转换成曲线图，图中可以看到1-3月份产品的峰值集中在0．95～1．0之间，7月份产品峰值向右侧移动到0．90～0．95之间，同时超过1．3倍的产品下降明显，为前期的30%左右，因此可以得出基本结论，改进叠片工艺后对铁耗的影响有整体性降低的趋势，批量生产实验与前期的实验室结论有了相当的吻合，因此，降低最终产品的片间压力，可以有效提高层间电阻30%左右。

结语

通过对定子铁心装压工艺方法的改进，获得了相当多的数据，对叠片压力和层间电阻的关系，叠片压力和叠压系数的关系有了新的认识。采用了适当降低叠片压力的方法提高层间电阻，将叠片工艺改为两次加压，第一次按铁心长度规定，分别按25～30kg/cm2、30～35kg/cm2加压，第二次按10kg/cm2加压，通过生产实际验证，取得了较好的效果，既保证了定子铁心叠压系数，同时提高了冲片层间电阻，降低片间涡流损耗，大大降低了高压电机铁耗值，值得在实际生产中推广运用。