一、硅钢铁损的核心基础定义
1、硅钢铁损指的是,硅钢片在交变磁场的作用下,自身内部产生的所有能量损耗,这些损耗最终全部转化为热量,导致硅钢片铁芯的温度升高,是电力设备运行过程中最主要的能量损耗来源之一,单位通常以W/kg来表示,代表每公斤硅钢片在特定测试条件下产生的损耗功率。
2、铁损的数值直接决定了电机、变压器的能效等级,铁损越低的硅钢片,设备运行过程中产生的无用热量就越少,电能的转化效率就越高,设备的能效等级也就越高,同时铁芯的发热温度更低,对设备的散热系统要求也更低,能大幅降低设备长期运行的综合能耗。
3、行业内常规的铁损标注方式,比如P1.5/50,代表的就是在50赫兹的交变频率下,把硅钢片的磁化到磁感应强度1.5T的时候,每公斤硅钢片产生的损耗功率是多少瓦,这是电力行业最通用的标准标注方式,是所有硅钢产品的核心性能标识。
二、铁损的两大核心组成部分
1、磁滞损耗,是铁损的第一大组成部分,指的是硅钢片在反复磁化的过程中,内部的磁畴在外加磁场的作用下不断翻转摩擦,产生的能量损耗,这部分损耗和交变磁场的频率成正比,和硅钢片的晶体结构、材质纯度直接相关,通过优化硅钢的合金成分、提升晶粒取向度,可以大幅降低磁滞损耗。
2、涡流损耗,是铁损的第二大组成部分,交变的磁场在硅钢片内部感应出环形的感应电流,也就是涡流,电流在硅钢片的电阻上产生的焦耳热损耗就是涡流损耗,这部分损耗和硅钢片的厚度平方成正比,所以越薄的硅钢片,涡流损耗就越低,这也是为什么高频场景下都要选用更薄的硅钢片,来降低整体铁损。
3、除了这两个主要部分之外,还有少量的附加损耗,来自硅钢片内部的杂质、晶格缺陷、表面涂层的影响,这部分损耗占比很小,通常不到总铁损的5%,在普通的工业计算中可以忽略不计,只有高精度的超低损耗硅钢产品才需要专门优化控制附加损耗。
三、铁损指标的实际工业意义
1、对于工频50赫兹常规的配电变压器,选用低铁损的取向硅钢,能大幅降低变压器的空载损耗,按照国内的能效标准,一级能效变压器的铁损比三级能效产品低40%以上,长期运行下来能节省非常可观的电能,经济效益非常显著。
2、对于新能源汽车驱动电机这类高频运行的设备,高频场景下铁损会随着频率快速上升,选用0.2毫米厚度的超薄低铁损无取向硅钢,能大幅降低高频下的总铁损,提升电机的峰值效率,延长电动车的续航里程。
3、铁损指标不是越低就一定越好,超低铁损的高等级硅钢价格会比普通产品高很多,要结合设备的实际能效要求和成本预算,选择等级适配的硅钢产品,避免盲目追求过高等级的铁损指标,造成不必要的成本浪费。测试硅钢铁损的时候,必须严格按照国标GB/T 3655的要求,用爱泼斯坦方圈法在标准的工频条件下测试,才能得到准确可比的铁损数据,不同测试方法得到的结果偏差很大,没有横向对比的参考价值。