CN106024321B - 低噪音cd型铁心、变压器及铁心制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低噪音CD型铁心，采用磁性纳米晶带材制成，包括能够相互对合的长、短两个U形铁心，所述短U形铁心的侧臂长度为所述长、短两个U形铁心侧臂长度之和的9‑12%。本发明还涉及一种升压变压器，包括铁心和安装在铁心上的初级线圈和次级线圈，所述铁心采用所述低噪音CD型铁心，所述初级线圈和次级线圈套接在由所述长、短两个U形铁心的侧臂相互对合形成的铁心柱上。本发明还涉及一种用于制备低噪音CD型铁心的铁心制备方法，将纳米晶带材绕制环形铁心，成型为跑道型后，将该跑道型铁心的两条长边垂直切开，形成所述的长、短两个U形铁心。采用这种铁心制备的变压器噪音低，且电磁性能好。

Description

低噪音CD型铁心、变压器及铁心制备方法

技术领域

本发明涉及一种低噪音CD型铁心、一种采用这种铁心的CD型变压器以及这种铁心的制备方法，主要可用于高压变压器及其他变压器。

背景技术

变压器是一种常见的电力设备，应用广泛，例如，随着人们环保意识的增强，空气污染物治理工作日渐加强，特别是对燃烧煤炭产生的烟尘、SO2等悬浮在空气中颗粒的治理是我国现阶段的重要任务之一，由于高压静电除尘设备所具有的高净化率，对大气污染物的治理工作越来越多的采用高压静电除尘的办法，因此对高压静电除尘电源的需求大大增加。现有高压变压器，例如与电除尘设备配套的升压变压器，多采用CD型铁心，有硅钢铁心，也有纳米晶或非晶合金铁心，但无论是哪一种材料的铁心，通常都是用一条钢带连续卷绕后定型为四角圆滑的矩形，然后从矩形长边的中间切开形成两个构造相同的U形，以便线圈的安装，装好线圈后两个U形铁心呈相互对合的状态，形成一个四角圆滑的完整的矩形，这种构造的变压器，特别是铁心采用纳米晶或非晶合金的变压器，在使用中会产生较高的噪音，并且变压器的输出特性也不够理想。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种低噪音CD型铁心，一种采用这种低噪音CD型铁心的变压器，特别是升压变压器，以及这种CD型铁心的制备方法，采用这种铁心制备的变压器噪音低，且电磁性能好。

本发明的技术方案是：

一种低噪音CD型铁心，采用磁性纳米晶带材制成，包括能够相互对合的长、短两个U形铁心，所述短U形铁心的侧臂长度为所述长、短两个U形铁心侧臂长度之和的9-12%。

一种升压变压器，包括铁心和安装在铁心上的初级线圈和次级线圈，所述铁心采用本发明公开的任意一种低噪音CD型铁心，所述初级线圈和次级线圈套接在由所述长、短两个U形铁心的侧臂相互对合形成的铁心柱上。

一种用于制备本发明公开的任意一种低噪音CD型铁心的铁心制备方法，将纳米晶带材绕制环形铁心，将胎具压入环形铁心的内环，使环形铁心的形状随胎具的压入变成跑道型，经热处理、浸漆和烘干处理，定型后取出胎具，得到跑道型铁心，将该跑道型铁心的两条长边垂直切开，形成所述的长、短两个U形铁心。

本发明的有益效果是：噪音低，对于输出12kV的升压变压器，在总体构造、工艺和材料等其他因素相仿的情况下，相对于两U形铁心采用相同构造的现有技术，噪音（A声级，下同）一般能够降低约30-50 dB(A)，甚至可降低60-70 dB(A)，同时，温升和输出谐波等方面也有一定的改善。

附图说明

图1是涉及铁心和线圈的变压器内部构造示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明公开了一种低噪音CD型铁心，采用磁性纳米晶带材制成，包括能够相互对合的长、短两个U形铁心10、60，所述短U形铁心60的侧臂61的长度X为所述长、短两个U形铁心侧臂长度11、61之和L的9-12%，优选为所述长、短两个U形铁心侧臂长度之和的9.9-10.1%，进一步优选为所述长、短两个U形铁心侧臂长度之和的10%。铁心采用两个U形铁心相互对合的构造，或者说将铁心分为相互对合的两个U形铁心，便于将制备好的线圈套接在铁心柱上，而无需直接在铁心上绕制线圈，所述线圈的制备和安装可以采用任意适宜的现有技术。在装配上线圈的铁心中，所述两个U形铁心相对对合，形成一个矩形，通常该矩形的四角呈圆滑的弧形，也可以采用其他类似于矩形的形状和构造，例如相当于矩形短边的铁轭段整体上呈弧形，且可以进一步限定为中部曲率半径大，两端部分的曲率半径小，且逐渐过渡，相当于矩形长边的铁心柱段整体上呈直线形，可将这类形状统称为跑道型（或跑道形）。

基于加工上的便利和提高生产效率，所述长、短两个U形铁心可以由同一跑道型铁心切割而成，切割形成的断面构成所述长、短两个U形铁心相互对合的对合面（即侧臂端面）50。

申请人研究发现，切口的位置，或者更准确地讲，所述长、短两个U形铁心的侧臂长度的比例关系，是影响变压器噪音的重要因素，同时也影响变压器的输出性能。依据申请人的试验，在其他因素相同的情况下，当短U形铁心的侧臂长度为所述长、短两个U形铁心侧臂长度之和的10%左右的一个狭小范围内，变压器噪音（采用A声级计量，下同）会出现一个明显的谷形变化，谷值（最低值）基本上位于（10±0.1）%的位置上（不同铁心略有差异），当所述短U形铁心的侧臂长度与所述长、短两个U形铁心侧臂长度之和的比值为9-12%时，噪音处于较为平缓的谷底，对于噪音较大（例如，常规技术下超过100 dB(A)）的变压器而言，分贝值可降至常规技术（即铁心由两个等长U形铁心对合而成）下噪音分贝值的约1/2，比临近范围（所述短U形铁心的侧臂长度与所述长、短两个U形铁心侧臂长度之的比值小于8%和大于15%）的噪音可降低至少15-25 dB(A)，当所述短U形铁心的侧臂长度为所述长、短两个U形铁心侧臂长度之和的9.9-10.1%的范围内时，噪音基本上达到或接近谷值。由此，当切割跑道型铁心时，以跑道型铁心内环长度为L，切口位置距铁心内环一端的距离X以为L的1/10为宜。

下面是多个不同规格的变压器在几种切割方式下的对比试验数据：

方式1，X取L的1/2时：

噪音（dB(A)）	初级电感（mH）	次级电感（H）	输出电压（kV）
				90-110	6.0-6.5	400-450	11.6-12.0

方式2，X取L的1/3时：

噪音（dB(A)）	初级电感（mH）	次级电感（H）	输出电压（kV）
				85-105	5.5-6.0	300-330	11.2-12.0

方式3，X取L的1/4时：

噪音（dB(A)）	初级电感（mH）	次级电感（H）	输出电压（kV）
				81-98	8.0-8.4	450-550	12.5-12.8

方式4，X取L的1/8时：

噪音（dB(A)）	初级电感（mH）	次级电感（H）	输出电压（kV）
				56-68	4.5-5.0	350-400	12.7-12.9

方式5，X取L的1/10时：

噪音（dB(A)）	初级电感（mH）	次级电感（H）	输出电压（kV）
				54-61	5.0-8.0	400-600	11.7-13.3

当采用U形铁心加横片（一字形铁心）的铁心构造时（相当于所述短U形铁心的侧臂长度为零），则噪音与采用由两个等长U形铁心对合而成的铁心的噪音相仿。

上述对比数据基于多种规格的变压器，不同规格的变压器的功率不同，每种规格变压器取数个，以剔除单个变压器误差的影响，测量方式（例如高度和距离等）相同。同种变压器在不同切割方式下，除切割方式不同外，其他因素（包括构造、材料和工艺等）基本相同。对于不同规格的变压器，在一种切割方式下噪音相对较大的，在其他切割方式下噪音也相对较大，反之亦然，例如，不同切割方式下的最大噪音来自一种变压器，最小噪音来自另一种变压器。

所述跑道型铁心的表面优选设有经喷塑工艺形成的表面涂层，由此，切割后形成的两个U形铁心的表面除切割形成的断面外，所有外表面上也均带有表面涂层，表面涂层的设置不仅有利于保护和绝缘，而且也有利于降低振动和噪音。

本发明还公开了一种升压变压器，包括铁心和安装在铁心上的初级线圈40和次级线圈30，所述铁心采用本发明公开的任意一种低噪音CD型铁心，所述初级线圈和次级线圈套接在由所述长、短两个U形铁心的侧臂相互对合形成的铁心柱上，根据变压器的设计，所述初级线圈和次级线圈可以套在铁心一侧的同一铁心柱上，也可以套接在铁心两侧的不同的铁心柱上。

所述初级线圈和次级线圈在所述铁心柱上的套接方式可以是：所述铁心柱上固定套接有线圈骨架20，所述初级线圈和次级线圈固定套接在所述线圈骨架上，所述线圈骨架可以采用任意适宜的现有技术或其他技术，通常设有中央轴向通孔，以能够套在相应的铁心柱上，其外侧可以设有用于安装和固定相应线圈的环形槽状结构或其他形式的线圈固定组件。

优选的，所述初级线圈和所述次级线圈沿线圈的轴向分布，相互间设有隔离物和/或留有隔离间隙，所述隔离物可以采用任意非磁性材料或其他适宜材料。

优选的，所述次级线圈分为沿线圈轴向分布的若干组，各组之间设有隔离物和/或留有隔离间隙，各组之间的电气连接可以依据现有技术通过连接导线和/或连接件实现，所述隔离物可以采用任意非磁性材料或其他适宜材料。

在本发明变压器适应的高压场合下，通过在初级线圈和次级线圈之间设置隔离，在次级线圈各组之间设置隔离，有效的解决了线圈匝间电压高而击穿漆包线绝缘层的问题。

本发明还公开了一种用于制备本发明所公开的各种低噪音CD型铁心的铁心制备方法，将纳米晶带材绕制环形铁心，将胎具压入环形铁心的内环，使环形铁心的形状随胎具的压入变成跑道型（四角圆滑的矩形或类似形状），经热处理、浸漆和烘干处理，必要时还可以增加其他处理工艺，定型后取出胎具，得到跑道型铁心，将该跑道型铁心的两条对应边（通常为两条长边）垂直切开，形成所述的长、短两个U形铁心，所述胎具可以采用任意适宜的现有技术，通常呈四角圆滑的矩形，可以设置相应的外侧压模与胎具配合，将环形铁心成型为跑道型铁心，切割出来的U形铁心呈叠片结构。

优选的，在切割之前，对所述跑道型铁心进行表面喷塑处理，在所述跑道型铁心的表面形成表面涂层，由此，所述长、短两个U形铁心的外表面，除了切割形成的端面外，均设有表面涂层，这些表面涂层的设置，不仅有助于保护，而且有助于将叠片相互固定，形成一个整体，进而减少叠片的振动和噪音。

优选的，用于所述喷塑处理的材料为以环氧树脂为主要成膜物质的环氧塑粉，所述环氧塑粉中混有质量分数为0.15-0.25%的铁磁性纳米磁粉，可以采用任意适宜的现有技术使混入环氧塑粉中的纳米磁粉充分分散和均匀混合。例如，所述环氧塑粉中还混有质量分数为0.015-0.025%的PVP（Polyvinyl pyrrolidone，聚维酮），即制备所述氧化塑粉时，加入质量分数为0.15-0.25%的铁磁性纳米磁粉和质量分数为0.015-0.025%的PVP作为新增加的原料，与原有环氧塑粉的各原料一起依据常规技术制备。

进一步优选的，所述在制备环氧塑粉时加入铁磁性纳米磁粉和PVP的方式为，先将所需的PVP制备成水溶液（用水量主要依据磁粉分散和喷雾干燥的要求，可以根据实际情况依设备性能、经验数据和/或通过试验确定），在所述PVP水溶液中加入所需的铁磁性纳米磁粉，混合均匀且使磁粉充分分散，然后喷雾干燥，形成磁性混合粉料，将所述磁性混合粉料作为制备环氧塑粉的原料，与其他原料一起依据常规方式制备所述的环氧塑粉。所述环氧塑粉可以采用现有任意适于纳米晶铁心表面喷塑的环氧塑粉的基础上，增加相应比例的铁磁性纳米磁粉和PVP，由此制备出来的环氧塑粉的物理特性及喷塑处理工艺与常规方式制备出的不含磁粉的相应环氧磁粉相同。

所述铁磁性纳米磁粉优选纳米铁粉，所述铁磁性纳米磁粉和PVP的质量比优选为10:1,由此可以在满足磁粉分散要求的同时，避免过多PVP对环氧塑粉性能的不利影响。

根据申请人的试验，在喷塑所用的环氧塑粉中加入铁磁性纳米磁粉（纳米铁粉），可以利用磁粉的铁磁性，依靠与铁心片的相互作用，明显地提高表面涂层的降噪效果，在常规环氧塑粉中以上述优选方式混入铁磁性纳米磁粉和PVP后，在其他因素相同的情况下，相对于采用常规环氧塑粉，能够进一步降低噪音约2-4dB（A），且不会影响变压器的电磁性能。

通过上述喷雾干燥先将铁粉和PVP制备成磁性混合粉料，有助于磁粉在最终环氧塑粉中的分散和均匀，且有助于铁粉在氧化塑粉中与其他成分的结合力或结合强度，进而有助于提高减噪效果且避免对变压器电磁性能的负面影响。

优选地，在将跑道型铁心切割成长、短两个U形铁心后，对U形铁心上通过切割形成的断面（侧臂端面）采用400目的金刚砂进行喷砂处理，除去边缘细微毛刺并将尖锐的棱边（包括棱角部位）磨成圆滑的弧形，由此减少集中在棱边的感应电流以及铁心片之间因棱边处感应电流（感应电流密度）大导致的相互作用，减少由此产生的振动和噪音。根据申请人的试验，喷砂所用磨料的选择影响减少噪音的效果，粒径和硬度过大、过小都将影响降噪效果，甚至会产生相反的作用，在一定程度上增加噪音。根据申请人的试验，对于现有纳米晶材料制备的变压器铁心而言，采用400目的金刚砂能够取得较好的降噪效果，在其他因素相同的情况下，对本发明降噪效果的贡献约为1-3dB(A)，在不同的切割工艺、功率和输出电压等因素下可以有所不同。

优选的，喷砂时应将与所处理端面邻接的铁心周围表面进行遮蔽防护以避免伤及表面涂层，但由于表面涂层与铁心叠片切割特性不同和切割精度限制导致的不同切割结果，在防护条件下喷砂对端面周边的表面涂层（涂层端面）的轻微磨损有助于方便变压器的组装并提高装配精度，进而避免因切割端面对合不善而影响变压器的电磁性能。

所述磁性纳米晶带材为能够用于制备纳米晶铁心的带材，可以采用任意适宜的现有技术和其他技术，例如，现有Finemet、Nanoperm等品牌下用于制备纳米晶铁心的Fe基、Co基、Ni基合金带材，这些合金带材出厂时可以呈非晶态，在铁心制备中，经过适宜的退火处理形成纳米晶。

Claims (11)

1.一种低噪音CD型铁心，采用磁性纳米晶带材制成，包括能够相互对合的长、短两个U形铁心，其特征在于所述短U形铁心的侧臂长度为所述长、短两个U形铁心侧臂长度之和的9-12%，所述长、短两个U形铁心由同一跑道型铁心切割而成。

2.如权利要求1所述的低噪音CD型铁心，其特征在于所述短U形铁心的侧臂长度为所述长、短两个U形铁心侧臂长度之和的9.9-10.1%。

3.如权利要求2所述的低噪音CD型铁心，其特征在于所述短U形铁心的侧臂长度为所述长、短两个U形铁心侧臂长度之和的10%。

4.如权利要求1、2或3所述的低噪音CD型铁心，其特征在于由同一跑道型铁心切割形成的断面构成所述长、短两个U形铁心相互对合的对合面。

5.如权利要求4所述的低噪音CD型铁心，其特征在于所述跑道型铁心的表面设有经喷塑工艺形成的表面涂层。

6.一种升压变压器，包括铁心和安装在铁心上的初级线圈和次级线圈，其特征在于所述铁心采用权利要求1-5中的任意一种低噪音CD型铁心，所述初级线圈和次级线圈套接在由所述长、短两个U形铁心的侧臂相互对合形成的铁心柱上。

7.如权利要求6所述的升压变压器，其特征在于所述初级线圈和次级线圈在所述铁心柱上的套接方式为所述铁心柱上固定套接有线圈骨架，所述初级线圈和次级线圈固定套接在所述线圈骨架上。

8.如权利要求7所述的升压变压器，其特征在于所述次级线圈分为沿线圈轴向分布的若干组，各组之间设有隔离物和/或留有隔离间隙。

9.一种用于制备权利要求1-4中任意一种低噪音CD型铁心的铁心制备方法，将纳米晶带材绕制环形铁心，将胎具压入环形铁心的内环，使环形铁心的形状随胎具的压入变成跑道型，经热处理、浸漆和烘干处理，定型后取出胎具，得到跑道型铁心，将该跑道型铁心的两条长边垂直切开，形成所述的长、短两个U形铁心。

10.如权利要求9所述的铁心制备方法，其特征在于在切割之前，对所述跑道型铁心进行表面喷塑处理，在所述跑道型铁心的表面形成表面涂层。

11.如权利要求10所述的铁心制备方法，其特征在于用于所述喷塑处理的材料为以环氧树脂为主要成膜物质的环氧塑粉，所述环氧塑粉中混有质量分数为0.15-0.25%的铁磁性纳米磁粉。