機械應力對取向硅鋼片綜合磁性能有何影響？華電學者發表研究成果

隨著我國特高壓輸電的發展及應用，變壓器、電抗器等高電壓、大容量輸電設備的振動噪聲問題日益嚴峻。柔性輸電技術的成熟應用使得輸變電設備在運行時承受復雜的激勵，尤其是電壓和電流中的高頻成分，進一步加劇了設備鐵心振動噪聲增大，損耗明顯升高等問題。變壓器、電抗器等輸變電設備的鐵心由硅鋼片疊制而成，磁致伸縮效應是造成此類設備鐵心振動的主要原因。

研究表明，磁致伸縮是在外磁場作用下磁疇壁運動導致的鐵磁體形變。單片硅鋼片在磁場的作用下每米僅有幾微米的形變，但是由于變壓器、電抗器等輸變電設備鐵心尺寸較大，磁致伸縮效應對其造成的影響不可小覷。并且變壓器、電抗器等輸變電設備本身的構造中存在夾件、螺栓等緊固件，這使得硅鋼片的工作環境中通常都有拉應力或者壓應力作用。因此深入研究不同頻率和不同機械應力作用下單片硅鋼片的綜合磁性能具有重要意義。

近年來，國內外學者對硅鋼片的磁性能進行了廣泛的研究，但是相關對硅鋼片磁性能的研究限于單個因素的改變產生的影響，而未分析應力和激勵同時改變時取向硅鋼片磁性能的變化。

為深入研究取向硅鋼片在不同頻率和應力下的綜合磁性能，華北電力大學電力工程系、國網冀北電力有限公司廊坊供電公司、全球能源互聯網研究院有限公司輸電技術國家實驗室、中國二十二冶集團有限公司的趙小軍、張凌云、劉洋、董立春、儀卓，在2022年第22期《電工技術學報》上撰文，搭建了軟磁材料綜合磁性能測量平臺，首先利用單片磁特性測量裝置和應力施加裝置，得到了工頻下拉應力和壓應力對取向硅鋼片磁致伸縮、磁滯回線及鐵損特性的影響。進一步研究了應力和不同激勵共同影響下硅鋼片綜合磁性能的變化趨勢，得到了不同激勵、應力對取向硅鋼片磁特性、磁致伸縮特性及噪聲特性的影響規律。

圖1 測量平臺

圖2 綜合磁性能單片測量儀示意圖

他們的測量結果及其分析表明：

1）在壓應力作用下磁滯回線的形狀有明顯變化。取向硅鋼片的鐵損在同一頻率下受拉應力的影響較小，受壓應力的影響較大。在同一壓應力下，頻率的增大對鐵損的增長率有一定的抑制作用。當頻率和壓應力同時改變時，壓應力對鐵損增長率的影響更加顯著。

2）取向硅鋼片的磁致伸縮在同一頻率下受拉應力的影響較小，受壓應力的影響較大。在拉應力作用下，取向硅鋼片的磁致伸縮隨頻率的增大而增大；而在無應力和壓應力作用下，頻率的升高對取向硅鋼片的磁致伸縮有一定的抑制作用。

3）在同一頻率下，拉應力對取向硅鋼片的噪聲影響較小，而壓應力對其影響較大；在同一應力下，取向硅鋼片的噪聲先隨著頻率的增大而增大，而后維持在一定水平，不再有明顯增長。

4）諧波激勵下，拉應力的增大對樣片的磁性能無較大影響；壓應力增大后，樣片損耗的增長率呈下降趨勢；諧波次數及含量越高、噪聲越大。