對于變壓器鐵心制造問題分析與研究

王洋　盧寧

摘要 ：本文主要就變壓器鐵心的制造技術以及未來的發(fā)展進行了詳細的探索與研究，在此提出了自己的一些建議，可供同行工作人員共同探討。

關鍵詞 ：變壓器鐵心 制造技術 發(fā)展

一、前言

雖然如今我國變壓器器制造行業(yè)得到了快速的發(fā)展，但是變壓器鐵心制造質量直接影響著變壓器的質量，鐵心制造技術，制造過程中存在的問題，都直接影響到設備運行過程中的功耗、穩(wěn)定性等等；只有不斷的推動制造工藝的進步才能夠盡可能提高變壓器制造真正的技術水平。為了使我國的鐵心制造有更大的發(fā)展空間，需要對變壓器鐵心制造問題作進一步的分析和研究。

二、變壓器鐵心的發(fā)展現狀及制造技術

通過各方面的調查研究，市場研究表明，目前變壓器鐵心在國內外發(fā)展有很大的空間。鐵心，是一個變壓器最為重要的磁路部件，一個變壓器的正常運行是不可能離開一個高質量的鐵心，變壓器的鐵心必須要在有較好的技術性能的基礎上，兼顧經濟性與安全性，才能夠讓其在變壓器運行中起到真正的作用。對于一個鐵心質量而言，其制造的材料，表面涂刷絕緣漆的質量都直接影響其壽命。鐵心的橫截面積，鐵心的材料都影響者變壓器的功率壽命，而一般來說鐵心的分類主要有以下幾種：

1、高頻類：其中高頻變壓器中都是帶有尖結晶石的晶狀結構陶瓷體來構成，一般都采用金屬作為主要的材料，常見的金屬有鐵金屬（Fe），或者錳（Mn）、鋅（Zn）、鎳（Ni）、鎂（Ng）、銅（Cu）等這些具有導電性，且導電性較良好的金屬。

2、低頻類：低頻變壓器多采用“硅鋼片”來制造，并且其有多重制造工藝。通常情況下按照鋼片的形狀和是否煅燒來進行區(qū)分，沒有煅燒的鋼片通稱為“白片”，而進行煅燒的鋼片通稱為“黑片”，而形狀劃分往往都分為EI型、UI型、C型、口型等等。

鐵心都是其兩側安裝線圈，線圈的扎數一般都會影響到變壓器的功率等，一般都是在鐵心的兩側分別分配在兩側的線包中，要盡可能的減少索繞線圈的扎長數，這樣就能夠減少線圈所需要消耗掉的銅材增加線圈的經濟性。要盡可能的讓線圈的分配均勻，最佳就是達到平均的效果。比較常見的就是E型以及C型。一般來說多采用C型的鐵心，因為這樣的鐵心能夠有所耗材料少、功耗少、效率高等諸多的有點，并且C型鐵心的適用性良好通用性良好；在實際的生產應用中，有非常高的生產效率；但是不足的是C型鐵心的工藝較為復雜，且制造過程有非常高的設備要求，所以在如今，我國產量受到技術裝備限制還不是很高，所以相對成本偏高短時期無法降低；E型鋼片實際的生產過程中也被稱作是“殼型鋼片”，它有這樣的優(yōu)點：初、次級線圈共同一個線架，這樣就讓其有較高的窗口占空系數，這樣的形狀讓鋼片對線圈形成保護，在受到一些機械損傷時由于“保護殼”作用能夠避免線圈受到傷害，并且還有一個優(yōu)點就是能夠很好的進行散熱，保證變壓器磁場不會被過多發(fā)散，減少損耗。但是在相同條件下，EI型鐵心的變壓器所用的銅線較多。

硅鋼片的厚度常用的有0.35mm、0.5mm兩種。硅鋼片的組裝方式有交疊法和對疊法兩種。交疊法是將硅鋼片的開口一對一交替地分布在兩邊，這種疊法比較麻煩，但硅鋼片間隙小，磁阻小，有利于增大磁通，因此電源變壓器都采用這種方法。對疊法常用于通有直流電流的場合，為避免直流電流引起飽和，硅鋼片之間需要留有空隙，因此對疊法將E片和I片各放一邊，兩者之間的空隙可用紙片來調節(jié)。

3、COIL類：分三種類型（環(huán)形鐵心、棒狀鐵心、鼓形鐵）。

不同的結構的鐵心的適用范圍也不相同，目前我國所能生產的鐵心結構主要為心式鐵心和殼式鐵心。這兩種鐵心的在變壓器中的放置位置不同，前者主要是垂直放置，后者則多為平行放置。心式鐵心的制作工藝相對比較簡單，但其截面呈心狀，它的規(guī)格一般比較多，能夠充分滿足變壓器對其的要求，和殼式鐵心相比，它的在短路時的穩(wěn)定性能比較好。殼式鐵心的截面呈矩形，它往往被繞組所纏繞，這種鐵心的規(guī)格遠不如心式鐵心多，但是它在安裝過程中更方便緊固，能夠形成磁屏蔽，減少變壓器運行過程中漏磁通對相關結構的影響。除此之外，在發(fā)生短路情況時，此種鐵性的繞組發(fā)生變形的幾率遠大于心式鐵心。

雖然兩種鐵心各有優(yōu)缺點，但在目前變壓器鐵心的應用中，它們還是能夠滿足各級變壓器對鐵心的要求的，但是從穩(wěn)定性能以及適用性性能上來說，心式鐵心更能被廣泛應用。為了滿足不同變壓器對鐵心的要求，心式鐵心也分為許多不同結構，結構的不同直接影響鐵心在不同變壓器中使用性能的發(fā)揮。目前應用比較廣泛的心式鐵心的結構主要為單相雙柱式、三線五柱式、三線三柱式以及單相環(huán)形結構等鐵心，這些鐵心適用于不同的變壓器。單相雙柱式結構的鐵心的制作工藝比較簡單，在中小型變壓器中使用效果比較好，這種鐵心主要是讓鐵軛截面和鐵心柱截面在同一平面上，并且兩者的面積應該基本相同，兩者結合的方式主要是交疊結合，鐵心柱上可以被繞組環(huán)繞，根據不同電壓器對鐵心的不同要求，對鐵柱上的繞組串聯或者并聯的方式進行選擇。單相雙柱式變壓器能夠承載的疊積量大，主要適用于中小型的變壓器。三相五柱式結構的鐵心在基本構造上就與單相雙柱式鐵心不同，構造也比其復雜的多，但它并不是特別適用普通的變壓器，由于其降低鐵軛高度的能力特別強，能夠很好的滿足某些特大型變壓器以及特殊變壓器對鐵軛高度的要求，因此它常被應用在大型以及特殊變壓器中。三相三柱式結構的鐵心應用最廣泛，它的結構比單相兩柱式復雜，比三相五柱式簡單，更能很好的滿足一般變壓器的要求。除此之外三相三柱式結構的鐵心制造工程也不是特別復雜，所需要的選材料的價格也不是特別高，再加上其適用范圍廣，因此是目前心形鐵心中最容易被變壓器生產商所接受的一種鐵心。單相環(huán)形卷鐵心主要的原材料就是硅鋼片，硅鋼片的導磁性能好，能做大限度的降低漏磁通對部件的損耗與影響，在制造此種鐵心時應該特別注意選用的硅鋼片的厚度，過厚或者過薄都會影響其正常性能的發(fā)揮，除此之外還要注意其繞組過程的進行，由于單相環(huán)形卷鐵心的獨特性能，因此必須運用特殊的繞組裝置進行繞組。

三、變壓器鐵心對變壓器影響的問題

由于電磁感應過程中往往都會產生一定的功率損耗，尤其是實際變壓器工作過程中不僅僅是線圈感應過程中會產生損耗，同時，由于鐵心在磁化作用下也會產生一定的功率損耗。實際鐵心使用中把發(fā)生在鐵心內部的損耗稱作是“鐵損”，其產生原因也主要有：“磁滯損耗”，以及“渦流損耗”。

“磁滯損耗”是在變壓器工作過程中導致鐵心逐漸被磁化，二磁化過程中所消耗的功率；這樣的一種損耗往往和鐵心材料的磁滯回線包圍面積成正比例關系，面積越大損耗越大，如今多采用硅鋼因為能夠讓磁滯回線盡可能減小，從而就能夠減少鐵心由于磁化而產生的損耗，并減少發(fā)熱。

雖然說使用硅鋼用于鐵心的制造能夠減少“磁滯損耗”的問題，但是還由于“渦流損耗”的原因導致不能夠用一整個硅鋼制作鐵心，必須使用片狀，并且要控制材料用量。變壓器實際的工作過程中接入了交變電流以后，自然會發(fā)生磁場的變化產生交變的磁通變化；所以就會因為交變磁通而產生一個感應電流，感應電流發(fā)生在鐵心中在垂直磁通方向形成一個環(huán)流，稱作“渦流”。所以為了盡可能的避免產生渦流，盡可能的減少發(fā)熱就采用把硅鋼切片，進行絕緣隔離的方法來減少渦流的產生，從而減少渦流損耗。

通常情況下都選用0.35毫米的冷軋鋼片來制作鐵心，然后根據實際變壓器的需要來進行變鋼片形狀的選擇與制作，然后進行交疊拼接；理論上，鋼片每片厚度越薄其減少渦流損耗的能力也就越強，并且在實際的拼接過程中也就更加便于拼接，同時，使用過程中的發(fā)熱也就大量的減少；也能更少的使用硅鋼材料，對于鐵心制造價格而言也是有很大好處的。但是實際中，鐵心制造，鐵心鋼片制造，不能夠僅僅從理論上進行考慮，因為僅僅追求鋼片薄就會減少鋼片的有效面，同時增加工時。所以進行變壓器鐵心制造設計時，必須要綜合進行考慮，才能夠保證實際的效果良好。同時也需要認識到，由于電磁感應作用分別在一、二次繞組產生感應電動勢，其升壓和降壓，需要用楞次定律來解釋，感應電流產生的磁通，總阻礙圓磁通的變化，當原磁通增加時感應電流的產生的磁通與原磁通相反， 就是說二次繞組所產生 的感應磁通與原繞組所產生的主磁通相反，所以二次繞組就出現了低等級的交變電壓所以鐵心是變壓器的磁路部，繞組是變壓器的電路部分。也只有認識到變壓器的工作原理，也才能夠更好的進行鐵心的設計制造。

四、變壓器鐵心在制造過程中的技術要求

1、鐵心制造的相關流程

在鐵心進行制造的過程中，要根據其加工材料的不同從而選擇合適的加工工藝，這對鐵心性能的發(fā)揮具有重要作用，譬如鐵心制造的材料是卷料或相似類型的材料時，在鐵心的制造過程中就需要加入機械裁剪的過程，或者數控裁剪的過程。譬如用硅鋼片作為鐵心制造的原材料的時候，在制作過程中所涉及的機械剪裁過程就比較少，并且其不需要退火工序。就目前變壓器對鐵心的要求，應用最廣泛的就是平面疊鐵心，在進行平面疊鐵心的生產過程中有其獨特的要求，首先在對原材料進行裁剪時，要充分考慮鐵心片的寬度，并且裁剪的形狀一般是帶狀，在進行完這一工序之后，在對其進行縱向剪切。接著就是根據鐵心片具體的長度，把上一步驟中裁剪的帶狀材料進行橫向切割，但是在目前的生產過程中，有些鐵心是不需要對其進行橫向裁剪的，譬如卷鐵心，在對其進行生產時，只要對原材料進行縱向剪裁即可。在鐵心的生產過程中，材料難免會產生毛刺等物質，生產人員應該根據具體的設計要求對其進行選擇性的去毛刺工作，如果變壓器對鐵心表面的光滑度要求較高時，即需要去毛刺工作進行時，可以把這一過程與裁剪過程同時進行，從而使工作效率得到提高。在對一些需要進行退火工序的鐵心的制造過程中，要注意退火時的溫度以及在冷卻過程中的速度，為鐵心磁性能的降低以及機械承受力的提升奠定基礎。除此之外還要注意對鐵心表面防銹工藝的進行，一般情況下，防銹的手段是在其表面涂抹防銹漆從而降低其氧化作用從而達到防銹的目的。在防銹工作完成后，就把其相關部件靜寧縣緊固，完成整個鐵心的制造。

通過上文的闡述，我們可以發(fā)現一般的平面疊鐵心的制造過程是遵循一定順序的，從理論上來講，第一步應該是對原材料的縱向剪裁得到帶狀材質，然后根據相關長度的要求在對已經經過初步裁剪的材料進行橫向的裁剪，在接著就是為了提升各部件強度而采取的退火步驟，緊接著就是在其表面進行防銹工作的進行，最后通過裝配完成整個鐵心的制造。但是為了更好的使鐵心發(fā)揮出其性能，可以根據具體情況適當的調整鐵心制造流程的順序。

2、在鐵心制造過程中要注重其柱截面的優(yōu)化

為了在滿足鐵心基本性能的基礎上盡可能的節(jié)約鐵心制造過程中原材料的使用，因此必須加強對鐵心柱截面設計合理性的提升以及優(yōu)化。就目前鐵心的制造過程中，主要影響鐵心柱截面的因素主要是截面的利用率達不到要求，以及在壓縮鐵心柱截面后，相關性能不能夠達到變壓器對其的要求。因此加強對鐵心柱截面設計合理性以及科學性是鐵心生產過程中節(jié)約原材料的重要部分之一。就目前的加工工藝的水平而言，既能保持鐵心的原有性能又能使鐵心柱截面得到優(yōu)化的方法并不是太多，優(yōu)化的途徑主要分為在確定鐵心的基本大小的情況下，加大多級圓形截面的相關面積，或者是通過技術手段的處理加強疊壓系數的提高。這兩種提高途徑在鐵心生產的過程中都有一定難度。尤其是提高疊壓系數，因為目前生產技術水平有限，對于疊壓系數的提高還存有很大的問題，這種方式并不能夠大范圍的適用鐵心的生產之中，和其相比，增大鐵心的幾何截面積的操作就簡單的多，對相關技術的要求也比較低，所以這種方法更適合鐵心大規(guī)模的生產。

在進行鐵心柱截面的優(yōu)化過程中，要注意優(yōu)化方式的選擇以及優(yōu)化過程的科學性，要盡可能的避免因為優(yōu)化工序的進行影響鐵心基本功能現象的發(fā)生。在保證鐵心質量的前提下，使原材料的應用最合理化，從而使生產成本得到降低。

3、促進鐵心制造過程中相關改進工作的進行

就目前我國的機械生產水平來說，在鐵心的制造過程中還存在許多的問題，相關技術的發(fā)展還不夠完善，這直接影響鐵心正常功能的發(fā)揮，進而導致變壓器的使用狀況以及使用年限受到影響，因此對鐵心制造的過程進行改善是目前鐵心制造的主要的工作，為了更好的完成鐵心的制造，特提出以下幾點改進方法：

（一）改變傳統對技術的定義，把相關技術盡可能的細化，為生產人員精確生產提供條件，在對鐵心進行相關質量檢測時，要根據鐵心的具體特性選擇合適的檢測儀器，盡可能的使檢測結果貼近實際生產的數據，避免檢測結果造假現象的發(fā)生。

（二）要盡可能的細化鐵心的制造技術，加強對其制造過程中的每一道工序的監(jiān)督，確保每一道制造工序都符合相關規(guī)定的要求。對于不合格的產品必須進行返工工作，切不可為了一時利益而讓不合格產品流入市場，從而影響整個變壓器的使用。

（三）加強先進技術在鐵心制造過程中的應用，用科技的手段提高鐵心的質量，用科技提高鐵心性能的發(fā)揮。

五、變壓器鐵心的發(fā)展前景

為了更好的使變壓器鐵心這一產業(yè)能夠在國內外全面的推廣開來，我國的很多家上市公司，知名企業(yè)以及國家的相關部門都做了巨大的努力。從各方面搜集到了鐵心變壓器的相關資料，并作出了深入研究和探討。在調查中，我們對國內外變壓器鐵心的發(fā)展現狀做了進一步的調查。在對變壓器鐵心產業(yè)的市場供求狀況、還有它的生產情況調查中，我們也詳細的分析和深入的研究。特別是在對變壓器鐵心市場發(fā)展前景動向作了透徹的分析，還在研究變壓器鐵心行業(yè)的發(fā)展道路的基礎上，對它的未來的發(fā)展前景作了精確的判斷，這樣做不僅有利于為投資變壓器鐵心的商家尋找新的投資機會，也為大家了解變壓器鐵心提供更多的相關知識，為我國經濟的發(fā)展做出貢獻。

六、結束語

通過本文對變壓器鐵心制造問題與發(fā)展的深入研究，還有對鐵心制造工程中最主要的一些裝置配件做的介紹和探討，我們希望有更多的人注意到我們變壓器鐵心給人們帶來的便利。變壓器鐵心制造技術的發(fā)展，將會給更多的家庭受益。希望有更多的人能夠來為我們鐵心制造提出一些新的寶貴意見。也希望有一天我們能夠帶動我國經濟的發(fā)展。

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