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近日，第一屆“鐵心產業鏈年會暨高質量發展論壇”在安慶成功舉行，來自軟磁材料生產、鐵心制造、設備制造、檢測、絕緣材料、科研院所的相關負責人約350人參會，圍繞“低碳、綠色、高質量協同發展”主題進行了深入探討。教授級高工、無錫普天鐵心股份有限公司綠色電工理論與應用研究院院長張俊杰應邀參會，并以《鐵心中的電工基礎理論問題》為題作會議報告。報告圍繞輸變電設備種類、大型電力變壓器、引申技術、大型電力變壓器結構、電抗器結構、電纜終端結構鐵心中的電工基礎理論開展，突破傳統思維局限，重點剖析了鐵心主磁路、鐵心接縫、損耗計算等方面問題，給與會者帶來一場生動專業的演講。

簡單的鐵心，不簡單的電工基礎理論

鐵心產業是中國式現代經濟建設不可缺少的加工制造服務業，也是磁性材料與電機、變壓器不可分割的“橋梁”。在市場和政策雙重作用下，當前鐵心行業正朝著“制造智能化、材料高品化、產品綠色化”的方向邁進。鐵心，在產業鏈中不僅僅是簡單的一個部件，要想全面了解它就需要深層解析它。

“簡單的鐵心中有著不簡單的電工基礎理論問題。”張俊杰首先展示了三相三柱鐵心、三相立體卷鐵心、三相立體疊鐵心、星型三相立體疊鐵心等不同三相鐵心的主磁路仿真結果。特別指出三相三柱鐵心仿真需考慮磁各向異性。又以三相五柱鐵心為例，上軛磁路由于材料非線性、磁阻非線性、磁路獨立與關聯等因素無法用向量表示，而應采用諧波激勵的特殊波形表示。三相立體鐵心與三相五柱鐵心類似，同樣存在時域非對稱導致的諧波損耗問題。

他在總結鐵心中的電工基礎理論問題時，將其分為三大類，一是材料性能方面，包括磁化性能、比總損耗及其組成、磁滯模型、磁致伸縮、高頻材料特性、應用定制材料及制備工藝等；二是制造工藝方面，需要考慮鐵心結構、接縫問題、剪切應力、夾緊力、彎曲應力、操作因素等影響工藝系數，帶來的鐵心附加損耗；三是電氣特性方面，需綜合考慮振動噪音、橫向磁通渦流損耗、表面電阻與接地、鐵心溫升等常規問題，以及過激磁、直流偏磁、諧波損耗、旋轉磁通損耗等特殊問題。

鐵心制造中需關注的幾個電工基礎問題

電工基礎理論在鐵心制造中應用廣泛，從材料選擇、結構設計、制造工藝到性能測試與優化都需要考慮電工基礎理論的原理和方法。通過運用電工基礎理論，可以有效提高鐵心的性能和質量，滿足電力系統和電氣設備的需求。

鐵心在疊裝時，硅鋼片的接縫方式非常重要。一般來說，接縫方式的設計會直接影響鐵心的磁性能和機械強度。張俊杰在報告中指出，目前鐵心接縫以多步進搭接結構為主。以兩片一疊六步進接縫為例，通過仿真可知，其磁通分布與通常認知不同，接縫處兩片磁通從接縫同一側穿過，六步進135246順序比123456順序，磁通穿片數更多，可能產生額外損耗。

通過單片級三維電磁仿真可見六步進各層硅鋼片的接縫區域磁場分布非常不一致，存在一些磁通集中區域，這就是接縫引起附加額外損耗的原因。接縫處的渦流損耗隨接縫的步進形式以及步進長度來變化。接縫處的渦流產生洛倫茲力，導致接縫處片與片間的振動，是變壓器鐵心產生振動噪音非常重要的根源。

而針對時域非對稱導致的諧波損耗計算問題，張俊杰重點解析了諧波損耗的算法。他認為，由于鐵心非線性不滿足疊加原理，因此采用磁通波形傅里葉分解方法計算諧波損耗是錯誤的，正確的理論計算方法是波形分析法和磁滯模型的方法。

除上述問題外，張俊杰還指出疊片橫向磁通渦流損耗問題是目前電磁場研究中有待解決的難點問題，磁導率、電導率各向異性等效目前缺少有效的理論方法；電機存在旋轉磁通損耗的問題，變壓器鐵心中同樣存在；鐵心噪聲機理應當是接縫處的電動力；鐵心熱導率各向異性導致鐵心溫升計算困難等。

以上這些相關研究會涉及電、磁、路、熱、力、流體、振動、噪音等多個交叉學科，張俊杰認為，未來鐵心產業鏈上下要持續鉆研、不斷創新，加強合作交流，形成優勢互補、資源共享的產業生態圈，為我國電氣產業發展做出更大貢獻！