冰箱压缩机电机铁芯材料使用现状_问题及今后发展的要求
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②片子厚薄均匀度和卷料宽度按 GB/ T2521 1996 要求 , 50W470 片子厚薄均匀度为公称厚度 ± 0104mm , 若以我厂 QD66 规格的冷柜压缩机电机为 例 , 叠片总厚度 4415 + 112mm 转子扩孔片高 815 + 015mm 总叠片分别为 90 片和 17 片 ,如按上述要求 ,肯 定满足不了配套厂的有关技术要求 , 使压铸及工艺控 制产生相当难度 ,易导致配合尺寸混乱 。由于压缩机系 列电机产品规格多 , 其排料尺寸变化参数较大 , 如标明 每卷号磁钢片宽度 , 在冲加工时定向选料 , 会大大提高 材料利用率 ,减少不必要的损失 。
④厚薄均匀偏差小 , 一致性良好 , 在一些步进电机及
微特电机领域尤为突出 ; ⑤涂层薄均匀且有较高的耐
温 (73 ℃以上) ,耐酸碱性良好 。
综合上所述 , 关键的一点仍在于材料的磁感和铁
损 , 如能有所突破 , 必将对今后电机制造领域产生较
大的影响 。
(编辑 居乃扬)
③最小磁感和最大铁损最小磁感和铁损是制约电 机综合性能的重要参数 , 电机设计时 , 尤其是压缩机电 机设计时 ,在满足其余指标前提下需考虑高效 。电机的 损耗主要包括二方面 ,即铁损和铜损 。另从 50W470 材
料磁化曲线可以看出 (图 1) , 在低
磁密区域 0 - 110 T , 磁化曲线基本
武钢产 50W470 总体质量虽较好 , 但就目前情况 看仍存在不少问题 ,需要尽快加以改进 。
①涂层耐温偏低由于冰箱 、空调压缩机电机对防 锈蚀能力有很高要求 , 在冲片加工的工艺过程中 , 需要 增加一道表面蒸汽氧化处理工艺 , 其目的有两个 : 一是 增加片间绝缘电阻 , 减少铁芯损耗 ; 二是提高冲片表面 防锈蚀能力 , 如涂层耐温偏低 , 易导致氧化过程中生成 结构疏松的氧化亚铁 ( FeO) , 在压缩机封罐后 , FeO 氧 化膜会长期受到制冷媒质的清洗和冲击 ,极易导致剥离 和脱离 ,从而导致毛细管堵塞 ,即常见的“脏堵”,同时会 造成铁芯损耗 ,使电性能降低 。如果在氧化过程中降低 炉内温度 , 氧化过程中又极易生成 Fe2O3 (铁锈) , 使表 面颜色发红 ,表观质量和内在质量都达不到要求 。
·34 · 1 ·2000高 效 节 能 压 缩 机 http :/ / www . chinainfo . gov. cn/ periodical/
寸不易控制 , 且表面光洁度不够理想 ; 材料厚度难以控 制 ,影响最终产品质量 。而 50W600 虽性能数据不甚理 想 , 但如经过磁路精心设计 , 对高效电机 、空调压缩机 电机及无 CFC 压缩机电机的开发生产具有相当的潜 力 , 这一点在本文第二部份有详细的叙述 。应该说 , 上 述材料各有自己的特点及工艺波动因素 。 2 硅钢片材料目前存在的问题
图1 图2
http :/ / www . chinainfo . gov. cn/ periodical/ 标 准 与 测 试 1 ·2000 ·57 ·
134a 制冷剂 ,冷冻室效率降低 ,中温间室效率提高 。对 保温层而言 ,CFCS 替代后 ,隔热效率将略有降低 。
根据蒙特利尔议定书和我国的 CFCS 替代进程 , 各 电冰箱生产企业、压缩机企业加大了节能开发力度 , 如 市场中 , 为无 CFCS 制冷系统开发的压缩机效率明显高 于原来的压缩机效率 , 采用 R22 的压缩机 CO P 约为 110 - 112 ,采用 600a 或 134a 的压缩机 CO P 约为112 1149。CFCS 替代后 ,整体效率增加或持平。因此 ,不再 将无 CFCS 电冰箱单独考虑。详细资料参见《t he Sino U S CFC - Free super - efficient ref rigerato r p roject p rogress repo rt :p rotot ype design &testing》 413 主要产品的电耗限定值方程分析 41311 冷藏冷冻箱 目前 , 我国拥有冷藏箱和冷藏冷 冻箱生产线 70 条 , 其中大多数技术和设备都是引进意 大利、日本、德国等国家的 , 有 10 家大型企业的产品占 据全国总产量的一半以上 ,技术及管理比较成熟。
众所周知 , 硅钢片是各类电机常用的导磁材料 , 随着高效电机 、冰箱和空调压缩电机的日益普及和大量无
பைடு நூலகம்
CFC 压缩机电机的开发 、生产 ,对硅钢片的质量和性能提出了更高的要求 ,本文就冰箱 、空调压缩机电机的使用现
状 、问题及今后发展的要求作一些探讨 ,特别是对硅钢片材料的磁感和铁损作了更深入一步的研究 。
T1 > T2 , 即可提高电机的输入功
率 ;反之 ,如需产生同样的磁感应强度 B ( T) ,意味着可
以减少 H (A/ m) →电流 ψ →亦即减少安匝数 , 这种现
象在空调压缩机电机上体现非常明显 , 由于空调器工
况及高出力等因素 , 一般空调电机齿轭部磁密场达到
116 T 以上 , 如沿用普通 470 硅钢片 , 则在磁密 116 -
低产品成本而减小保温层厚度 、配置能效低的压缩
机 ,与国外产品相比是有一定差距的 。所以 ,提出较高
的要求 , 挖掘节能潜力 , 促进企业的良性竞争 , 是必要
的。
414 关于能源效率等级的划分 在标准修订过程中
曾提出结合实施能源效率等级标识 , 加强标准的实施
力度 , 促进电冰箱产业的发展 , 这是国际上许多发达
上呈线性 , 在 113 - 115 T 左右开始
步入转折区域 , 之后进入饱和区 ,
激 磁 电 流 明 显 增 加 铜 损 (pcu1)
ξ →n ψ , 如能提升材料的磁化曲
线 ,即加大最小磁感 ,从 (图 2) 曲线
可以看出 , 同样的磁场强度 H (A/
m) , 磁感应强度 B1 > B2 , 电机出力
适合本身压缩机的低粘度冷冻油 , 如还需用更低粘度 技 的冷冻油 ,必须提高压缩机的加工与安装精度 。③采用 术 低粘度冷冻油 , 在能保证充分润滑的条件下 , 其注油量
可以比粘度高时量少 , 另外油量过多不是好事 , 过多油
量会使压缩机性能变差 。 ④正确选用冷冻油既可提高
效率又可降低成本 。
(编辑 居乃扬)
担和压力 , 应首先开展认证工作 , 待条件成熟后再研
究实施能效标识制度 。
(编辑 居乃扬)
(接 34 页) 材料磁感的高低对无 CFC 电机的设计也 非常有帮助 , 由于无 CFC 电机与有 CFC 电机同功率 比 , 效率要求提高 3 - 5 个百分点 , 因此必须用更多的 铜来提高效率 , 增加导线线规 , 而这样做 , 势必会导致 电机槽满率过高 , 嵌线困难 , 要解决有二个办法 : 一是 散片采用退火处理 , 减少电机涡流损耗 ; 二是合理设 计槽形 , 减少齿部和轭部的宽度 , 使槽面积增加 , 由于 安匝数多 , 减少齿宽和轭宽对铁损影响不大 , 而槽利 用面积增加后 , 可放入更多更粗的有效铜钱 , 提高电 机效率 , 经实际制作 , 相同外形尺寸的电机 (以 120W 无 CFC 电机例) , 经槽形合理设计及退火处理后 , 使 该分相电机效率达到 8112 %(表 2) ,比同功率有 CFC 电机至少提高 6 个百分点 ,节能效果显著 。
从表 3 中可知 B 厂家的冷冻油的性能明显优于 A 厂家的冷冻油的性能 , 主要原因是冷冻油的润滑性能
不仅仅取决于粘度 , 还和它的化学成份有很大关系 , 各
个厂家生产的冷冻油化学成份并不一致 , 其结果也有
差异 。
5 结论 ①优选冷冻油首先要选择润滑性能良好的
冷冻油 。②冷冻油的粘度并不是越低越好 ,必须优选出
指标 。
41312 顶开式食品冷冻箱 标准中顶开式食品冷冻
箱电耗限定值要求偏高 , 将约 20 %高耗能产品淘汰 。
当前 , 冷冻箱生产线 30 条 , 其中大多数厂家采用国产 技 设备 , 虽然近年产量增长很快 , 但生产集中度低 , 产量 术
比较分散 , 技术力量比较薄弱 , 甚至部分厂家为了降
http :/ / www . chinainfo . gov. cn/ periodical/ 高 效 节 能 压 缩 机 1 ·2000 ·33 ·
是油量减少 , 油的循环量虽然下降但足以满足充分润 滑 , 气缸蒸汽中的润滑油量减少 , 使得容积效率升高 , 制冷量提高 , 阀的开启消耗功减少 , 输入功率也有所减 少 ,油吸收气缸压缩产生的热量减少致使壳温下降 。 4 冷冻油的化学成份与压缩机性能有关 由上可知 油的粘度选择十分重要 , 但并不是所有粘度相同的冷 冻油其润滑性能都是一样 , 对此我们选了两冷冻油生 产厂商提供相同粘度的冷冻油在三台同型号的压缩机 上作对比试验 ,见表 3 。
1 材料的分类和性能状况
硅钢片主要分为二大类 :第一类是晶粒取向的硅钢 ;第二类是晶粒无取向的
冰现
箱状
压 缩
︑ 问
机题
电及
机今
铁后
芯 材 料 使 用
发 展 的 要 求
吕 仲 淮 邢 一 均 朱
秀
松
硅钢 。无取向的硅钢又有热轧和冷轧硅钢片 ,其种类主要包括 :50W470 (武钢) ; H18 (日本) ; V 470 - 50 (西德) ; 2212 (俄罗斯) 50W600 ;另还有 BBD (无涂层) ;需 退火处理硅钢片 (电工钢片) BD G(武钢) , 上述硅钢片都适合于叠片式铁心 , 有 较高的占空系数 KC ,氧化处理后能产生 8 - 10μm 氧化膜 ;电阻率为 16μΩ ·m , 下面列出几种材料的综合物理性能(表 1) 及综合电性能参数 (表 2) 。
从材料的综合性能参数可以看出 , 日本生产的 H18 硅钢片以其优良的加工 性能和电性能位居材料的首位 , 批量生产时具有良好的稳定性 , 武钢产 50W470 相对其它材料有较好的优势 , BD G 退火及 2212 材料退火由于处理后材料的磁 感有一定提高 ,铁损减小 ,故电性能较好 ,有的甚至超过 H18 ,但存在退火工艺不 稳定 ,易波动 ,且较难掌握 ,并且易断裂 ,严重影响表观质量 ; 转子内外圆加工尺
1997 - 1998 年产品的能效水平分布情况如表 5。
从以上分析看出 , 我国冷藏冷冻箱产品的电耗值 与国外产品的差距较小 , 分布合理 , 部分产品已达到 国际先进水平 , 技术开发和设计已进入良性状态 。鉴 于国内各厂家正着手 CFCS 替代工作 , 增加了节能工
作的难度 , 因此 , 近期内不应大幅度提高标准的能效
国家普遍采取的措施 , 即 : 根据耗电量的大小分别标
注 A 、B 、C 、D 和 E 能效等级 (A 等级代表效率最高) ,
使消费者在购买电冰箱成品时 , 有直观的电耗指标加
以参考 , 引导消费 。但考虑到我国目前的实际情况和
消费者 、生产企业的承受程度 , 主管部门和部分企业
建议本版标准中不宜采用 。避免给企业增加更多的负
3 材料今后发展的要求
现代电机制造的终极目的是批量可控制性高 , 且
高效 、节能 (体积小) ,因此从这一点出发考虑 ,对硅钢
片材料提出了更高的要求 。①理论上和实际上要有较
窄的磁滞回线 , 较小的矫顽力 ; ②低损耗 , 高磁感 , 及
高电阻率 ; P15/ 50 ≤410W/ kg , B50 ≥1173 T ; ③易组 织大批生产 , 模具冲片加工寿命长 , 易切削 、易焊接 ;
117 T 区域 ,激磁电流增长较快 ,即 I2R 增长较快 ,铜损
增加较快 , n 受到制约无法提高 , 如能使材料的最小磁
感在到 1173 T , 即在 50W600 基础上 (在铁损增加不多
情况下) 予以改进 , 从图中可见 , 能明显抑制激磁电流
的增加 ,达到提高 n 的最终目的 。
(下转 57 页)
④厚薄均匀偏差小 , 一致性良好 , 在一些步进电机及
微特电机领域尤为突出 ; ⑤涂层薄均匀且有较高的耐
温 (73 ℃以上) ,耐酸碱性良好 。
综合上所述 , 关键的一点仍在于材料的磁感和铁
损 , 如能有所突破 , 必将对今后电机制造领域产生较
大的影响 。
(编辑 居乃扬)
③最小磁感和最大铁损最小磁感和铁损是制约电 机综合性能的重要参数 , 电机设计时 , 尤其是压缩机电 机设计时 ,在满足其余指标前提下需考虑高效 。电机的 损耗主要包括二方面 ,即铁损和铜损 。另从 50W470 材
料磁化曲线可以看出 (图 1) , 在低
磁密区域 0 - 110 T , 磁化曲线基本
武钢产 50W470 总体质量虽较好 , 但就目前情况 看仍存在不少问题 ,需要尽快加以改进 。
①涂层耐温偏低由于冰箱 、空调压缩机电机对防 锈蚀能力有很高要求 , 在冲片加工的工艺过程中 , 需要 增加一道表面蒸汽氧化处理工艺 , 其目的有两个 : 一是 增加片间绝缘电阻 , 减少铁芯损耗 ; 二是提高冲片表面 防锈蚀能力 , 如涂层耐温偏低 , 易导致氧化过程中生成 结构疏松的氧化亚铁 ( FeO) , 在压缩机封罐后 , FeO 氧 化膜会长期受到制冷媒质的清洗和冲击 ,极易导致剥离 和脱离 ,从而导致毛细管堵塞 ,即常见的“脏堵”,同时会 造成铁芯损耗 ,使电性能降低 。如果在氧化过程中降低 炉内温度 , 氧化过程中又极易生成 Fe2O3 (铁锈) , 使表 面颜色发红 ,表观质量和内在质量都达不到要求 。
·34 · 1 ·2000高 效 节 能 压 缩 机 http :/ / www . chinainfo . gov. cn/ periodical/
寸不易控制 , 且表面光洁度不够理想 ; 材料厚度难以控 制 ,影响最终产品质量 。而 50W600 虽性能数据不甚理 想 , 但如经过磁路精心设计 , 对高效电机 、空调压缩机 电机及无 CFC 压缩机电机的开发生产具有相当的潜 力 , 这一点在本文第二部份有详细的叙述 。应该说 , 上 述材料各有自己的特点及工艺波动因素 。 2 硅钢片材料目前存在的问题
图1 图2
http :/ / www . chinainfo . gov. cn/ periodical/ 标 准 与 测 试 1 ·2000 ·57 ·
134a 制冷剂 ,冷冻室效率降低 ,中温间室效率提高 。对 保温层而言 ,CFCS 替代后 ,隔热效率将略有降低 。
根据蒙特利尔议定书和我国的 CFCS 替代进程 , 各 电冰箱生产企业、压缩机企业加大了节能开发力度 , 如 市场中 , 为无 CFCS 制冷系统开发的压缩机效率明显高 于原来的压缩机效率 , 采用 R22 的压缩机 CO P 约为 110 - 112 ,采用 600a 或 134a 的压缩机 CO P 约为112 1149。CFCS 替代后 ,整体效率增加或持平。因此 ,不再 将无 CFCS 电冰箱单独考虑。详细资料参见《t he Sino U S CFC - Free super - efficient ref rigerato r p roject p rogress repo rt :p rotot ype design &testing》 413 主要产品的电耗限定值方程分析 41311 冷藏冷冻箱 目前 , 我国拥有冷藏箱和冷藏冷 冻箱生产线 70 条 , 其中大多数技术和设备都是引进意 大利、日本、德国等国家的 , 有 10 家大型企业的产品占 据全国总产量的一半以上 ,技术及管理比较成熟。
众所周知 , 硅钢片是各类电机常用的导磁材料 , 随着高效电机 、冰箱和空调压缩电机的日益普及和大量无
பைடு நூலகம்
CFC 压缩机电机的开发 、生产 ,对硅钢片的质量和性能提出了更高的要求 ,本文就冰箱 、空调压缩机电机的使用现
状 、问题及今后发展的要求作一些探讨 ,特别是对硅钢片材料的磁感和铁损作了更深入一步的研究 。
T1 > T2 , 即可提高电机的输入功
率 ;反之 ,如需产生同样的磁感应强度 B ( T) ,意味着可
以减少 H (A/ m) →电流 ψ →亦即减少安匝数 , 这种现
象在空调压缩机电机上体现非常明显 , 由于空调器工
况及高出力等因素 , 一般空调电机齿轭部磁密场达到
116 T 以上 , 如沿用普通 470 硅钢片 , 则在磁密 116 -
低产品成本而减小保温层厚度 、配置能效低的压缩
机 ,与国外产品相比是有一定差距的 。所以 ,提出较高
的要求 , 挖掘节能潜力 , 促进企业的良性竞争 , 是必要
的。
414 关于能源效率等级的划分 在标准修订过程中
曾提出结合实施能源效率等级标识 , 加强标准的实施
力度 , 促进电冰箱产业的发展 , 这是国际上许多发达
上呈线性 , 在 113 - 115 T 左右开始
步入转折区域 , 之后进入饱和区 ,
激 磁 电 流 明 显 增 加 铜 损 (pcu1)
ξ →n ψ , 如能提升材料的磁化曲
线 ,即加大最小磁感 ,从 (图 2) 曲线
可以看出 , 同样的磁场强度 H (A/
m) , 磁感应强度 B1 > B2 , 电机出力
适合本身压缩机的低粘度冷冻油 , 如还需用更低粘度 技 的冷冻油 ,必须提高压缩机的加工与安装精度 。③采用 术 低粘度冷冻油 , 在能保证充分润滑的条件下 , 其注油量
可以比粘度高时量少 , 另外油量过多不是好事 , 过多油
量会使压缩机性能变差 。 ④正确选用冷冻油既可提高
效率又可降低成本 。
(编辑 居乃扬)
担和压力 , 应首先开展认证工作 , 待条件成熟后再研
究实施能效标识制度 。
(编辑 居乃扬)
(接 34 页) 材料磁感的高低对无 CFC 电机的设计也 非常有帮助 , 由于无 CFC 电机与有 CFC 电机同功率 比 , 效率要求提高 3 - 5 个百分点 , 因此必须用更多的 铜来提高效率 , 增加导线线规 , 而这样做 , 势必会导致 电机槽满率过高 , 嵌线困难 , 要解决有二个办法 : 一是 散片采用退火处理 , 减少电机涡流损耗 ; 二是合理设 计槽形 , 减少齿部和轭部的宽度 , 使槽面积增加 , 由于 安匝数多 , 减少齿宽和轭宽对铁损影响不大 , 而槽利 用面积增加后 , 可放入更多更粗的有效铜钱 , 提高电 机效率 , 经实际制作 , 相同外形尺寸的电机 (以 120W 无 CFC 电机例) , 经槽形合理设计及退火处理后 , 使 该分相电机效率达到 8112 %(表 2) ,比同功率有 CFC 电机至少提高 6 个百分点 ,节能效果显著 。
从表 3 中可知 B 厂家的冷冻油的性能明显优于 A 厂家的冷冻油的性能 , 主要原因是冷冻油的润滑性能
不仅仅取决于粘度 , 还和它的化学成份有很大关系 , 各
个厂家生产的冷冻油化学成份并不一致 , 其结果也有
差异 。
5 结论 ①优选冷冻油首先要选择润滑性能良好的
冷冻油 。②冷冻油的粘度并不是越低越好 ,必须优选出
指标 。
41312 顶开式食品冷冻箱 标准中顶开式食品冷冻
箱电耗限定值要求偏高 , 将约 20 %高耗能产品淘汰 。
当前 , 冷冻箱生产线 30 条 , 其中大多数厂家采用国产 技 设备 , 虽然近年产量增长很快 , 但生产集中度低 , 产量 术
比较分散 , 技术力量比较薄弱 , 甚至部分厂家为了降
http :/ / www . chinainfo . gov. cn/ periodical/ 高 效 节 能 压 缩 机 1 ·2000 ·33 ·
是油量减少 , 油的循环量虽然下降但足以满足充分润 滑 , 气缸蒸汽中的润滑油量减少 , 使得容积效率升高 , 制冷量提高 , 阀的开启消耗功减少 , 输入功率也有所减 少 ,油吸收气缸压缩产生的热量减少致使壳温下降 。 4 冷冻油的化学成份与压缩机性能有关 由上可知 油的粘度选择十分重要 , 但并不是所有粘度相同的冷 冻油其润滑性能都是一样 , 对此我们选了两冷冻油生 产厂商提供相同粘度的冷冻油在三台同型号的压缩机 上作对比试验 ,见表 3 。
1 材料的分类和性能状况
硅钢片主要分为二大类 :第一类是晶粒取向的硅钢 ;第二类是晶粒无取向的
冰现
箱状
压 缩
︑ 问
机题
电及
机今
铁后
芯 材 料 使 用
发 展 的 要 求
吕 仲 淮 邢 一 均 朱
秀
松
硅钢 。无取向的硅钢又有热轧和冷轧硅钢片 ,其种类主要包括 :50W470 (武钢) ; H18 (日本) ; V 470 - 50 (西德) ; 2212 (俄罗斯) 50W600 ;另还有 BBD (无涂层) ;需 退火处理硅钢片 (电工钢片) BD G(武钢) , 上述硅钢片都适合于叠片式铁心 , 有 较高的占空系数 KC ,氧化处理后能产生 8 - 10μm 氧化膜 ;电阻率为 16μΩ ·m , 下面列出几种材料的综合物理性能(表 1) 及综合电性能参数 (表 2) 。
从材料的综合性能参数可以看出 , 日本生产的 H18 硅钢片以其优良的加工 性能和电性能位居材料的首位 , 批量生产时具有良好的稳定性 , 武钢产 50W470 相对其它材料有较好的优势 , BD G 退火及 2212 材料退火由于处理后材料的磁 感有一定提高 ,铁损减小 ,故电性能较好 ,有的甚至超过 H18 ,但存在退火工艺不 稳定 ,易波动 ,且较难掌握 ,并且易断裂 ,严重影响表观质量 ; 转子内外圆加工尺
1997 - 1998 年产品的能效水平分布情况如表 5。
从以上分析看出 , 我国冷藏冷冻箱产品的电耗值 与国外产品的差距较小 , 分布合理 , 部分产品已达到 国际先进水平 , 技术开发和设计已进入良性状态 。鉴 于国内各厂家正着手 CFCS 替代工作 , 增加了节能工
作的难度 , 因此 , 近期内不应大幅度提高标准的能效
国家普遍采取的措施 , 即 : 根据耗电量的大小分别标
注 A 、B 、C 、D 和 E 能效等级 (A 等级代表效率最高) ,
使消费者在购买电冰箱成品时 , 有直观的电耗指标加
以参考 , 引导消费 。但考虑到我国目前的实际情况和
消费者 、生产企业的承受程度 , 主管部门和部分企业
建议本版标准中不宜采用 。避免给企业增加更多的负
3 材料今后发展的要求
现代电机制造的终极目的是批量可控制性高 , 且
高效 、节能 (体积小) ,因此从这一点出发考虑 ,对硅钢
片材料提出了更高的要求 。①理论上和实际上要有较
窄的磁滞回线 , 较小的矫顽力 ; ②低损耗 , 高磁感 , 及
高电阻率 ; P15/ 50 ≤410W/ kg , B50 ≥1173 T ; ③易组 织大批生产 , 模具冲片加工寿命长 , 易切削 、易焊接 ;
117 T 区域 ,激磁电流增长较快 ,即 I2R 增长较快 ,铜损
增加较快 , n 受到制约无法提高 , 如能使材料的最小磁
感在到 1173 T , 即在 50W600 基础上 (在铁损增加不多
情况下) 予以改进 , 从图中可见 , 能明显抑制激磁电流
的增加 ,达到提高 n 的最终目的 。
(下转 57 页)