近日，第一届“铁心产业链年会暨高质量发展论坛”在安庆成功举行，来自软磁材料生产、铁心制造、设备制造、检测、绝缘材料、科研院所的相关负责人约350人参会，围绕“低碳、绿色、高质量协同发展”主题进行了深入探讨。教授级高工、无锡普天铁心股份有限公司绿色电工理论与应用研究院院长张俊杰应邀参会，并以《铁心中的电工基础理论问题》为题作会议报告。报告围绕输变电设备种类、大型电力变压器、引申技术、大型电力变压器结构、电抗器结构、电缆终端结构铁心中的电工基础理论开展，突破传统思维局限，重点剖析了铁心主磁路、铁心接缝、损耗计算等方面问题，给与会者带来一场生动专业的演讲。

简单的铁心，不简单的电工基础理论

铁心产业是中国式现代经济建设不可缺少的加工制造服务业，也是磁性材料与电机、变压器不可分割的“桥梁”。在市场和政策双重作用下，当前铁心行业正朝着“制造智能化、材料高品化、产品绿色化”的方向迈进。铁心，在产业链中不仅仅是简单的一个部件，要想全面了解它就需要深层解析它。

“简单的铁心中有着不简单的电工基础理论问题。”张俊杰首先展示了三相三柱铁心、三相立体卷铁心、三相立体叠铁心、星型三相立体叠铁心等不同三相铁心的主磁路仿真结果。特别指出三相三柱铁心仿真需考虑磁各向异性。又以三相五柱铁心为例，上轭磁路由于材料非线性、磁阻非线性、磁路独立与关联等因素无法用向量表示，而应采用谐波激励的特殊波形表示。三相立体铁心与三相五柱铁心类似，同样存在时域非对称导致的谐波损耗问题。

他在总结铁心中的电工基础理论问题时，将其分为三大类，一是材料性能方面，包括磁化性能、比总损耗及其组成、磁滞模型、磁致伸缩、高频材料特性、应用定制材料及制备工艺等；二是制造工艺方面，需要考虑铁心结构、接缝问题、剪切应力、夹紧力、弯曲应力、操作因素等影响工艺系数，带来的铁心附加损耗；三是电气特性方面，需综合考虑振动噪音、横向磁通涡流损耗、表面电阻与接地、铁心温升等常规问题，以及过激磁、直流偏磁、谐波损耗、旋转磁通损耗等特殊问题。

铁心制造中需关注的几个电工基础问题

电工基础理论在铁心制造中应用广泛，从材料选择、结构设计、制造工艺到性能测试与优化都需要考虑电工基础理论的原理和方法。通过运用电工基础理论，可以有效提高铁心的性能和质量，满足电力系统和电气设备的需求。

铁心在叠装时，硅钢片的接缝方式非常重要。一般来说，接缝方式的设计会直接影响铁心的磁性能和机械强度。张俊杰在报告中指出，目前铁心接缝以多步进搭接结构为主。以两片一叠六步进接缝为例，通过仿真可知，其磁通分布与通常认知不同，接缝处两片磁通从接缝同一侧穿过，六步进135246顺序比123456顺序，磁通穿片数更多，可能产生额外损耗。

通过单片级三维电磁仿真可见六步进各层硅钢片的接缝区域磁场分布非常不一致，存在一些磁通集中区域，这就是接缝引起附加额外损耗的原因。接缝处的涡流损耗随接缝的步进形式以及步进长度来变化。接缝处的涡流产生洛伦兹力，导致接缝处片与片间的振动，是变压器铁心产生振动噪音非常重要的根源。

而针对时域非对称导致的谐波损耗计算问题，张俊杰重点解析了谐波损耗的算法。他认为，由于铁心非线性不满足叠加原理，因此采用磁通波形傅里叶分解方法计算谐波损耗是错误的，正确的理论计算方法是波形分析法和磁滞模型的方法。

除上述问题外，张俊杰还指出叠片横向磁通涡流损耗问题是目前电磁场研究中有待解决的难点问题，磁导率、电导率各向异性等效目前缺少有效的理论方法；电机存在旋转磁通损耗的问题，变压器铁心中同样存在；铁心噪声机理应当是接缝处的电动力；铁心热导率各向异性导致铁心温升计算困难等。

以上这些相关研究会涉及电、磁、路、热、力、流体、振动、噪音等多个交叉学科，张俊杰认为，未来铁心产业链上下要持续钻研、不断创新，加强合作交流，形成优势互补、资源共享的产业生态圈，为我国电气产业发展做出更大贡献！