CN105632714B - 一种复合型非晶变压器铁芯 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合型非晶变压器铁芯。设有三个单独的矩形铁芯框，铁芯框是由非晶合金和取向硅钢两种材料采用叠绕方式复合组成，三个矩形铁芯对接成立体三角形结构，此结构三相对称，三相磁路相等且最短，变压器性能优越，噪音低，抗短路能力强；铁芯结构紧凑，变压器体积小、重量轻，铁芯重量仅为常规结构非晶铁芯的2/3左右，可大大降低产品成本。

Description

一种复合型非晶变压器铁芯

技术领域

本发明涉及一种采用非晶合金带材与取向硅钢两种材料共同制成的非晶立体三角形变压器铁芯的开发设计。

背景技术

非晶合金铁芯配电变压器作为一种节能环保型产品已得到人们的认可，对国家电网的节能减排、建设“绿色电网”有着重要意义，在国网公司2012年7月印发的文件中，明确规定：2012年国家电网公司采购的配电变压器中非晶配电变压器占50%,2013年国家电网公司采购的配电变压器中非晶配电变压器占55%,2014年国家电网公司采购的配电变压器中非晶配电变压器占60%，对高能耗配变的改造、更换则要求全部采用非晶配电变压器。同时在“2014年变压器国际能效论坛”中也明确要求把我国配电变压器型号由S9型全面升级至S13及S15型高能效变压器，因此具备高效环保节能的非晶变压器有着非常广阔的市场前景。而非晶配电变压器的性能优势则完全体现在非晶铁芯上，因此非晶铁芯的性能好坏及结构合理性直接决定了非晶配电变压器的性能状况及经济性，但目前常规非晶铁芯的结构存在很多缺陷，大大影响了非晶变压器的性能优越性与经济性。

目前普遍采用的常规非晶配电变压器铁心主要采用140mm-220mm宽的非晶带材直接卷绕、整形成单个矩形的铁芯环，再由单个铁芯环组成三相五柱或三相三柱式平面结构使用。矩形铁芯框由上、下铁轭与两芯柱组成。这种结构铁芯主要存在以下缺陷：1. 铁芯体积大、成本高；2. 磁路存在缺陷，两个旁轭为三次谐波提供了通路；3. 铁芯重量大，变压器噪音高；4.铁芯为矩形截面，矩形绕组受力时不均匀，抗短路能力差等。除此之外，非晶材料的价格亦比硅钢材料高很多，目前常规结构非晶变压器的价格是同型号硅钢变压器的1.3倍左右，且随着武钢高性能超薄硅钢片的推出，硅钢变压器在快速更新换代，性价比越来越高， 故目前常规铁芯结构的非晶变压器越来越不具有生命力和市场竞争力，从而使非晶变压器的推广也受到了一定的限制，因此非晶变压器要想占领市场先机，必须在铁芯结构上有所突破，打破原来的设计理念，采用新技术、新结构、新工艺等措施开发一种具有较高性价比的新型非晶铁芯，才能确保非晶变压器的发展活力。

发明内容

本发明涉及一种复合型非晶变压器铁芯。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是，一种复合型非晶变压器铁芯，设有三个单独的矩形铁芯框，铁芯框采用叠绕方式复合组成，三个矩形铁芯框对接成立体三角形结构。

优化地，组装好的整体铁芯的铁芯柱截面为圆形，铁轭部为半圆形，铁轭截面积为铁芯柱截面积的一半。

优化地，铁芯框采用开口搭接方式。

优化地，铁芯框搭接头采用扇形搭接方式，搭接部分位于下轭部。

优化地，铁芯采用非晶合金带材与取向硅钢带进行叠绕。

优化地，非晶合金带材宽度为70mm-300mm。

优化地，取向硅钢带厚度为0.27mm或0.30mm。

优化地，取向硅钢带与非晶合金带材采用韧性胶粘接。

优化地，主体部分采用非晶合金带材叠绕，台阶及边角部分采用取向硅钢带填充绕制，两种材料将铁芯截面拼成圆形。

本发明采用立体三角形结构：此结构三相对称，三相磁路相等且最短，磁路流通方式可使上下铁轭的截面积缩至芯柱的1/2即可保证变压器运行时磁路的磁通达到设计要求，铁芯结构紧凑、变压器体积小、重量轻，铁芯重量仅为常规结构非晶铁芯的2/3左右；可大大降低产品成本。同时此结构由于铁芯重量小、磁路结构更加合理，故铁芯损耗亦比同规格常规非晶铁芯损低25% 左右，变压器噪音可比同规格常规非晶变压器噪音降低2 dB～3dB。

铁芯柱外周台阶部分采用硅钢带填充、裹覆：由于目前非晶带材最大宽度小于300mm，因此非晶带材的纵剪方式如果采取由窄变宽、再由宽变窄连续裁剪的方式，虽然可使铁芯柱有效截面积最大化，但这种裁剪方式使非晶带材利用率极低、废带率极高，因此本专利采取了利用不同定宽的非晶带材组逐级叠制的方式，有效避免了非晶带材难以套材而造成大量浪费的缺陷，但各级间的台阶部分会降低芯柱的有效利用率，增加成本。为此本专利采用取向硅钢带填充的方式来弥补这一缺陷，不仅有效提高了铁芯截面积有效利用率，而且也大大加强了非晶铁芯的抗冲击强度，有效避免了非晶带材退火后较脆易碎、产生碎片的问题，降低了其受外界因素影响的程度，大大降低了铁芯装配工艺系数，对改善变压器噪音有明显效果。另外取向硅钢带价格比非晶带材低很多，且饱和磁密Bs较高，在2.0 T左右，而正常非晶变压器的运行工作点在1.3T～1.35T左右，远低于其饱和磁密，故在1.35T运行时，取向硅钢亦具有非常优越的电磁性能。

铁芯采用开口搭接方式：根据非晶带材较脆，加工制作过程中不宜受力的特点，本专利突破常规立体三角形铁芯的连续绕制的模式，采用铁轭部开口搭接的方式，便于变压器绕组的套装，及后续的检修、维护等。

抗短路能力强：铁芯的立体三角形结构比平面结构具有更佳的抗冲击能力，同时绕组采用圆形结构，突发短路时，绕组沿圆周各点的受力比较均匀，抗冲击能力远大于常规矩形结构的绕组。

利用本专利铁芯结构设计的非晶配电变压器与同款常规铁芯结构的非晶变压器相比，变压器性能更优，成本更低，变压器空载损耗可降低25%左右，噪音降低2dB～3dB,铁芯重量仅为常规铁芯的2/3左右。同时，采用取向硅钢填充、裹覆的结构型式不仅提高了铁芯截面积有效利用率，而且有效增强了非晶铁芯的机械强度，提高了产品抗短路能力。

附图说明

图1为本发明的铁芯组装完成后的结构示意图；

图2为本发明的铁芯柱的截面结构示意图。

1- 铁轭；2-铁芯柱；3-下轭搭接部分；4-非晶合金带；5-取向硅钢带。

具体实施方式

实施例1：

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体生产工艺，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种复合型非晶变压器铁芯，设有三个单独的矩形铁芯框，铁芯框采用叠绕方式由两种材料复合组成，三个矩形铁芯对接成立体三角形结构。组装好的整体铁芯的铁芯柱2截面为圆形，铁轭1部为半圆形，铁轭1截面积为铁芯柱2截面积的一半，铁芯框的搭接头采用扇形搭接方式，搭接部分位于下轭部，铁芯采用非晶合金带4与取向硅钢带5进行叠绕，非晶合金带4采用宽度为70mm、100mm、120mm、140mm、160mm五种规格，取向硅钢带5厚度为0.27mm，取向硅钢带5与非晶合金带4材采用韧性胶粘接，主体部分采用非晶合金带4叠绕，台阶及边角部分采用取向硅钢带5填充绕制，两种材料将铁芯柱截面拼成圆形，铁芯框搭接头采用开口搭接方式。

铁芯的结构型式及制作方法基本同常规硅钢立体三角形铁芯，采用开口搭接式结构，由已定长度的非晶带材叠绕的方式，每30片为一组；组间增量=6.28*30*平均带厚+0.25mm，每级组数 = 每级叠厚/（30*平均带厚），用专用铁芯模具逐级叠制成环，搭接头均位于轭部，带材按由窄变宽，再由宽变窄的排列方式逐级排列组成横截面为半圆形（台阶式）单框铁芯。台阶空隙部分再用对应宽度的取向硅钢带5按同样的叠制方式填充，二者共同叠绕成横截面为半圆形的铁芯环，硅钢与非晶合金之间连接部分采用韧性胶粘接。成型铁芯环在退火处理后需采取浸漆固化处理（带接缝端的铁轭部分不浸漆），最后把三个成品铁芯环对接在一起组装成新型立体三角形结构铁芯。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

实施例2：

本实施例和实施例1的区别特征在于，本实施例的非晶合金带材采用100mm、130mm、150mm、170mm、200mm、220mm 六种宽度规格。

实施例3：

本实施例和实施例1的区别特征在于，本实施例的非晶合金带材采用150mm、180mm、200mm、230mm、260mm、280mm 、300mm七种宽度规格

实施例4：

本实施例和实施例1的区别特征在于，本实施例取向硅钢带厚度为0.30mm。

Claims (8)

1.一种复合型非晶变压器铁芯，其特征在于：设有三个单独的矩形铁芯框，铁芯框是由非晶合金和取向硅钢两种材料采用叠绕方式复合组成，三个矩形铁芯对接成立体三角形结构；主体部分采用非晶合金带材叠绕，台阶及边角部分采用取向硅钢带填充绕制，两种材料将铁芯截面拼成圆形。

2.根据权利要求1所述的复合型非晶变压器铁芯，其特征在于：组装好的整体铁芯的铁芯柱截面为圆形，铁轭部为半圆形，铁轭截面积为铁芯柱截面积的一半。

3.根据权利要求1或2所述的复合型非晶变压器铁芯，其特征在于：铁芯框采用开口搭接方式。

4.根据权利要求1所述的复合型非晶变压器铁芯，其特征在于：铁芯框搭接头采用扇形搭接方式，搭接部分位于下轭部。

5.根据权利要求1所述的复合型非晶变压器铁芯，其特征在于：铁芯采用非晶合金带材与取向硅钢带两种材料进行叠绕。

6.根据权利要求1所述的复合型非晶变压器铁芯，其特征在于：非晶合金带材宽度为70mm-300mm。

7.根据权利要求1所述的复合型非晶变压器铁芯，其特征在于：取向硅钢带厚度为0.27mm或0.30mm。

8.根据权利要求1所述的复合型非晶变压器铁芯，其特征在于：取向硅钢带与非晶合金带材采用韧性胶粘接。