一種降低非晶鐵芯鐵損的方法與流程
2023-11-03 02:52:22
本發明主要屬非晶鐵芯技術領域，具體涉及一種降低非晶鐵芯鐵損的方法。
背景技術：
非晶合金的生產是採用超極速冷凝固使得原子來不及排列結晶，從而得到各向同性的鐵磁性材料。目前，以鐵、矽、硼等元素為主製備的非晶合金，因其沒有晶粒、晶界的存在而具有比矽鋼更低的鐵損、更高的電阻率，逐步成為配電變壓器鐵芯的首選。
配電變壓器中非晶鐵芯的製造方法，其生產工藝流程主要包括：帶材剪切、鐵芯成型、熱處理、中間測試以及固化。其中，搭接式鐵芯製造過程中需要將剪切好的非晶帶材進行碼放和搭接，使得每組非晶合金片兩端搭接。最後使得除搭接部分外的所有氣隙全部排除。要求搭接長度不小於8mm，尺寸公差在0～-2.0mm之間。
配電變壓器廠購入搭接式非晶鐵芯後需從搭接處打開裝入繞組，再將打開的非晶鐵芯閉合即可裝入變壓器中使用。變壓器掛網運行必然會存在空載損耗，空載損耗的大小對變壓器的製造成本與運行經濟性都有較大影響。非晶變壓器在農村電網中被大力推廣，主要是因為其空載損耗比矽鋼變壓器低70～80%。通常空載損耗包括鐵芯的磁致損耗、渦流損耗及附加損耗三部分。根據磁路中的基爾霍夫定律可知，搭接縫處空氣隙對整個磁路工作情況的影響極大。一般鐵芯的磁導率要遠遠大於空氣隙磁導率，也就是空氣隙的磁阻要遠大於鐵磁材料的磁阻，因而磁路總磁動勢絕大部分降落在空氣隙磁阻上。因此在磁路中總是希望空氣隙儘可能小，以降低氣隙磁阻，使相應的磁動勢建立更大的磁通。沿著非晶帶材所構成的磁路傳播的磁力線在空氣隙處發生偏轉，從相鄰非晶帶材處通過，造成非晶帶材局部磁飽和；非晶帶材磁路不完全閉合，導致漏磁通的產生。由此可見，安裝有搭接式非晶鐵芯的搭接型非晶變壓器鐵芯中氣隙的存在將增大空載損耗。
非晶變壓器比矽鋼變壓器的空載損耗低，而消除非晶變壓器中因搭接縫而產生的氣隙，將有利於進一步提高非晶變壓器的效率，對落實節能減排，保護環境有著重要意義。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明提供一種降低非晶鐵芯鐵損的方法，所述方法用製備非晶鐵芯的非晶帶材作為製備氣隙填充物的原材料；通過將氣隙填充物壓入搭接式鐵芯的氣隙處，消除非晶鐵芯的氣隙，降低非晶鐵芯的損耗，提高變壓器效率。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種降低非晶鐵芯鐵損的方法，所述方法用於降低搭接式非晶鐵芯的鐵損，所述方法採用非晶合金帶材為原料，製備獲得氣隙填充物；將所述氣隙填充物壓入非晶鐵芯搭接部分的氣隙中，並在所述氣隙的兩端塗膠密封，以消除非晶鐵芯搭接部分的氣隙，實現磁路閉合，降低非晶鐵芯的損耗；其中，用於製備氣隙填充物的非晶合金帶材與用於製備非晶鐵芯的非晶合金帶材的材質相同。
進一步地，所述氣隙填充物的製備過程具體為：將非晶合金帶材進行脆化處理，獲得脆化處理後的非晶合金帶材，然後將所述脆化處理後的非晶合金帶材進行破碎細磨獲得非晶粉末，將所述非晶粉末壓製成型，獲得氣隙填充物。
進一步地，所述脆化處理具體為：在氮氣氣氛保護下，將非晶合金帶材加熱至300～400℃，保溫時間10～60min，隨爐冷卻，獲得脆化處理後的非晶合金帶材。脆化處理過程中的處理溫度及處理時間需要嚴格控制，若非晶帶材在過低溫度下進行，脆化處理後的脆化程度較低，不利於後續加工；反之，若處理溫度過高，可能導致材料晶華，降低材料軟磁性能。
進一步地，所述破碎細磨具體為：用球磨機將脆化處理後的非晶合金帶材進行初步破碎，再用氣流磨進行細磨，獲得粒度為100～200um的非晶粉末；其中，在該步驟中，非晶粉末的粒度需要控制在100～200um，若粒度過大可增大氣隙填充物的磁導率，但是帶來損耗的增加；粒度過小可降低氣隙填充物的損耗，但導致了磁導率的降低。
進一步地，所述壓製成型具體為：將非晶粉末以及粘接劑混合攪拌均勻，放入模具中壓製成型；其中，所述粘接劑的質量為所述非晶粉末質量的2～5%。
進一步地，所述粘接劑為環氧樹脂、聚醯胺、聚醯亞胺、酚醛樹脂和聚氨酯中的任意一種；其中本發明所選用的粘接劑可方便氣隙填充物的成型，同時也可起到絕緣作用。
進一步地，所述氣隙填充物長度為150～300mm。
進一步地，採用非晶鐵芯生產過程中的產生的非晶合金帶材邊角料來製備氣隙填充物。
本發明的有益技術效果：
本發明選用同非晶鐵芯相同的非晶帶材作為製備氣隙填充物的原材料，可以保證磁路各處的導磁率一致，不會因為導磁率的不同而導致磁力線的偏聚，造成鐵芯局部過飽和。
本發明製備氣隙填充物的原材料可以直接採用非晶鐵芯生產過程中的產生的非晶合金帶材邊角料，不會過多增加鐵芯成本。
將氣隙填充物壓入氣隙後，在其兩側塗膠密封可以防止磁粉在使用過程中混入變壓器油。綜合以上效果，本發明所述方法可以提高安裝有搭接式非晶鐵芯的非晶配電變壓器效率，降低損耗。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本發明，並不用於限定本發明。
相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。
實施例1
一種降低非晶鐵芯鐵損的方法，所述方法用於降低搭接式非晶鐵芯的鐵損，所述方法採用用於製備所述非晶鐵芯的非晶合金帶材為原料，製備獲得氣隙填充物；將所述氣隙填充物壓入非晶鐵芯搭接部分的氣隙中，並在所述氣隙的兩端塗膠密封，以消除非晶鐵芯搭接部分的氣隙，實現磁路閉合，降低非晶鐵芯的損耗。
採用170mm的鐵矽硼非晶帶材（牌號為1K101）製備氣隙填充物。氣隙填充物具體製備過程如下：
脆化熱處理，保溫溫度380℃，保溫時間20min，氮氣保護，隨爐冷卻。
脆化後的非晶帶材用球磨機進行初步破碎，再放入氣流磨進行細磨，最終獲得140um的非晶粉末。
將非晶粉末以及粘接劑混合攪拌均勻，放入模具中壓製成型；其中，所述粘接劑為環氧樹脂，所述粘接劑的質量為所述非晶粉末質量的2%。
最終獲得底面直徑為4～6mm，長度為180mm的圓柱狀氣隙填充物。
打開容量為50kVA，寬度為170mm的非晶鐵芯裝入繞組後，將鐵芯對接並固定好。將上述製備的氣隙填充物壓入氣隙處，並在氣隙的兩端塗膠密封。
測量壓入氣隙填充物後的非晶鐵芯的性能，在1.3T，50Hz的測試條件下，單位空載損耗為0.16W/kg；而沒有進行填充的非晶鐵芯在1.3T，50Hz的測試條件下，單位空載損耗為0.18W/kg。可見，利用本實施例製備的氣隙填充物進行填充氣隙後，非晶鐵芯的空載損耗進一步降低。
實施例2
一種降低非晶鐵芯鐵損的方法，所述方法用於降低搭接式非晶鐵芯的鐵損，所述方法採用用於製備所述非晶鐵芯的非晶合金帶材為原料，製備獲得氣隙填充物；將所述氣隙填充物壓入非晶鐵芯搭接部分的氣隙中，並在所述氣隙的兩端塗膠密封，以消除非晶鐵芯搭接部分的氣隙，實現磁路閉合，降低非晶鐵芯的損耗。
採用生產容量為50kVA，寬度為170mm的非晶鐵芯產生的廢料作為原材料製備氣隙填充物。具體製備過程如下：
脆化熱處理，保溫溫度380℃，保溫時間20min，氮氣保護，隨爐冷卻。
脆化後的非晶帶材用球磨機進行初步破碎，再放入氣流磨進行細磨，最終獲得140um的非晶粉末。
將非晶粉末以及粘接劑混合攪拌均勻，放入模具中壓製成型；其中，所述粘接劑為聚醯胺，所述粘接劑的質量為所述非晶粉末質量的3%。
最終獲得長度180mm的柱狀氣隙填充物。
打開容量為50kVA，寬度為170mm的非晶鐵芯裝入繞組後，將鐵芯對接並固定好。將上述製備的氣隙填充物壓入氣隙處，並在氣隙的兩端塗膠密封。
測量壓入氣隙填充物後的非晶鐵芯的性能，在1.3T，50Hz的測試條件下，單位空載損耗為0.16W/kg；而沒有進行填充的非晶鐵芯在1.3T，50Hz的測試條件下，單位空載損耗為0.18W/kg。可見，利用本實施例製備的氣隙填充物進行填充氣隙後，非晶鐵芯的空載損耗進一步降低。
對比實施例1與實施例2，最大不同之處在於，實施例2中用於製備氣隙填充物的原料為製備非晶鐵芯所產生的廢料，但是從測量數據來看，實施例1與實施例2的測試結果一致，因此，測試結果表明，將生產非晶鐵芯產生的廢料用來生產氣隙填充物是完全可行的，該方法可以大大降低成本。