有關(guān)變壓器鐵芯材料硅鋼片處理方法研究

肖洪梅 蘇紅元 劉慈堃 劉慈增

[摘要]變壓器是電力系統(tǒng)當(dāng)中的關(guān)鍵設(shè)備，變壓器的節(jié)能情況是電力系統(tǒng)是否節(jié)能環(huán)保、節(jié)約能源的直接因素。變壓器鐵芯振動是導(dǎo)致變壓器在運行中產(chǎn)生磁損耗的主要原因，而磁損耗造成的能量損耗是相當(dāng)嚴(yán)重的。當(dāng)硅鋼片處于交變的磁場的時候硅鋼片的尺寸將隨著磁場的變化而伸縮，產(chǎn)生一個周期性的振動，在周期性的振動下硅鋼片就會產(chǎn)生鐵損，鐵損的越厲害周期性振動就越厲害，周期性振動越厲害就會導(dǎo)致變壓器的磁損耗產(chǎn)生越厲害。本文就電力變壓器的硅鋼片進行激光處理工藝的實驗研究，探究降低變壓器磁損耗的方法。

[關(guān)鍵詞]變壓器損耗；硅鋼片；激光處理

引言

近幾年我們國家非常重視節(jié)能環(huán)保，市場也在大力推廣節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。硅鋼片作為鐵芯材料的變壓器在長期的使用過程中會出現(xiàn)噪聲增大，損耗增加等問題，這樣就會造成能源浪費，而減少硅鋼片的磁損就會減少變壓器損耗，就會降低能源消耗，因此如何處理硅鋼片改善損耗問題成了我們研究的一個重點。

一、變壓器噪聲和硅鋼片的聯(lián)系

變壓器產(chǎn)生損耗的主要原因有硅鋼片磁致伸縮引起的鐵芯振動、硅鋼片接縫處和疊片間的漏磁引起的鐵芯的振動等等，磁致伸縮是鐵磁材料的基本物理效應(yīng)，當(dāng)硅鋼片處于外加的磁場的時候，硅鋼片的尺寸會伸長，但是垂直外加磁場的尺寸要縮小，當(dāng)硅鋼片處于交變的磁場的時候硅鋼片的尺寸將隨著磁場的變化而伸縮，產(chǎn)生一個周期性的振動，這是產(chǎn)生變壓器損耗的主要原因。近年來，隨著電力產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對電動機和變壓器的低損耗高效節(jié)能的需求不斷上升，那么如何降低硅鋼片的鐵損值進而降低變壓器的損耗是本行業(yè)一個重要的研究方向。其中利用激光對硅鋼片進行處理從而降低其鐵損值是一個非常有效手段。我們理論分析了非耐熱型磁疇細(xì)化激光處理的理論基礎(chǔ)，然后分析耐熱型磁疇細(xì)化激光處理及取向硅鋼片表面引入線狀溝槽后對磁疇細(xì)化的效果。下面我們來介紹如何對電力變壓器的硅鋼片進行激光處理工藝的實驗研究。

二、對電力變壓器的硅鋼片進行激光處理

在輸電配電的過程中，變壓器的鐵磁損耗造成的能量損耗非常的嚴(yán)重，最近幾年降低硅鋼片損耗的研究工作比較活躍，但是后來研究的方法都受到了各個工藝過程的限制，現(xiàn)在的趨勢是利用非金屬學(xué)的方法來改善磁損耗，以前研究發(fā)現(xiàn)在硅鋼片表面機械劃線和利用脈沖激光處理普通取向性的硅鋼片，但是激光的瞬時峰值功率和機械劃傷容易劃破硅鋼片的絕緣涂層，甚至產(chǎn)生變形，所以發(fā)展到現(xiàn)在正在采用連續(xù)激光處理硅鋼片，我們利用連續(xù)的二氧化碳激光處理硅鋼片，研究激光處理后磁疇結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律以及對磁損耗的影響。

2.1實驗的方法

使用照射能量為幾個MJ的半寬脈沖或者連續(xù)激光束，用點狀或者線狀沿著與軋向垂直的方向大概五毫米的間距照射，加工的平臺可以在水平面內(nèi)做二維運動選擇不同的激光工藝參數(shù)對樣品激光處理，實驗的激光變化功率為二百瓦到七百百瓦，掃描速度為每分鐘十毫米到每分鐘六百毫米，用0.3毫米的取向性硅鋼，激光掃描方向垂直于硅鋼片的軋向，分為四個實驗組，用顯微鏡觀察，在不同激光工藝參數(shù)處理過的樣品上切下五毫米的圓片試樣，用155型的震動樣品磁強計順軋向測磁滯回線，進而計算磁損耗。

2.2實驗的結(jié)果

經(jīng)過低功率的激光處理后，磁疇明顯的細(xì)化了，增加激光功率密度時磁疇結(jié)構(gòu)的變化更大，在合適的激光功率密度下，磁疇結(jié)構(gòu)的間距減小，出現(xiàn)了亞磁疇結(jié)構(gòu)，同時測量另外三組經(jīng)過不同激光功率的掃描樣品的磁滯回線，與原始的硅鋼片相比較，沒有經(jīng)過激光處理的樣品磁滯回線包圍的面積設(shè)為百分之百，那么經(jīng)過激光處理后的損壞降低了百分之十左右。在激光劃線的時候，劃線區(qū)在瞬間發(fā)生膨脹，然后是冷卻收縮使得硅鋼片晶體向各異性的硅鋼片的磁化方向改變，使得磁疇方向發(fā)生傾斜，增加激光功率的密度以后，熱影響區(qū)的磁疇也發(fā)生了細(xì)化，在條件合適的工藝條件下面，處理區(qū)的亞磁疇節(jié)后的疇壁間距變小，大概是零點零三毫米，大約是原來的疇壁間距的五分之一，形成了新的尖形疇。形成了尖形疇之后，尖形疇會向外延伸和長大，在延伸的過程中尖形疇受到了自身的相互作用和原來的疇壁的作用整齊的排列之后會形成一百八十度主疇壁，如果在原來的疇中形成了兩個尖形疇，那么原疇就會分成三份變成三個尖形疇形成五個新的疇壁，再加上激光的能量足夠大的話，尖形疇將會一直延伸到晶粒的邊緣并且在邊緣消失，如果激光的能量一直增大晶粒邊界的另一邊也會形成新的尖形疇。利用幾種不同的激光功率劃線處理的硅鋼片，發(fā)現(xiàn)磁滯損耗都有降低，最大的降低量達到了百分之二十七，說明磁疇細(xì)化和亞疇結(jié)構(gòu)能夠使磁損降低，磁疇越細(xì)磁滯損耗越小，磁損耗減低的幅度和激光的工藝參數(shù)材料性質(zhì)密切相關(guān)。

三、總結(jié)

變壓器的損耗對電壓的變換和電能的分配有著至關(guān)重要的影響，對電力變壓器的硅鋼片進行激光處理工藝的實驗研究，在激光的作用下，硅鋼磁疇的細(xì)化、亞疇結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)、新磁疇和原磁疇的垂直一定會引起精細(xì)磁場的變化，研究這種精細(xì)磁場的變化，降低變壓器的損耗，對我們進一步掌握硅鋼片磁性能的變化規(guī)律和設(shè)法降低磁損耗有重要的意義。

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