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[摘 要]本文着重对影响发动机定子铁芯磁化试验中的定子整体温升、局部温升和单位铁芯损耗的原因进行了较详细分析，并结合定子磁化试验案例，找出影响磁化试验结果的原因和处理方法， 并对测温仪器的选择及消除误差的方法进行了叙述，提高了试验结果的准确性和试验数据的真实性。
[关键词]定子铁芯 磁化试验 分析
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0017-01
1.前言
发电机定子的铁芯是发电机重要的大型部件之一，是由硅钢片叠压组装而成。在发电机定子铁芯组装完成交接时、全部与局部修理完成时或者在运行过程中对发电机定子铁芯状态产生怀疑时，都要对发电机定子铁芯进行磁化试验，测量发电机定子铁芯的温度是否异常，单位铁芯损耗是否在规程规范规定的范围内，从而综合判断定子铁芯是否存在缺陷。
2.铁芯磁化试验的原理
铁芯磁化试验常用的方法是在定子铁芯外部缠绕若干匝数的励磁线圈，并对励磁线圈通入50Hz的交流电源，使定子铁芯内部产生磁通密度1.0T左右的交变磁场，从而在定子铁芯内部产生铁芯损耗，即涡流损耗和磁滞损耗。
3.铁芯材料对磁化试验的影响分析
定子铁芯磁化试验的目的就是通过测量计算铁芯损耗大小和监视铁芯温度来判断定子铁芯的材料是否符合设计标准或者判断定子铁芯的组装、叠片质量是否合格，最终保证定子铁芯温度在标准规定的范围内。用于判别定子铁芯质量的试验数据主要有三种：定子铁芯相同部位不同测点的温差、定子铁芯的整体温升、定子铁芯比损耗。
3.1 定子铁芯整体温升分析
磁滞损耗是铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗，根据磁滞损耗公式--①可以看出磁滞损耗与磁滞回线的面积、电源频率f和铁芯体积V是成正比的。②可以看出，涡流损耗与感应电动势比例常数K、电源频率f、硅钢片厚度d、最大磁感应强度Bm和体积成正比关系。
3.2 定子铁芯局部温升分析
由磁滞损耗的产生原理我们可以知道影响磁滞损耗的几个主要因素只会对定子铁芯的整体温升产生影响，而对局部温度影响很小。因此，铁芯各部位不同测点的温度差的大小不会是由磁滞损耗引起的。
而根据涡流损耗的产生原理我们可以知道当两片相邻的硅钢片之间一旦绝缘损坏而发生短路，那么在交变磁场的作用下，两片相邻硅钢片之间就会在短路点处产生发热，导致硅钢片短路点附近的温度相对定子铁芯整体温度要高很多。
根据以上情况分析可以看出，定子铁芯绝缘材料的选择和硅钢片表面绝缘层喷涂质量的好坏，决定了定子铁芯局部或整体温升值的大小，同时也决定了发电机能否安全可靠的运行及其使用寿命。
3.3 定子铁芯的损耗
定子铁芯磁化试验的铁芯损耗就是磁滞损耗和涡流损耗之和，其单位铁芯损耗的公式是--③，其中P是铁芯实测总损耗，可由瓦特表测量得到；P1/50是当B=1.0T、f=50Hz时，每千克硅钢片的铁芯损耗。
4.铁芯磁化试验结果分析及处理
根据前文所述，结合磁通密度公式--④（Q是铁芯轭部截面积，W是磁化线圈与测量线圈匝数比，U是电源电压）可以得出，铁芯磁化试验中的各种参数都可以对磁化试验的结果产生影响。
4.1 试验器材对铁芯损耗的影响
某电站新安装的水轮发电机组在定子铁芯叠装完成后进行磁化试验，试验用准确级0.5级的低功率瓦特表、电压表、电流表分别测量铁芯损耗功率、电源电压、磁化线圈的电流，三块表计都是高精度机械指针式表计。试验过程中，试验人员发现上述的三块机械指针式表计都存在小范围的指针摆动，并且计算出的单位铁芯损耗值在第20分钟时已经超过设计标准值1.4175W/kg。
停止试验后，做了以下检查：各种试验参数的复核，试验仪器仪表的接线是否正确，试验仪器仪表精度是否符合要求，一次、二次接线是否松动，磁化线圈匝数是否正确，磁化线圈绕线是否闭合，测量线圈匝数是否正确，测量线圈绕线是否闭合，一次、二次电缆的线径是否符合要求，并对所有的接线端子、螺丝等紧固件进行进一步紧固。在对所有接线端子和螺丝紧固过程中发现，有部分电压和电流回路的端子接线存在紧固力不足，虽然接线用力拉扯也不会掉出，但是端子螺丝的压紧力度没有达到规定值。完成检查后，继续对该定子铁芯进行磁化试验，其单位铁芯损耗值为1.407W/kg，满足设计要求。
4.2 铁芯绝缘对铁芯损耗的影响
广西某水电厂在1#机组定子改造后进行的磁化试验中发现，其90min时测量定子轭部最大温升为11.88K，齿部最大温升为13.13K；轭部最大温差为10.43K，齿部最大温差为6.25K；单位铁芯损耗实测值为2.426W/kg，标准为1.75W/kg。这个现象与本文4.1中所举实例在数据上非常类似。
现场的试验人员在进行各项检查并进行第二次试验后，排除了以下原因：计算公式有误；施工工艺问题；拉紧螺杆短路；测量线圈缠绕方式；铁芯局部硅钢片绝缘损坏；铁芯硅钢片钢材问题等。最后经过厂家对定子硅钢片绝缘抽样检测，确定硅钢片表面绝缘厚度偏薄，导致片间绝缘强度不够。通过对所有硅钢片表面绝缘处理过后，进行第三次试验，结果如下：90min时测量定子轭部最大温升为14.73K，齿部最大温升为13.1K；轭部最大温差为6K，齿部最大温差为3.82K；单位铁芯损耗为1.726W/kg满足设计要求。
由上述例子可以看出，铁芯硅钢片的表面绝缘厚度偏薄，导致单位铁芯损耗不能满足设计要求，虽然在90min试验过程中其各部温度也可以在规范要求的范围内，但在机组运行过程中，定子各部位的温度必然无法满足机组长时间的运行。
4.3 测温误差的消除方法
因环境因素的影响和温度测量装置的误差，定子铁芯各部位读取的初始温度必定是不同的。例如定子铁芯某部位处于迎风口，导致该部位温度必然低于其它部位的温度。消除环境和装置因素引起的测量误差主要有：
（1）应确保定子铁芯各部位的温差最小，定子机座迎风口部位应加装防风措施；
（2）测温热电偶的引出线长短、粗细应一致，引线端子应压紧尽量减小引线的接触电阻。
（3）记录定子试验前各测点的初始温度，并计算出原始温差值，在计算某时间的温差值时，减去初始温度时的温差值，消除环境和装置误差对温差数据的影响。
（4）尽量缩短各测量点的测量时间，减小测量时间对温差数据的影响。
5.试验数据对磁化试验结果分析的影响
由定子铁芯损耗导致的定子铁芯温度的升高对发电机的长期运行是非常不利的，这一点已毋庸置疑。定子铁芯所采用的各种措施如降低硅钢片厚度、加强硅钢片表面绝缘、选择高磁导率硅钢片、降低硅钢片导电率等都是为了减小铁芯的损耗，从而最终达到降低因磁场引起的温升的目的。
定子铁芯损耗是以发热的物理形态表现出来的，定子铁芯的温升值是判定铁芯质量的终极指标，一旦温度出现异常则可直接判定定子铁芯有质量缺陷；而定子单位铁芯损耗值大小决定了定子铁芯温升值的大小，可作为辅助判断条件。
6.结束语
定子铁芯磁化试验是检验发电机定子铁芯质量的常规手段，所使用的方法也已成熟，并对铁芯质量的优劣可以做到准确检测。试验成功与否，涉及到试验人员在试验过程中更多的是要注意试验的细节，正确使用试验仪器，对试验数据的异常要进行综合分析，找出影响试验结果的真正原因，使之提高试验结果的准确性和试验数据的真实性，防止误判现象的发生。
参考文献
[1] GB/T 20835-2007 发电机定子铁心磁化试验导则.
[2] 李建明，朱康.《高压电气设备试验方法》（第二版）.
[3] 辜承林，陈乔夫，熊永前.《电机学》（第三版）华中科技大学出版社.
[关键词]定子铁芯 磁化试验 分析
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0017-01
1.前言
发电机定子的铁芯是发电机重要的大型部件之一，是由硅钢片叠压组装而成。在发电机定子铁芯组装完成交接时、全部与局部修理完成时或者在运行过程中对发电机定子铁芯状态产生怀疑时，都要对发电机定子铁芯进行磁化试验，测量发电机定子铁芯的温度是否异常，单位铁芯损耗是否在规程规范规定的范围内，从而综合判断定子铁芯是否存在缺陷。
2.铁芯磁化试验的原理
铁芯磁化试验常用的方法是在定子铁芯外部缠绕若干匝数的励磁线圈，并对励磁线圈通入50Hz的交流电源，使定子铁芯内部产生磁通密度1.0T左右的交变磁场，从而在定子铁芯内部产生铁芯损耗，即涡流损耗和磁滞损耗。
3.铁芯材料对磁化试验的影响分析
定子铁芯磁化试验的目的就是通过测量计算铁芯损耗大小和监视铁芯温度来判断定子铁芯的材料是否符合设计标准或者判断定子铁芯的组装、叠片质量是否合格，最终保证定子铁芯温度在标准规定的范围内。用于判别定子铁芯质量的试验数据主要有三种：定子铁芯相同部位不同测点的温差、定子铁芯的整体温升、定子铁芯比损耗。
3.1 定子铁芯整体温升分析
磁滞损耗是铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗，根据磁滞损耗公式--①可以看出磁滞损耗与磁滞回线的面积、电源频率f和铁芯体积V是成正比的。②可以看出，涡流损耗与感应电动势比例常数K、电源频率f、硅钢片厚度d、最大磁感应强度Bm和体积成正比关系。
3.2 定子铁芯局部温升分析
由磁滞损耗的产生原理我们可以知道影响磁滞损耗的几个主要因素只会对定子铁芯的整体温升产生影响，而对局部温度影响很小。因此，铁芯各部位不同测点的温度差的大小不会是由磁滞损耗引起的。
而根据涡流损耗的产生原理我们可以知道当两片相邻的硅钢片之间一旦绝缘损坏而发生短路，那么在交变磁场的作用下，两片相邻硅钢片之间就会在短路点处产生发热，导致硅钢片短路点附近的温度相对定子铁芯整体温度要高很多。
根据以上情况分析可以看出，定子铁芯绝缘材料的选择和硅钢片表面绝缘层喷涂质量的好坏，决定了定子铁芯局部或整体温升值的大小，同时也决定了发电机能否安全可靠的运行及其使用寿命。
3.3 定子铁芯的损耗
定子铁芯磁化试验的铁芯损耗就是磁滞损耗和涡流损耗之和，其单位铁芯损耗的公式是--③，其中P是铁芯实测总损耗，可由瓦特表测量得到；P1/50是当B=1.0T、f=50Hz时，每千克硅钢片的铁芯损耗。
4.铁芯磁化试验结果分析及处理
根据前文所述，结合磁通密度公式--④（Q是铁芯轭部截面积，W是磁化线圈与测量线圈匝数比，U是电源电压）可以得出，铁芯磁化试验中的各种参数都可以对磁化试验的结果产生影响。
4.1 试验器材对铁芯损耗的影响
某电站新安装的水轮发电机组在定子铁芯叠装完成后进行磁化试验，试验用准确级0.5级的低功率瓦特表、电压表、电流表分别测量铁芯损耗功率、电源电压、磁化线圈的电流，三块表计都是高精度机械指针式表计。试验过程中，试验人员发现上述的三块机械指针式表计都存在小范围的指针摆动，并且计算出的单位铁芯损耗值在第20分钟时已经超过设计标准值1.4175W/kg。
停止试验后，做了以下检查：各种试验参数的复核，试验仪器仪表的接线是否正确，试验仪器仪表精度是否符合要求，一次、二次接线是否松动，磁化线圈匝数是否正确，磁化线圈绕线是否闭合，测量线圈匝数是否正确，测量线圈绕线是否闭合，一次、二次电缆的线径是否符合要求，并对所有的接线端子、螺丝等紧固件进行进一步紧固。在对所有接线端子和螺丝紧固过程中发现，有部分电压和电流回路的端子接线存在紧固力不足，虽然接线用力拉扯也不会掉出，但是端子螺丝的压紧力度没有达到规定值。完成检查后，继续对该定子铁芯进行磁化试验，其单位铁芯损耗值为1.407W/kg，满足设计要求。
4.2 铁芯绝缘对铁芯损耗的影响
广西某水电厂在1#机组定子改造后进行的磁化试验中发现，其90min时测量定子轭部最大温升为11.88K，齿部最大温升为13.13K；轭部最大温差为10.43K，齿部最大温差为6.25K；单位铁芯损耗实测值为2.426W/kg，标准为1.75W/kg。这个现象与本文4.1中所举实例在数据上非常类似。
现场的试验人员在进行各项检查并进行第二次试验后，排除了以下原因：计算公式有误；施工工艺问题；拉紧螺杆短路；测量线圈缠绕方式；铁芯局部硅钢片绝缘损坏；铁芯硅钢片钢材问题等。最后经过厂家对定子硅钢片绝缘抽样检测，确定硅钢片表面绝缘厚度偏薄，导致片间绝缘强度不够。通过对所有硅钢片表面绝缘处理过后，进行第三次试验，结果如下：90min时测量定子轭部最大温升为14.73K，齿部最大温升为13.1K；轭部最大温差为6K，齿部最大温差为3.82K；单位铁芯损耗为1.726W/kg满足设计要求。
由上述例子可以看出，铁芯硅钢片的表面绝缘厚度偏薄，导致单位铁芯损耗不能满足设计要求，虽然在90min试验过程中其各部温度也可以在规范要求的范围内，但在机组运行过程中，定子各部位的温度必然无法满足机组长时间的运行。
4.3 测温误差的消除方法
因环境因素的影响和温度测量装置的误差，定子铁芯各部位读取的初始温度必定是不同的。例如定子铁芯某部位处于迎风口，导致该部位温度必然低于其它部位的温度。消除环境和装置因素引起的测量误差主要有：
（1）应确保定子铁芯各部位的温差最小，定子机座迎风口部位应加装防风措施；
（2）测温热电偶的引出线长短、粗细应一致，引线端子应压紧尽量减小引线的接触电阻。
（3）记录定子试验前各测点的初始温度，并计算出原始温差值，在计算某时间的温差值时，减去初始温度时的温差值，消除环境和装置误差对温差数据的影响。
（4）尽量缩短各测量点的测量时间，减小测量时间对温差数据的影响。
5.试验数据对磁化试验结果分析的影响
由定子铁芯损耗导致的定子铁芯温度的升高对发电机的长期运行是非常不利的，这一点已毋庸置疑。定子铁芯所采用的各种措施如降低硅钢片厚度、加强硅钢片表面绝缘、选择高磁导率硅钢片、降低硅钢片导电率等都是为了减小铁芯的损耗，从而最终达到降低因磁场引起的温升的目的。
定子铁芯损耗是以发热的物理形态表现出来的，定子铁芯的温升值是判定铁芯质量的终极指标，一旦温度出现异常则可直接判定定子铁芯有质量缺陷；而定子单位铁芯损耗值大小决定了定子铁芯温升值的大小，可作为辅助判断条件。
6.结束语
定子铁芯磁化试验是检验发电机定子铁芯质量的常规手段，所使用的方法也已成熟，并对铁芯质量的优劣可以做到准确检测。试验成功与否，涉及到试验人员在试验过程中更多的是要注意试验的细节，正确使用试验仪器，对试验数据的异常要进行综合分析，找出影响试验结果的真正原因，使之提高试验结果的准确性和试验数据的真实性，防止误判现象的发生。
参考文献
[1] GB/T 20835-2007 发电机定子铁心磁化试验导则.
[2] 李建明，朱康.《高压电气设备试验方法》（第二版）.
[3] 辜承林，陈乔夫，熊永前.《电机学》（第三版）华中科技大学出版社.