白洋

[摘 要]近年來，扁電磁線導(dǎo)體直流電阻平衡性問題得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文首先介紹了樣品制備和分析方法，分析了原材料加工方式對電阻不平衡率的影響等電阻不平衡的原因，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了包括導(dǎo)體截面尺寸偏差太大的解決方案，以及銅線坯電阻率不均勻的解決方案，希望有助于相關(guān)工作的實(shí)踐。

[關(guān)鍵詞]扁電磁線導(dǎo)體；直流電阻；平衡性；研究

中圖分類號：TM245 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0324-01

一、前言

隨著扁電磁線導(dǎo)體應(yīng)用要求的不斷提高，研究其直流電阻平衡性問題至關(guān)重要。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對其直流電平衡性問題的掌控力度，從而通過合理化的措施對其應(yīng)用效果進(jìn)行掌控。

二、樣品制備和分析方法

1.樣品制備

目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)電磁線用繞包銅扁線的工藝流程如下：原材料加工成銅線坯→拉線→退火→繞包→成盤。

2.分析方法

電阻計(jì)算公式：R=ρL/S （1）

式中，R為電阻；ρ為導(dǎo)體材料的直流電阻率；L為導(dǎo)體的長度；S為導(dǎo)體的橫截面積。

直流電阻不平衡率的計(jì)算公式：

電阻不平衡率=2（R20max-R20min）/（R20max+R20min）×100% （2）

式中，R20max和R20min分別為電磁線導(dǎo)體換算成20℃時(shí)的最大直流電阻值和最小直流電阻值。

導(dǎo)體電阻率不平衡率計(jì)算公式為：

電阻率不平衡率=2（ρ20max-ρ20min）/（ρ20max+ρ20min）×100% （3）

式中，ρ20max和ρ20min分別為電磁線導(dǎo)體換算成20℃時(shí)的最大直流電阻率和最小直流電阻率。

導(dǎo)體的最小截面積和最大截面積計(jì)算公式為：

Smin=amin×bmin-0.8584×r2max （4）

Smax=amax×bmax-0.8584×r2min （5）

式中，Smin、Smax分別為最小截面積和最大截面積；amin、amax分別為最小窄邊和最大窄邊；bmin、bmax分別為最小寬邊和最大寬邊；rmin、rmax分別為最小圓角和最大圓角。

三、電阻不平衡原因分析

1.原材料加工方式對電阻不平衡率的影響

由式（1）和式（3）可知，在同等長度和截面積的情況下，電阻的大小由電阻率決定，電阻不平衡率可用電阻率不平衡率表示。將各個(gè)廠家同一天生產(chǎn)的銅線坯視為同一批次，對連鑄連軋法、上引法和浸涂成型法三種不同加工方法半年內(nèi)生產(chǎn)的銅線坯的電阻率不平衡情況進(jìn)行比較可知，三種加工方法生產(chǎn)的銅線坯的電阻率差異明顯，即使同一種加工方法，電阻率在半年內(nèi)也波動(dòng)較大，在半年內(nèi)不同批次之間，三種加工方式生產(chǎn)的銅線坯電阻率不平衡率均超過2%的標(biāo)準(zhǔn)要求，表明同一加工方法生產(chǎn)的不同批次之間的銅線坯混用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電阻不平衡率超標(biāo)情況。將各個(gè)廠家不同批次的電阻率不平衡率情況分別比較，結(jié)果可知，同一加工方式的銅線坯，除個(gè)別批次之外，電阻率不平衡率基本都在2%的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)?？梢?，不同的加工方式以及同一加工方式下的不同批次都會(huì)導(dǎo)致銅線坯電阻率不均勻，進(jìn)而引起導(dǎo)體電阻的不平衡。

2.拉線工藝對電阻不平衡率的影響

拉線工藝影響著導(dǎo)線截面尺寸偏差。導(dǎo)線截面尺寸偏差會(huì)導(dǎo)致直流電阻不平衡率超標(biāo)。由式（1）也可看出導(dǎo)線截面積的變化對導(dǎo)體電阻的影響。以3.55mm×10mm銅扁線為例，計(jì)算截面尺寸變化對電阻不平衡率的影響。GB/T7673.3—2008規(guī)定，截面尺寸偏差要求為：（3.55±0.05mm）×（10±0.07）mm，圓角半徑r=0.8（1±25%）mm。

根據(jù)式（4）和式（5），可得Smin=33.90mm2，Smax=35.95mm2。取導(dǎo)體電阻率ρ20=0.017241Ω·mm2/m，其每米直流電阻分別為R20min=0.000479Ω，R20max=0.000508Ω。由式（2）算得電阻不平衡率為5.84%。

由此可見，在導(dǎo)體直流電阻率相同的情況下，由于導(dǎo)體截面尺寸的公差而造成的導(dǎo)體電阻不平衡率，最大可達(dá)5.84%，超過標(biāo)準(zhǔn)允許的電阻不平衡率值。

3.退火工藝對導(dǎo)體直流電阻不平衡率的影響

為研究退火工序?qū)?dǎo)體直流電阻的影響，對裸線退火前后的電阻不平衡情況進(jìn)行比較。試驗(yàn)分別采用五組同規(guī)格裸線，每組三盤，對退火前后電阻不平衡情況進(jìn)行比較?？芍?，退火前后電阻不平衡率變化偏差最大為0.24%。實(shí)驗(yàn)表明，退火工序?qū)?dǎo)體電阻率平衡性的影響很小。

綜上所述，原材料加工方法、批次和拉線工藝對導(dǎo)體直流電阻的不平衡性影響較大，而退火過程對電阻不平衡性影響較小。銅線坯電阻率的不均勻和導(dǎo)體截面尺寸的偏差是造成扁電磁線導(dǎo)體直流電阻不平衡的主要原因。

四、解決方案

1.導(dǎo)體截面尺寸偏差太大的解決方案

扁電磁線導(dǎo)體的拉制方式有三種：模具法、擠壓法和精軋法。在模具拉線法的拉制過程中，因模具與導(dǎo)體劇烈摩擦，模具定徑尺寸不斷增加，一個(gè)標(biāo)模從最小尺寸到最大尺寸的拉制過程，也是導(dǎo)體尺寸在不斷增大的過程，在微觀上表現(xiàn)為導(dǎo)體呈一個(gè)錐體形狀。所以，采用同一個(gè)模具拉制出來的產(chǎn)品，導(dǎo)體尺寸從標(biāo)準(zhǔn)最小尺寸過渡到標(biāo)準(zhǔn)最大尺寸，導(dǎo)體的電阻也隨導(dǎo)體尺寸的增大而減小，從而導(dǎo)致導(dǎo)體的電阻不平衡率超標(biāo)。若將同一批導(dǎo)體的尺寸公差范圍縮小，則不可避免地增加了拉線模具的成本或造成不同批次之間產(chǎn)品的電阻不平衡率增大，因?yàn)槟壳袄z模具都是手工修模，其尺寸的均勻性和圓角半徑的控制都存在較大的不均勻性。同樣在擠壓生產(chǎn)方式中，也是通過擠壓模具確定產(chǎn)品尺寸，也存在由于模具逐漸變大和圓角不均勻的問題。為了解決導(dǎo)體尺寸不均勻的問題，采用精密軋機(jī)對導(dǎo)體進(jìn)行加工。

導(dǎo)體通過上下三個(gè)軋輥和左右兩個(gè)軋輥的軋制，通過激光探測儀對成品尺寸進(jìn)行追蹤反饋，從而調(diào)整前面軋輥的開合，穩(wěn)定導(dǎo)體尺寸。

2.銅線坯電阻率不均勻的解決方案

雖然通過以上方法可將同一廠家、同一批次銅線坯的電阻率不平衡率控制在一定范圍內(nèi)，但在電磁線交貨周期長或合同批量大時(shí)，要確保批量銅線坯電阻率的平衡，相對來說難度比較大。本文采用導(dǎo)體尺寸補(bǔ)償?shù)姆椒▉斫鉀Q導(dǎo)體原材料電阻率不均勻性的問題，過程如下：

R平=ρ20平L/S平 （6）

R設(shè)=ρ20測L/S設(shè) （7）

式中，R設(shè)、R平分別為設(shè)計(jì)電阻和平均電阻；ρ20平、ρ20測分別為換算為20℃時(shí)的平均電阻率和實(shí)測電阻率；S設(shè)、S平分別為導(dǎo)體設(shè)計(jì)截面積和導(dǎo)體平均截面積。

設(shè)導(dǎo)體的設(shè)計(jì)電阻值為半年銅線坯的平均值，即ρ20測L/S設(shè)=ρ20平L/S平，變換得：S設(shè)=S平×ρ20測/ρ20平（8）半年間連鑄連軋銅線坯的電阻率平均值ρ20平=0.0168868Ω·mm2/m。精密軋機(jī)軋制導(dǎo)體圓角半徑變化甚小，為簡便計(jì)算，在此忽略不計(jì)，取導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)尺寸計(jì)算導(dǎo)體平均截面積為S平=a×b=3.55×10=35.5mm2。測得進(jìn)廠銅線坯直流電阻率ρ20測=0.016700Ω·mm2/m，由式（8）得S設(shè)=35.11mm2。

根據(jù)GB/T7673.3—2008規(guī)定，3.55mm×10mm線規(guī)截面尺寸偏差要求為（3.55±0.05）mm×（10±0.07）mm，則本文設(shè)計(jì)此批導(dǎo)體精密軋制尺寸為：

a=（3.53±0.01）mm，b=（9.95±0.015）mm。

通過導(dǎo)體尺寸的補(bǔ)償設(shè)計(jì)，可以很好地解決由于原材料直流電阻率不均勻而造成的產(chǎn)品直流電阻不平衡率超標(biāo)的問題。

五、結(jié)束語

通過對扁電磁線導(dǎo)體直流電阻平衡性的研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)工作良好效果的取得，有賴于對其多項(xiàng)影響環(huán)節(jié)與要素的充分掌控，有關(guān)人員應(yīng)該從變電磁線導(dǎo)體應(yīng)用的客觀實(shí)際出發(fā)，研究制定最為符合實(shí)際的應(yīng)對實(shí)施策略。

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