機械應(yīng)力對取向硅鋼片綜合磁性能有何影響？華電學(xué)者發(fā)表研究成果

隨著我國特高壓輸電的發(fā)展及應(yīng)用，變壓器、電抗器等高電壓、大容量輸電設(shè)備的振動噪聲問題日益嚴峻。柔性輸電技術(shù)的成熟應(yīng)用使得輸變電設(shè)備在運行時承受復(fù)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(shè)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(shè)備的鐵心由硅鋼片疊制而成，磁致伸縮效應(yīng)是造成此類設(shè)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(dǎo)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(shè)備鐵心尺寸較大，磁致伸縮效應(yīng)對其造成的影響不可小覷。并且變壓器、電抗器等輸變電設(shè)備本身的構(gòu)造中存在夾件、螺栓等緊固件，這使得硅鋼片的工作環(huán)境中通常都有拉應(yīng)力或者壓應(yīng)力作用。因此深入研究不同頻率和不同機械應(yīng)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(nèi)外學(xué)者對硅鋼片的磁性能進行了廣泛的研究，但是相關(guān)對硅鋼片磁性能的研究限于單個因素的改變產(chǎn)生的影響，而未分析應(yīng)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(yīng)力下的綜合磁性能，華北電力大學(xué)電力工程系、國網(wǎng)冀北電力有限公司廊坊供電公司、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司輸電技術(shù)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(shù)學(xué)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(yīng)力施加裝置，得到了工頻下拉應(yīng)力和壓應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(guī)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(jié)果及其分析表明：

1）在壓應(yīng)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(yīng)力的影響較小，受壓應(yīng)力的影響較大。在同一壓應(yīng)力下，頻率的增大對鐵損的增長率有一定的抑制作用。當(dāng)頻率和壓應(yīng)力同時改變時，壓應(yīng)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(yīng)力的影響較小，受壓應(yīng)力的影響較大。在拉應(yīng)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(yīng)力和壓應(yīng)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(yīng)力對取向硅鋼片的噪聲影響較小，而壓應(yīng)力對其影響較大；在同一應(yīng)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(yīng)力的增大對樣片的磁性能無較大影響；壓應(yīng)力增大后，樣片損耗的增長率呈下降趨勢；諧波次數(shù)及含量越高、噪聲越大。