高效电机硅钢片牌号选择的研究
二Ο一六年十二月
目录
高效电机硅钢片牌号选择的研究 (1)
1铁心材料对铁耗的影响 (1)
2、高效电动机冷轧硅钢片的选用 (2)
3、超高效电机硅钢片选择 (6)
结论 (13)
1铁心材料对铁耗的影响
电机的损耗主要包括定子铜耗、铁耗、附加损耗、机械损耗等。

铁耗是由电机中产生的主磁通和漏磁通在铁心中发生变化时产生的磁滞损耗和涡流损耗，是电机中主要损耗之一，一般在小功率电机中铁耗占总损耗比例较小，在大功率电机占总损耗比例较大。

铁心材料的磁性能（导磁率和单位铁损），对电机的铁耗和激磁性能影响较大，同时铁心材料的费用又是构成电机成本的主要部分，因此选用合适的冷轧硅钢片式设计和制造高效率电机的关键。

图1表示了1.5kW、15kW、150kW三台4极电动机的空载电流与满载电流的比值。

图1 空载电流与额定电流的比值
从图可见，1.5kW电动机中无功电流占定子电流的比例较大，达到70%左右，随着功率的增加，空载电流所占满载电流的比例逐渐减小。

因此对于功率较小的电机，定子铜耗所占总损耗的比例较大，应优先采用导磁性能好的电工钢片作为定子铁心，这样可以大大降低激磁电流，明显减少定子铜耗。

而对于功率较大的电机，由于空载电流所占满载电流的比例较
小，铁耗在总损耗中已占相当大的比例，选用高导磁的硅钢片，对于提高效率效果并不明显，因此降低铁心材料的单位损耗将有助于减少铁耗。

2、高效电动机冷轧硅钢片的选用
在开发列电动机时，针对电动机功率不同损耗分布不同的特点采用了3种牌号的冷轧硅钢片，这三种冷轧硅钢片的磁感和铁损值分别为：
牌号1:B50≥1.67T，P15/50≤4.5W/kg，相当于冷轧硅钢片
50WW600；
牌号2:B50≥1.68T，P15/50≤5W/kg，相当于冷轧硅钢片
50WW700；
牌号4:B50≥1.7T，P15/50≤6W/kg，相当于冷轧硅钢片
50WW800。

高效电动机应用广，产量大，对于冷轧硅钢片牌号的选择，应综合考虑电动机的性能和材料成本。

为此，采用牌号1与牌号2两种冷轧硅钢片分别进行试算，表列出了两种不同牌号冷轧硅钢片对高效电动机铁耗的影响。

表两种不同牌号冷轧硅钢片对高效电动机效率和铁耗的影响
从上表可以看出，当选用较好牌号1为导磁材料时，可以降低铁耗。

由于不同极数电动机铁耗在总损耗中所占比例不同，故其效率的影响也就不同。

下面就采用不同牌号的硅钢片，达到相同性能所需成本及材料的统计，表3-4是高效电机采用牌号1电机所用材料量和成本，表3-5是采用牌号2电机所需的材料用量和成本。

表中，材料成本按如下计算：牌号1单价为8.98元/kg，牌号2单价为8.4元/kg，铜单价为58元/kg，铝单价为15.8元/kg。

表3-4 采用牌号1的电机所需材料及成本
表3-5 采用牌号2的电机所需材料及成本
表3-6 牌号1和牌号2成本对比
表3-6是采用牌号1和牌号2的电机所需材料和成本对比，成本差价为同一规格电机采用牌号1与牌号2的成本差值。

从上表可以看出牌号2要达到牌号1的性能，主要靠增加有效材料，牌号2均比牌号1材料用的多，材料用量和成本增加均随功率等级增加。

综上所述，采用牌号1和牌号2分别进行电磁方案试算，在相同电磁方案情况下，采用牌号1比牌号2铁耗降低很多，电动机效率有了很大提高；在相同电磁性能情况下，牌号1比牌号2节省材料和成本。

故在整个高效电机系列设计过程中定转子铁心材料选择采用牌号1，冷轧硅钢片50WW600。

3、超高效电机硅钢片选择
（1）不同规格电动机损耗分布情况
根据经验，在超高效电动机方案试算中拟选用2种牌号的冷轧硅钢片进行对比试算，冷轧硅钢片牌号分别为：
冷轧硅钢片50WW470：B50≥1.67（T），P15/50≤3.57W/kg；
冷轧硅钢片50WW350：B50≥1.67（T），P15/50≤2.91W/kg；
我们采用冷轧硅钢片50WW470，结合超高效电动机的部分试算方案发现，部分规格电动机的铁耗占总损耗的比例相对较大。

以下为电机采用冷轧硅钢片50WW470铁耗和铜耗占总损耗的比例图，其中
图3-9-图3-11分别为2P、4P、6P电机铜耗和铁耗百分比。

图3-9 2P电机铜耗和铁耗百分比
图3-10 4P电机铜耗和铁耗百分比
图3-11 6P电机铜耗和铁耗损耗百分比
从图3-9-图3-11可以看出来，小功率的电机定子铜耗占总损耗的比例较大，随着功率和机座号减小，铜耗比例有所降低；铁耗则相反，
小功率的铁耗比例占总损耗较小，随着功率和机座增大，铁耗比例上升，电机损耗的主要矛盾从铜耗转向铁耗，为此对于大规格电机，需采用更低牌号的冷轧硅钢片，降低铁耗。

（2）采用不同硅钢片的损耗及成本对比
为对比两种牌号冷轧硅钢片对损耗的影响，在电磁性能的电机性能基本一致的情况，分别采用冷轧硅钢片50WW470和冷轧硅钢片50WW350进行试算，不同牌号硅钢片的损耗对比见表3-7。

表3-7 不同硅钢片的损耗对比
从表3-7可以看出来，在电磁性能基本一致的情况下，采用冷轧硅钢片50WW350比采用冷轧硅钢片50WW470的电机的铁耗小。

图3-10为2极、4极和6极，采用冷轧硅钢片50WW470和冷轧硅钢片50WW350铁耗所占总损耗比例图，
图3-12 H250采用不同硅钢片铁耗比例
从图3-12可以看出来，采用冷轧硅钢片50WW350铁耗比例有所下降，各种损耗分布趋于合理。

表3-8为采用两种牌号硅钢片的电机铁芯增加情况，图24为采用冷轧硅钢片WW470要达到冷轧硅钢片WW350效率铁心长度增加趋势图，横坐标为电机的铁心长度，纵轴为电机的效率。

表3-8 不同硅钢片电机铁芯长增加情况
图3-13 效率随着铁心长度增加情况
从图3-13可以看出来铁心长度增加效率增加，但是铁心长度在300mm时效率及电机性能达到接近采用冷轧硅钢片WWW350的效率和性能，说明采用冷轧硅钢片WW350可以明显提高电机效率，而且节省材料、缩短电机长度、减少电机的体积。

采用低损耗的硅钢片能有效的降低铁耗，但是低损耗硅钢片的价格较高，必须考虑采用冷轧硅钢片成本问题，表3-9为相同性能的前提下采用两种牌号硅钢片的材料和成本对比。

表中：铝单价为15.8元/kg，冷轧硅钢片50WW470 单价为9元/kg，冷轧硅钢片50WW350的单价为10.01元/kg，铜单价58元/kg，材料及成本差值为采用冷轧硅钢片50WW470电机材料总成本减去采用冷轧硅钢片50WW350电机材料总成本。

表3-9 采用不同牌号冷轧硅钢片电动机材料成本对比
结论
通过使用牌号1和牌号2，对电动机的性能及整体材料成本对比，对高效率系列电动机采用牌号1，冷轧硅钢片50WW600；针对超高效大功率电动机铁耗占总损耗比例大的特点，在超高效大功率的电动机上采用铁损耗更低的硅钢片，综合考虑电动机性能和成本后，材料单价为设计时的价格，目前价格可能会波动但对硅钢片材料选取的结论影响不大，故H80-H160机座采用冷轧硅钢片50WW470 ，H180-H355机座采用冷轧硅钢片50WW350。