华电学者发表机械应力对取向硅钢片综合磁性能影响的研究成果
Huadian scholars published the research results of the influence of mechanical stress on the comprehensive magnetic properties of oriented silicon steel sheet
随着我国特高压输电的发展及应用，变压器、电抗器等高电压、大容量输电设备的振动噪声问题日益严峻。柔性输电技术的成熟应用使得输变电设备在运行时承受复杂的激励，尤其是电压和电流中的高频成分，进一步加剧了设备铁心振动噪声增大，损耗明显升高等问题。变压器、电抗器等输变电设备的铁心由硅钢片叠制而成，磁致伸缩效应是造成此类设备铁心振动的主要原因。
研究表明，磁致伸缩是在外磁场作用下磁畴壁运动导致的铁磁体形变。单片硅钢片在磁场的作用下每米仅有几微米的形变，但是由于变压器、电抗器等输变电设备铁心尺寸较大，磁致伸缩效应对其造成的影响不可小觑。并且变压器、电抗器等输变电设备本身的构造中存在夹件、螺栓等紧固件，这使得硅钢片的工作环境中通常都有拉应力或者压应力作用。因此深入研究不同频率和不同机械应力作用下单片硅钢片的综合磁性能具有重要意义。
近年来，国内外学者对硅钢片的磁性能进行了广泛的研究，但是相关对硅钢片磁性能的研究仅限于单个因素的改变产生的影响，而未分析应力和激励同时改变时取向硅钢片磁性能的变化。
为深入研究取向硅钢片在不同频率和应力下的综合磁性能，华北电力大学电力工程系、国网冀北电力有限公司廊坊供电公司、全球能源互联网研究院有限公司先进输电技术国家重点实验室、中国二十二冶集团有限公司的赵小军、张凌云、刘洋、董立春、仪卓，在2022年第22期《电工技术学报》上撰文，搭建了软磁材料综合磁性能测量平台，首先利用单片磁特性测量装置和应力施加装置，得到了工频下拉应力和压应力对取向硅钢片磁致伸缩、磁滞回线及铁损特性的影响。进一步研究了应力和不同激励共同影响下硅钢片综合磁性能的变化趋势，得到了不同激励、应力对取向硅钢片磁特性、磁致伸缩特性及噪声特性的影响规律。
图1 测量平台
图2 综合磁性能单片测量仪示意图
他们的测量结果及其分析表明：
1）在压应力作用下磁滞回线的形状有明显变化。取向硅钢片的铁损在同一频率下受拉应力的影响较小，受压应力的影响较大。在同一压应力下，频率的增大对铁损的增长率有一定的抑制作用。当频率和压应力同时改变时，压应力对铁损增长率的影响更加显著。
2）取向硅钢片的磁致伸缩在同一频率下受拉应力的影响较小，受压应力的影响较大。在拉应力作用下，取向硅钢片的磁致伸缩随频率的增大而增大；而在无应力和压应力作用下，频率的升高对取向硅钢片的磁致伸缩有一定的抑制作用。
3）在同一频率下，拉应力对取向硅钢片的噪声影响较小，而压应力对其影响较大；在同一应力下，取向硅钢片的噪声先随着频率的增大而增大，而后维持在一定水平，不再有明显增长。
4）谐波激励下，拉应力的增大对样片的磁性能无较大影响；压应力增大后，样片损耗的增长率呈下降趋势；谐波次数及含量越高、噪声越大。