雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯的製作方法

2023-11-09 13:26:58

本發明涉及變壓器鐵芯，尤其涉及一種雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯。

背景技術：

現有技術中的三相非晶合金變壓器鐵芯，大都採用四框五柱或三框三柱結構，其鐵芯柱橫截面呈矩形，為了套裝變壓器線圈，其單框鐵芯的一端鐵軛的每層必須斷開，以形成斜接縫。在裝配高、低壓線圈時，要將鐵軛的每層斷開處逐一打開捋直，當高、低壓線圈套裝上去後，再每層逐一合攏，接縫處用絕緣帶綁紮並用專用膠水粘接。

上述這種鐵芯的結構有許多缺點，首先它的鐵芯柱橫截面呈矩形，繞線要比圓形截面的多消耗11.4%左右的銅材。其次由於每個單相鐵芯的一端鐵軛都要斷開，形成斜接縫，導致磁阻增加，鐵芯的空載損耗也隨之增加。變壓器運行時，在交變磁場的作用下，其接縫處極易引起顫動，從而產生很大的噪音。另外這種鐵芯的鐵軛中的磁通密度是鐵芯柱中磁通密度的1.154倍，它也導致了鐵心的空載損耗進一步增加。

因此，如何進一步降低上述立體三相變壓器鐵芯的空載損耗成為本發明亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提供一種雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯，以解決現有技術中的問題。本發明的雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯能夠進一步降低現有技術中的立體三相變壓器鐵芯中的空載損耗。

作為本發明的一個方面，提供一種雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯，包括三個結構相同的單相鐵芯，每個所述單相鐵芯均包括兩個左右對稱的鐵芯柱和兩個上下對稱的鐵軛，兩個所述鐵芯柱和兩個所述鐵軛共同圍成矩形窗口，每個所述單相鐵芯均與另外兩個所述單相鐵芯通過所述鐵芯柱連接，其中，每個所述單相鐵芯均由多段首尾連接的矽鋼帶和非晶合金帶卷繞而成，多段所述矽鋼帶和非晶合金帶中的第一段至第四段為所述矽鋼帶，其餘均為所述非晶合金帶，四段所述矽鋼帶中的第三段所述矽鋼帶為矩形矽鋼帶，其餘所述矽鋼帶均為直角梯形矽鋼帶，所述矩形矽鋼帶的寬度大於所述直角梯形矽鋼帶的寬度，且位於所述矩形矽鋼帶兩側的所述直角梯形矽鋼帶的寬度沿遠離所述矩形矽鋼帶的方向依次遞減，每個所述單相鐵芯還包括長方形矽鋼帶墊片，所述長方形矽鋼帶墊片位於所述單相鐵芯的上、下鐵軛上，且所述長方形矽鋼帶墊片位於所述鐵軛上的第三段矽鋼帶上，每層所述第三段矽鋼帶之間均設置至少一片所述長方形矽鋼帶墊片，每片所述長方形矽鋼帶墊片的兩側沿寬度方向均與每層所述第三段矽鋼帶焊接，所述非晶合金帶均為矩形非晶合金帶。

優選地，所述多段首尾連接的矽鋼帶和非晶合金帶的段數不大於20段，且第一段所述矽鋼帶靠近所述單相鐵芯的內層，最後一段所述非晶合金帶位於所述單相鐵芯的外層。

優選地，所述多段首尾連接的矽鋼帶和非晶合金帶的段數為15段，且所述矽鋼帶的段數包括第一段至第四段，所述非晶合金帶的段數包括第5段至第15段。

優選地，所述長方形矽鋼帶墊片的寬度與所述第三段矽鋼帶的寬度相同，所述長方形矽鋼帶墊片的長度大於所述矩形窗口的寬度，且小於所述矩形窗口的寬度與兩個圓弧弧長之和，其中，所述圓弧為所述鐵芯柱和所述鐵軛的連接位置，所述圓弧的圓心角為45°，所述圓弧的半徑為所述單相鐵芯的鐵芯柱的外徑圓直徑的四分之一。

優選地，所述長方形矽鋼帶墊片的厚度在0.15mm至0.30mm之間。

優選地，每個所述單相鐵芯的鐵芯柱分別與另外兩個所述單相鐵芯的鐵芯柱之間設置絕緣網格並通過粘結劑連接。

優選地，所述鐵芯柱和所述鐵軛的外表面均塗覆粘結劑並纏繞絕緣薄帶。

優選地，三個所述單相鐵芯的每個所述鐵芯柱上均套設一個分半的絕緣圓筒，且所述絕緣圓筒與所述鐵芯柱的間隙灌注粘結劑。

本發明提供的雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯，採用了矽鋼帶和非晶合金兩種材料，其中非晶合金帶根據其特性設計裁剪成不同尺寸的等寬度的料進行卷繞，且由於非晶合金帶材料的本身鐵損很小，從而大大降低了整個三相變壓器鐵芯的損耗。另外由於矽鋼帶斜邊開料容易，因此所述單相鐵芯的第一段到笫四段都採用矽鋼帶，並且在第三段的上下鐵軛部分的每層之間都增加長方形矽鋼帶墊片，通過該方式增加了鐵軛的橫截面積，從而減小鐵軛中的磁通密度，進一步降低整個三相變壓器鐵芯的空載損耗。

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1為本發明提供的雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯的結構示意圖。

圖2為本發明提供的組成雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯的單相鐵芯的結構示意圖。

圖3為本發明提供的多段首尾連接的矽鋼帶和非晶合金帶的結構示意圖。

圖4為本發明提供的單相鐵芯的鐵芯柱的橫截面示意圖。

圖5為本發明提供的單相鐵芯及單相鐵芯上圓弧的放大示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。

作為本發明的一個方面，如圖1和圖2所示，提供一種雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯10，包括三個結構相同的單相鐵芯100，每個所述單相鐵芯100均包括兩個左右對稱的鐵芯柱110和兩個上下對稱的鐵軛120，兩個所述鐵芯柱110和兩個所述鐵軛120共同圍成矩形窗口130，每個所述單相鐵芯100均與另外兩個所述單相鐵芯100通過所述鐵芯柱110連接，其中，每個所述單相鐵芯100均由多段首尾連接的矽鋼帶140和非晶合金帶160卷繞而成，多段所述矽鋼帶140和非晶合金帶160中的第一段至第四段為所述矽鋼帶140，其餘均為所述非晶合金帶160，四段所述矽鋼帶140中的第三段所述矽鋼帶140為矩形矽鋼帶141，其餘所述矽鋼帶140均為直角梯形矽鋼帶142，所述矩形矽鋼帶141的寬度大於所述直角梯形矽鋼帶142的寬度，且位於所述矩形矽鋼帶141兩側的所述直角梯形矽鋼帶142的寬度沿遠離所述矩形矽鋼帶141的方向依次遞減，每個所述單相鐵芯100還包括長方形矽鋼帶墊片150，所述長方形矽鋼帶墊片150位於所述單相鐵芯100的上、下鐵軛120上，且所述長方形矽鋼帶墊片150位於所述鐵軛120上的第三段矽鋼帶上，每層所述第三段矽鋼帶之間均設置至少一片所述長方形矽鋼帶墊片150，每片所述長方形矽鋼帶墊片150的兩側沿寬度方向均與每層所述第三段矽鋼帶焊接，所述非晶合金帶160均為矩形非晶合金帶。

本發明提供的雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯，採用了矽鋼帶和非晶合金兩種材料，其中非晶合金帶根據其特性設計裁剪成不同尺寸的等寬度的料進行卷繞，且由於非晶合金帶材料的本身鐵損很小，從而大大降低了整個三相變壓器鐵芯的損耗。另外由於矽鋼帶斜邊開料容易，因此所述單相鐵芯的第一段到笫四段都採用矽鋼帶，並且在第三段的上下鐵軛部分的每層之間都增加矽鋼帶墊片，通過該方式增加了鐵軛的橫截面積，從而減小鐵軛中的磁通密度，進一步降低整個三相變壓器鐵芯的空載損耗。

具體地，如圖1和圖2所示，所述不等截面立體三相變壓器鐵芯10包括三個結構完全相同的單相鐵芯100，每個單相鐵芯100與另兩個單相鐵芯100之間連接後形成如圖2所示的立體三相變壓器鐵芯結構，每個所述單相鐵芯100都包括鐵芯柱110和鐵軛120，由圖1可以看出，以圖1中所示方向為例，每個所述單相鐵芯100包括左右對稱的鐵芯柱110和上下對稱的鐵軛120，兩個所述鐵芯柱110和兩個所述鐵軛120共同圍成中間的矩形窗口130。需要說明的是，如圖3所示，為多段首尾連接的矽鋼帶140和非晶合金帶160的結構示意圖，在多段所述矽鋼帶中，靠近中間位置的一段矽鋼帶的形狀為矩形，其他所述矽鋼帶的形狀均為直角梯形。而所述非晶合金帶160均為矩形。通過這樣的矽鋼帶140和非晶合金帶160卷繞得到的所述鐵芯柱的橫截面為鋸齒狀，如圖4所示鐵芯柱的橫截面的示意圖。

可以理解的是，為了進一步降低三相變壓器鐵芯的空載損耗，降低三相變壓器的噪音，並節約繞制線圈所消耗的銅材。本發明提供的雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯10由三個完全相同的、各自獨立的單相鐵芯100立體拼合而成，每個單相鐵芯100是由若干條不同尺寸的矽鋼帶140和非晶合金帶160卷繞而成，開始卷繞的第一段到第四段的帶材全部是矽鋼帶140，從第五段開始直到最後卷繞的帶材全部是非晶合金帶160，每個所述單相鐵芯100的鐵心柱110的橫截面由若干個梯形和若干個平行四邊形所組成，並在同一個外接圓的半圓中，每個平行四邊形和梯形有一條邊在該外接圓的半圓的同一條直徑上，每個平行四邊形有一個內角為60°。在每個單相鐵芯100的上、下鐵軛120中由第三段矽鋼帶繞制的部分，在它的每層之間都左右對稱夾墊一片或兩片長方形矽鋼帶墊片150，長方形矽鋼帶墊片150的寬度與所述第三段矽鋼帶的寬度相同，所述長方形矽鋼帶墊片150的長度大於所述矩形窗口130的寬度，且小於所述矩形窗口130的寬度與兩個圓弧弧長之和，其中，所述圓弧為所述鐵芯柱和所述鐵軛的連接位置，所述圓弧的圓心角為45°，所述圓弧的半徑為所述單相鐵芯的鐵芯柱的外徑圓直徑的四分之一。長方形矽鋼帶墊片150的兩條短邊與第三段矽鋼帶的表面分別焊接成二條直線焊縫，以形成良好的磁通路，這樣使每個單相鐵芯的鐵軛的橫截面積大於它鐵芯柱的橫截面積。

作為所述雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯的一種具體地實施方式，所述多段首尾連接的矽鋼帶140和非晶合金帶160的段數不大於20段，且第一段所述矽鋼帶140靠近所述單相鐵芯100的內層，最後一段所述非晶合金帶160位於所述單相鐵芯100的外層。

為了使得空載損耗降低的效果最優，作為一種優選地實施方式，如圖3所示，所述多段首尾連接的矽鋼帶140和非晶合金帶160的段數為15段，且所述矽鋼帶140的段數包括第一段至第四段，所述非晶合金帶160的段數包括第5段至第15段。

具體地，如圖3所示，以圖3所示方向為例，位於右側的a1至a4段為矽鋼帶140，a5至a15段均為非晶合金帶160，所述矽鋼帶140中第三段a3為矩形矽鋼帶141，而第一段a1、第二段a2和第四段a4均為直角梯形矽鋼帶142。位於所述矩形矽鋼帶141上側的所述直角梯形矽鋼帶142的寬度沿遠離所述矩形矽鋼帶141的方向逐漸遞減，位於所述矩形矽鋼帶141下側的所述直角梯形矽鋼帶142的寬度也是沿遠離所述矩形矽鋼帶141的方向逐漸遞減，但是位於所述矩形矽鋼帶141上側的多段所述直角梯形矽鋼帶142的寬度不同於位於所述矩形矽鋼帶141下側的所述直角梯形的矽鋼帶142的寬度。

為了使得空載損耗降低的效果最優，作為一種優選地實施方式，如圖3所示，所述矽鋼帶140包括四段首尾連接的矽鋼帶，即圖3中的a1至a4，第三段所述矽鋼帶為所述矩形矽鋼帶，即圖3中所示的a3矽鋼帶為所述矩形矽鋼帶，且第一段矽鋼帶a1位於靠近所述單相鐵芯的內層，第四段矽鋼帶a4位於所述單相鐵芯的外層，所述長方形矽鋼帶墊片150位於所述鐵軛120上的每層第三段矽鋼帶a3上。

需要說明的是，由圖3可以看出，第一段矽鋼帶a1的尾寬與第二段矽鋼帶a2的頭寬相同，第二段矽鋼帶a2的尾寬與第三段矽鋼帶a3的頭寬相同，第三段矽鋼帶a3的尾寬與第四段矽鋼帶a4的頭寬相同，其中第三段矽鋼帶a3的頭寬與第三段矽鋼帶a3的尾寬相同。

還需要說明的是，由圖3可以看出，非晶合金帶160包括第五段非晶合金帶a5至第十五段非晶合金帶a15，每一段的非晶合金的寬度均不相同。

應當理解的是，圖3所示的矽鋼帶140和非晶合金帶160的結構僅為示例性的，且圖3中的虛線框僅為劃分矽鋼帶140和非晶合金帶160所需使用，並不屬於矽鋼帶140和非晶合金帶160的結構的一部分。

還應當理解的是，圖3中所示的非晶合金帶160中a5至a15的寬度是逐漸遞減的，即第五段非晶合金帶a5的寬度最寬，而第十五段非晶合金帶a15的寬度最窄，圖3中所示的a5至a15僅作為示例性，並不表示實際尺寸。

作為所述長方形矽鋼帶墊片150的實施方式，所述長方形矽鋼帶墊片的寬度與所述第三段矽鋼帶的寬度相同，所述長方形矽鋼帶墊片的長度大於所述矩形窗口的寬度，且小於所述矩形窗口的寬度與兩個圓弧弧長之和，其中，所述圓弧為所述鐵芯柱和所述鐵軛的連接位置，所述圓弧的圓心角為45°，所述圓弧的半徑為所述單相鐵芯的鐵芯柱的外徑圓直徑的四分之一。

為了進一步的增加鐵軛120的橫截面積，具體地，如圖5所示，所述長方形矽鋼帶墊片150的寬度（圖中未示出）與所述第三段矽鋼帶的寬度相同，所述長方形矽鋼帶墊片150的長度l大於所述矩形窗口的寬度，且小於所述矩形窗口的寬度與兩個圓弧弧長之和，其中，如圖5所示，所述圓弧101為所述鐵芯柱110和所述鐵軛120的連接位置，所述圓弧101的圓心角為45°，所述圓弧101的半徑為所述單相鐵芯100的鐵芯柱110的外徑圓直徑的四分之一。

如圖5所示，所述矩形矽鋼帶的寬度在上述條件限制下的效果最佳。

進一步地，所述長方形矽鋼帶墊片的厚度在0.15mm至0.30mm之間。

為了使得每個所述單相鐵芯的鐵芯柱分別與其他兩個單相鐵芯的鐵芯柱進行連接，每個所述單相鐵芯的鐵芯柱分別與另外兩個所述單相鐵芯的鐵芯柱之間設置絕緣網格並通過粘結劑連接。

進一步具體地，所述鐵芯柱和所述鐵軛的外表面均塗覆粘結劑並纏繞絕緣薄帶。

優選地，三個所述單相鐵芯的每個所述鐵芯柱上均套設一個分半的絕緣圓筒，且所述絕緣圓筒與所述鐵芯柱的間隙灌注粘結劑。

如圖1和圖2所示，所述雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯10由三個完全相同的單相鐵芯100立體拼合而成，每個單相鐵芯100是由若干條不同尺寸的非晶合金帶160和矽鋼帶140卷繞而成，其鐵芯柱110的橫截面由若干個梯形和若干個平行四邊形所組成，並在同一個外接圓的半圓中，每個單相鐵芯的窗口為矩形。

在對所述雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯進行繞制時，根據所需的不同尺寸，用縱剪機分條切割非晶合金帶料，用開料機斜邊切割矽鋼帶。當這些不同尺寸的非晶合金帶材和矽鋼帶準備好後，就可以開始卷繞。把矩形的卷繞芯塊安裝在卷繞機的迴轉頭上。先在芯塊上卷繞矽鋼帶，依次從第一段卷繞到第四段，在卷繞至第三段時，在它的上下鐵軛部分上的每層之間都夾墊一至二片長方形矽鋼帶墊片，所述長方形矽鋼帶墊片的兩條短邊分別與該層第三段矽鋼帶的表面焊接，形成兩條直線焊縫。卷繞好四段後的單相鐵芯先要進行第一次退火，爐內溫度控制在攝氏800-820度之間，真空度保持在100帕以下。退火後的單相鐵芯再安裝到卷繞機上進行第二次卷繞，從第五段的非晶合金帶開始卷繞，一直卷繞到非晶合金帶最後一段為止，然後再把它放到退火爐中進行第二次退火。爐溫控制在攝氏350-400度之間，爐內用氮氣（n2）保護，退火後的單相鐵芯表面要塗刷膠水密封固定，然後把三個單相鐵芯立體拼裝起來，拼縫間夾墊絕緣網格，用絕緣帶把鐵芯柱和鐵軛各自纏繞，捆緊。在雙材料非晶立體三相變壓器鐵芯的每個鐵芯柱上都套上一個分半的絕緣圓筒，絕緣圓筒與鐵芯柱的間隙裡灌注環氧樹脂粘結固定。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不局限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。