一、硅钢磁感应强度的基础定义
1、硅钢的磁感应强度,指的是在给定的外部磁场强度下,硅钢材料内部被磁化之后,单位面积上通过的总磁通量,单位是特斯拉(T),这个数值越高,代表硅钢材料的导磁能力越强,在相同的外部磁场下,能通过的磁通量就越大,材料的磁性就越好。
2、行业内常规的磁感标注方式比如B50,代表的是当外部的磁场强度达到5000A/m的时候,硅钢片对应的磁感应强度数值,这是无取向硅钢产品最通用的标准磁感标识,数值越高,说明材料在常规工作点的导磁性能越优秀。
3、饱和磁感应强度Bs,指的是硅钢材料在施加强度足够大的外磁场时,磁感应强度能达到的极限最大值,这个数值是由硅钢材料本身的铁元素占比决定的,硅含量越低,铁元素占比越高,饱和磁感就越高,硅钢的饱和磁感理论极限大约在2.2T左右,是所有软磁合金里饱和磁感最高的材料之一。
二、磁感应强度的正确测试方法
1、最经典的标准测试方法是爱泼斯坦方圈法,按照国标要求把标准尺寸的硅钢片样片缠绕在方圈的线圈上,给线圈通入标准的交变励磁电流,通过高精度的磁通计测量感应电压,经过计算之后得到对应的磁感应强度数值,是目前行业内公认的基准测试方法,测试结果的准确性最高。
2、单片磁导计法,也就是SST测试法,直接把单片硅钢样片放在磁导计的磁轭之间,直接测量单片样品的磁化曲线,不需要裁剪大量的标准样片,测试速度更快,特别适合薄规格的取向硅钢产品,能快速得到准确的磁感测试结果。
3、现场快速检测的时候,也可以用便携式的霍尔效应高斯计,直接测量磁化之后的硅钢片表面的磁感应强度,这种方法的精度相对较低,但是不需要取样,能直接在成品铁芯上进行现场检测,非常适合生产现场的快速质量抽检。
三、磁感性能的实际工业应用价值
1、硅钢的磁感应强度越高,在电机、变压器设计的时候,就可以选用更高的工作磁通密度,在传递相同功率的前提下,铁芯的体积可以做得更小,重量更轻,同时绕组的用铜量也会大幅减少,整个设备的制造成本可以明显降低,这也是高磁感硅钢最核心的价值优势。
2、对于取向硅钢制作的电力变压器,高磁感取向硅钢在1.7T的工作点下依然能保持很低的励磁电流,空载励磁功率可以比普通取向硅钢降低30%以上,大幅降低变压器的空载励磁损耗,进一步提升设备的整体能效水平。
3、对于高速高频的驱动电机,高磁感的薄规格无取向硅钢,可以在更小的铁芯体积下实现更大的输出扭矩,让驱动电机的功率密度大幅提升,现在新能源汽车的扁线驱动电机,普遍选用B50数值超过1.7T的高磁感硅钢,来实现电机的小型化轻量化目标。选购硅钢材料的时候,不要盲目追求过高的磁感指标,磁感指标越高的硅钢产品,对应的制造成本也会越高,要结合设备的实际设计工作点,选择磁感性能适配的产品,在满足设计要求的前提下平衡性能和成本,才能实现最高的综合性价比。