归纳实验数据 深入分析研究

           一、理论基础

   铁磁材料中的 铁损结构及其特征

   在物理学里，我们都知道一个位于通有交流电绕组中的铁芯内会产生涡流损耗和磁滞损耗 。在铸铁或钢板铁芯中，涡流损耗为大头 。磁滞损耗与交流电频率成正比。如果绕组是接在绕线电机转子三相电路上的，则随电机转速上升，转子电流频率不断下降，磁滞损耗亦将随之下降。因此磁滞损耗为 小头，对整体性能的影响不大。50赫芝的工频电流在同一铁芯中产生的磁滞损耗不到全部铁芯中电耗功率的10％。                                                

          二、集肤效应

   涡流损耗亦同电流频率有关。高频电流在铁芯中仅流动在其表面，称为集肤效应 。但低频电流 的渗透较深，50赫芝交流电流的 渗透深度 约为三至五毫米。因此10MM厚钢板的 单重损耗 利用率最高。

   集肤效应在高频加热器 上的功能最为明显。在机械工业中，高频电流的集肤效应被应用于薄金属另件的快速升温加工之用。我曾看到铜制的波形管的加热就是将高频线圈套在薄铜管外，通电后，铜管立即升温烧红，再经滚压而呈波浪型。

      三、确定材质及尺寸规格

   根据电工试验室的实验数据，我们选定了铁磁材料的材质和钢板铁芯的形状和尺寸规格。

   1.铸铁铁芯不可取，钢板铁心是方向。

   铸铁铁芯铸造工序复朵，加工亦不易，且只能铸成圆环形。缠绕绕组很不方便。在同一激磁强度时，铁损小，不经济。

   2.钢板铁芯厚度以10MM最合适。此厚度为铁芯内的涡流提供了足够的厚度。据查到的文献资料，在普碳钢钢板中，50赫芝交流电的涡流渗透厚度约为三至五毫米，双面则为六至十毫米。用在电机转子电路中时，因频率还会隨电机转速上升而下降，涡流将更深地渗入钢板内芯，使整个铁芯的十毫米厚度得到比较充份的利用。                        

    四、突破

   确定新型变阻器的材质和最佳铁芯尺寸规格仅是第一步。还有一个更重要，难度更大的环节需要解决：即怎样才能获得 恒力矩的起动特性？

   于是，我从另一个角度来分析另一批原被忽略的：铁芯工作在极高的激磁状态，即铁心高度饱和状态下的几千个实验数据。

   经仔细分析研究和归纳。钢板铁磁性能的又一领域：高激磁 和 高饱和度 ，这个在传统变压器，电机铁心中决不选用的特殊领域竟有可能成为我正在研制的新型变阻器 的正常工作领域。

   当钢板铁芯工作于高激磁 、高饱和的状态时，铁芯内外磁力线的分布将处于 高漏磁状态。

   将上百条铁芯处于该三高状态的电机机械特点整理和筛选出时，我发现电机的起制动过程的机械性竟基本是恒力矩的，即P2/S将基本处于恒定。也即该式的分子项：转子电路内的总功耗基本与S的変化成正比关系。

   我将高激磁、高度饱和及高漏磁归纳称为，三高 工作状态。

   在三高状态下，普普通通的钢板 产生了我追求的 恒力矩起制动性能。

   在常规变压器及带铁芯的电器中，最忌讳的磁化状态却是新型起动变阻器得以获得恒力矩的手段。这是多么有趣的经验与收获。

   在设计和调试中，三高是很容易获得的。只要按电机功率与BP铁磁材料重量之比选为2千瓦/公斤铁重即可。此时铁心磁通密度将高达13000至15000高斯，己处于铁芯的高度饱和区域，它己位于磁化曲线靠右的缓升区，远离其正常的工作范围。

       逆向思维

   新型变阻器成为正规电器产品后，我们给它取了个新名词“频敏变阻器”。这是由于它的独特性能与电机转子电路中电流频率的变化密不可分而定的。使频敏变阻器工作于三高的工作状态获得了极难形成的交流绕线型电机恒力矩起动性能。

   频变变的汉语拼音第一个字母为BP，于是BP成为该新产品的代名词。BP工作的三高领域是常规变压器的禁区 ，而三高却是BP获得优良性能的乐园 ，变废为 宝 。我由此颇为感慨，并有所悟：这正是在科研工工作中运用唯物辨证法的收获。在科学研究中常规 的思维方式与逆向思维方式都不可缺。

     另一个实例是磁路中气隙的问题

   空气间隙在电磁器械中会增加磁路磁阻而被当作一个不利参数 ，力求减少。在变压器制造中，必需尽力将其压缩至最低值。

   但在BP应用于电机传动时，如在包钢初轧厂用于大剪前运输辊道的BP，在调试时，我在其啟动BP的铁芯磁路中，有意将 上铁芯轭紧贴下铁芯的结构，改为在 上、下铁芯间增加了十毫米的空气间隙 。这一措施因加大了BP磁路、磁阻、漏磁加大而硬化了电机机械特性，提高了该辊道的运行转速。这又是一个 逆向思维 ，化不利因素为有利因素的实例。

   BP的研制经验又说明了科学研究工作的另一条规律：BP的研究过程反映了科学研究不可拘泥于常规的或固定的思维模式。

   三高铁磁材料一种十分特殊的运行状态。承认和接受一种使所研究对象工作于异于正规的工作状态，在科研工作中，可能是不应回避的。

   我是一名电力传动技术的工程师。我的工作是电力传动技术的设计研究和应用。若要取得创新的成果，我就不应该拘泥于传统的覌念和应用传统的技术。

  包头钢铁设计院升级为：包头钢铁设计研究院。

  频敏变组器的发明、得益于我们在张建仁院长的支持下建立了一个其他钢铁设计院没有的电工试验室。频敏变组器的研究试验都是在这个试验室内完成的，只有研究院才会有相应的试验室。

   经包钢领导批准，包钢设计院升级为包头钢铁设计研究院。之后，其他钢铁设计院、如北京钢铁设计院也建立了由顾旭庭工程师负责的电工试验室。随后，院名也升级为北京钢铁设计研究院。