船舶电气设备铁损及其抑制的研究
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摘要：带有线圈的铁心在线圈接通正弦交流电流时会被反复磁化，因为磁滞现象会出现磁滞损失。加之铁心内部由于磁感应的作用，会出现涡流，涡流会在铁心内部流动，就会出现功率的损耗，也就是涡流损失。我们要谈及的铁损就是磁滞损失和涡流损失的综合。我们在此对铁损进行研究，就具有重要的现实意义。
中图分类号： U66 文献标识码： A 文章编号：
1.船舶电气设备的特点
船舶电气设备的主要组成部分是，船舶电站、电力拖动既控制系统、自动化系统、照明以及航行信号系统、船内通信系统。这些虽然是种类不同的设备，但都各具个性，但是也有以下的共同性。
首先，和机械设备、系统紧密相关。随着电气化被广泛应用到船舶之中，几乎涉及到所有的船舶的机构和设备系统之中，让这些设备具有“嵌入性”和“服务性”的特点。现今的船舶的各个机械设备和机械系统对于电气化设备的依赖程度越来越强。
其次，普遍的采用了先进的新技术。在工业领域的模糊控制以及智能仪表灯以及计算机领域之中的总线控制技术、PLC技术等，在船舶大型的系统以及设备中都已经得到了广泛的应用。对于新技术的采用让船员面对新系统时变得无所适从，这就对他们提出了更高的要求。
再次，故障具有突发性。现今的船舶电气化已近逐渐走向模块化和信息化以及计算机化，对于设备的检测和维护中，一些故障具有隐蔽性的特点，船舶的电气化设备很容易出现故障。
最后，设备的运行对于环境要求很高，设备的种类很多，寿命周期不一。船舶的电气设备的运转对温度的要求很高，气动阀件对空气清洁度等都有很高的要求。还有船舶电气的种类很多，厂家不一，这就造成了各设备元件的生命周期和运行环境存在多样性的特点。
2.磁滞损失
为了方面进行研究，我们画出了磁滞回线，如下图1.图中带有箭头的回线代表的是铁心受到交流电流的作用之后，在反复磁化一周之中磁感应B和磁场强度变动的实际情况。
若我们用A来代表磁场建成之后磁场中的能量密度，这个时候磁感应就该由零逐渐递增到B，那么就有：（下面公式所示）
只要我们把（1）中的积分上、下限换为适当的上、下限，这个就可以来研究铁心受到反复磁化一周之后，它的单位体积内部的电量就会出现相应的变动。从上图1来看，当图示中的h点顺着磁滞回线回到C点的位置时，H就会出现大于0的情况，dB也会出现大于0的情况。因此，我们可以得到：（2）
（1）
这个就是铁心磁化的时候由外电源供应的能量，在（2）中MH、MB 是图1示中的B和H的标度。
相同的道理，我们可以得到在顺着磁滞回线的cd部分之时，就会出现H大于0，而dB会小于0，这个是铁心退磁时候返回给外部电源的能量。当沿着磁滞回线df部分时，H会小于0，dB也会小于0，这个时候的铁心在反方向磁化时，外部电源供给的能量。在顺着磁滞回线的fg部分之时，H小于0而dB会大于0，这是把能量返回给外部电源。在顺着磁滞回线的gh部分之时，H会大于0，dB也会大于0，这是能量由外部的电源供给的情况。
从这里我们可以知晓，在铁心受到反复磁化一周的时候，会出现能量的损失。如果我们用Ah来表示铁心在每次反复磁化一周之中单位体积内损耗的能量，就有（3）。在这个公式之中，S表示的是磁滞回归线的面积。因为有这种损失的存在，铁心在受到反复磁化的时候要散发热量，就会出现磁滞损失。
3.涡流损失
具有铁心的绕组接上下弦交流电源之后，依据电磁感应的相关定律，在绕组之中会出现正弦磁通：，铁心在这个磁通的作用之下，就相当于切割了磁力线，就会出现感应电势，会在铁心之中形成涡流，这个涡流会让铁心出现发热的情况，会导致电能方面的损失，从而会降低交流电机以及变压器等电气设备的效率。
整个涡流的损失计算过程是一个相当复杂的过程。我们以一个片状的导体作为例子，假设在磁场的方向和导片之间的平行的关系。我们设导片的厚度为h，宽度为b,长度为nh,这里说的n是一个很大的信数。导面的截图如（4）所示，图中的虚线代表的是一个元涡流的回路。
令磁感应B是均匀的，而且它随着时间会作正弦变化。实际上正弦交流的电源产生的磁感应B是按照这个规律变化的。因此，磁感应B的瞬时值就可以用下面的公式（5）表示：
公式之中的Bm 就是磁感应的幅值，f是磁感应变化的频率。虚线表示的回路内应力电动势（6），以及电阻的定义，这个回路的电阻是：（7），其中这里面的p是导体片的电阻率。这个耗损在这一回路内的瞬时功率就是：（8），我们从上面就可以求出耗损在整个的导片内部的瞬时功率就是：（9），在公式之中：就是导片的体积。
在实际的意义上，对于正弦交流电无论是在计算还是对功率的测定上，通常都是一个周期内的平均功率，并用P表示。我们可以从导片内由于出现涡流引起的功率损失可以表示为：（10）
4.抑制措施
4.1对于材料的处理
要想实现对于磁滞的降低，就需要对绕组中的铁心的材料选用方面选择磁滞回线包络面积比较小的材料，也就是一些软磁材料。还可以选用Bm值比较低的软磁材料，可以实现降低涡流的目标。
4.2制造和使用
在对感性电气制造的工艺方面，对于硅铜片的叠置方向的选择需要和磁力线保持平行的位置。这样对于每一片来说切割磁力线相对比较少，在各片之中产生的涡流也就会相应的大大降低。还要防止设备过频运转。
4.3维修和保养
对于交流电机被烧坏之后，不仅仅需要做好对绕组的及时更换，对于其铁片和硅钢片之间，也需要做好彻底的绝缘处理。否则会出现电机效率降低，而且可能会因为温度过高出现烧毁的情况，需要最好对类似设备的维护，在进行保养和拆装的过程中还需要防止铁心绝缘的损坏。
结束语
通过对铁损的研究和分析，找出磁滞损失和涡流损失的原理依据，根据这些依据，做好抑制方面的工作。这对交流电器的节能和保障船舶电气设备的正常有一定的实际指导意义。
参考文献：
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