CN1088354A - 一种新型变压器铁芯 - Google Patents

Abstract

本发明属于变压器制造技术领域，其采用纯铁导 磁率高的特性，并采用纯铁质漆包线制作变压器铁 芯，取代原有硅钢片的片状结构，由此增大涡电流线 上的电阻，据以减少涡电流损耗，利用漆包铁线制作 铁芯其可塑性强，据需要可制成任意形状，如制成闭 合无开口型铁芯，可以减小磁阻，增加磁通量并避免 交流声。本发明提出的新型结构变压器铁芯，使变压 器的效率明显提高，重量、成本有明显的降低。

Description

本发明属于变压器制造技术领域，涉及变压器铁芯，主要提出一种新型结构的变压器铁芯。

现有的变压器制造技术中，其铁芯大多采用硅钢片，少数采用坡莫和超坡莫合金，中、高频也有采用铁氧体的，其构造有“EI”、“C”型、“环”型和“R”型等。

铁加少量的硅并作成薄片制成的铁芯，目的是为了减小涡电流损耗，但由此减小了铁的导磁率，加之其成型结构的限制，使得其“EI”、“C”型及最新型的小型变压器“R”型铁芯，尽管作了一定的努力，都没有从根本上解决硅钢片导磁率低的问题;用坡莫合金、超坡莫合金片制作铁芯，可大大减少重量和提高效率，但由于造价过于昂贵，一般民用和电力变压器均不采用。

纯铁片的电阻率是硅钢片的1/5-1/6，涡电流损失太大，导致变压器的效率很低。

本发明的目的即由此产生，主要提出一种新型结构的变压器铁芯，使变压器的效率明显提高，重量、成本有明显的降低。

本发明完成其目的采取的技术方案为：

首先考虑采用高纯度的铁（其含杂为0.05%）作为铁芯材料，其最大导磁率为冷轧硅钢的20倍。对铁的纯度并不局限于此纯度要求，用08A钢即可满足本发明的需要，本发明主要利用纯铁的高导磁率和矫顽磁场小的特点。

由此产生的问题是纯铁的电阻率为硅钢的1/5，本发明进一步的方案是改变原有变压器铁芯结构，以点代面，以线代片，即采用漆包铁线取代原有的片状结构，由此可增大涡电流线上的电阻，据以减少涡电流损耗，同时长线的退磁场H_D很小，可以认为H_D→0，又可减少磁滞损失，因此提高了效率，减少用铁量。

由电磁感应定律计算：用半径为0.11mm的漆包铁线可代替0.35mm厚的硅钢片，用《电学新理论纲要》中的公式计算和实验证明：用r＝0.15mm～0.5mm的漆包铁线即可代替0.35mm厚的硅钢片，其占空系数为75%左右。

本发明的技术方案还有：利用铁线的可塑性强的特点，据需要制成任意形状的铁芯，用漆包铁线绕制成闭合（无开口）型铁芯，可以减小磁阻，增加磁通量，同时可避免交流声。

本发明技术方案的效益分析：

A、用感应电动势定理的公式：

ε＝2πfWS（μWImo/l）〔ln（1+K/1-K）/G〕

设计变压器：式中的0＜K＝r/r＜1，G＝2.9～9.9以漆包铜线的线径而定，由1/G〔ln（1+K/1-K）〕知铜漆包线应尽量靠近铁芯，以减少漏磁。磁路l越短越好，导磁率μ越大越好，当铁的μ_Fe等于硅钢的μ_Si10倍时，线圈W可减少，铁芯面积S可减少，空载电流Imo也可减少，设W减少15%，S减少30%，可求出Imo减少的数值为（其他条件相同时）：

N²SImo＝10（0.85N）²（0.7S）Imo，

Imo1/Imo＝0.1977≈20%

铜线的重量减少15%，铁的重量减少30%，空载电流减少80%，理论计算可达到节能节材的目的。

B、利用纯铁时，一方面它的矫顽磁场Hc是冷轧硅钢的1/4，这样磁滞损失就大大减小，即铁损大为减小;另一方面将铁芯由片状变为线状，不但减小了涡电流损失，也可减小磁滞损失，线状退磁场由公式：

H_D＝J/μ0｛1-（l/d）/〔1+（l/d）²〕^1/2｝＝J/μ0·K_D式中的l为线长，d为线径，当l＝6000m，d＝0.45×10^-3m时，K_D→0，H_D→0，即退磁场H_D接近于零，铁线最易磁化，由此也说明了磁滞损失很小。因此，采用铁线，铁损小，变压器效率可提高。

本发明的具体效果和特点：

以1020VA变压器为例，采用对比形式以说明其良好效果。本发明铁芯制成的变压器与现有技术变压器主要参数比较见下表：

本发明变开口型为封闭型（铁线易做成封闭型），这样Bm值自然会提高，致使铁芯面积会减小，因而减少了铁的重量和铜线的重量。

由其可塑性，变铁芯的长方形面积为圆面积，其周长会减少，同样（匝数）Cu线的重量又会减少。

由于铁漆包线制作铁芯和铜漆包线做线圈而成变压器，都可用电动机的带动绕线，因而可以简化加工工艺和提高制造效率。

铁漆包线生产容易，且成本低廉，可取代进口的硅钢片。

用漆包铁线可制成无开口型或开口型的“EI”型、“C”型、环型、“R”型和三柱型等变压器铁芯。采用本发明的铁芯，可制成小型变压器、特种变压器（调压器、音频变压器、中频和15625Hz变压器）及大、中型和特大型电力变压器。

本发明提供如下实施例：

附图1为本发明铁芯绕线支架结构示意图。

附图2为本发明绕线支架半圆型绕线槽1结构示意图。

附图3为本发明绕线支架半圆型绕线槽2结构示意图。

附图4为用绕线支架绕成的无开口的圆柱型铁芯示意图。

附图5为用绕线支架绕成的无开口的圆柱型电力变压器铁芯示意图。

附图6为调压器铁芯绕线支架结构示意图。

附图7为用绕线支架绕成的调压器铁芯示意图。

采用半径r＝0.15mm～0.5mm的漆包铁线最好是制成圆柱封闭型铁芯，为此可先制成漆包铁线的绕线支架，其示意图如图1～3所示;《电工手册》上有小型变压器的铁芯尺寸;a、b、c、h、A、H，设本铁芯的面积等于《电工手册》上的铁芯面积，即πR²＝ab，所以本铁芯的面积的半径为R= $\sqrt{\mathrm{a\; b\; /\; \pi }}$

对小型变压器来说，其绕线支架可用厚度为d＝1mm～2mm的半径为R，长为C的钢管剖成两半圆状即可，对大型变压器来说，因R大，d的数值可适当增大，也可用钢板作成半圆状。

和图2相似，图3也是半圆型绕线槽的又一部分，形状也为用半径为R的钢管剖成两半圆状，其长度为h（《电工手册》中的高）。

绕线支架装配：将图2和图3所示的各两个半圆凹槽向外，使图2中的两个小凸头放进图3中的两个小凹口中，四个半圆就组成了一个绕线支架，用支撑板4填在支架空隙中，在木块的h/2和C/2处开一个可插绕线机轴的孔，用两块木块夹持支架固定在绕线机上，即可绕上漆包铁线，绕过半圆后，用目测继续绕线成圆柱后把支架拆下，就成了无开口的圆柱形铁芯，铁芯示意图如图4。

用旋转的方法，把铜漆包线绕在圆柱上，两侧各绕1/2的圈数。将线圈串联起来，就成了小型节能节材变压器。

绕制调压器时，只需作一个（按《电工手册》上功率要求的）木圆柱体，在木圆柱体轴向的中心打一个可穿绕线机轴的孔，用两块木板夹持着，将其固定在绕线机上，绕上铁漆包线即可，铁漆包线绕的厚度和木圆柱体长度和半径都是视调压器的功率而定，绕好后，将木圆柱体拆下，即可用传统的方法将铜漆包线绕在铁芯上。

以500VA调压器为例，木圆柱体的直径为50mm，长为85mm，如图6所示。

用铁漆包线绕成的铁芯的厚度为25mm，如图7所示。

电力变压器的铁芯为三柱型，绕制铁芯的方法是：用图1-3所示的绕线支架（据功率的大小而定尺寸）绕成半圆状，即拆下支架，使两个半圆状对在一起，中心柱就成了圆柱体，将中芯柱用铁限制器夹好，两侧面放上木块，装在特制的绕线机上，再用目测绕制外侧的半圆状的铁漆包线，三柱型铁芯示意图如图5。

附图中：

图1：（1）、半圆形绕线槽    （2）、半圆型绕线槽

（3）、绕线机轴孔    （4）、为支撑板

图2：绕线支架绕线槽1的三视图，（5）为小凸头，长度C为《电工手册》中的窗宽C。

图3：绕线支架绕线槽2的三视图，（6）为小凹口，长度h为《电工手册》中的窗高h。

图4：C为窗宽，h为窗高。

图5：C为窗宽，h为窗高。

图6：（3）为绕线机轴孔，（7）为圆柱体开口。

图7：面积S＝h（R₂-R₁）

Claims (5)

1、一种新型变压器铁芯，其特征在于：由漆包铁线制成。

2、根据权利要求1所述的新型变压器铁芯，其特征在于：采用的漆包铁线其r为0.15mm～0.5mm。

3、根据权利要求1或2所述的新型变压器铁芯，其特征在于：漆包铁线在绕线支架上缠绕、成型后脱离绕线支架制成。

4、根据权利要求1或2所述的新型变压器铁芯，其特征在于：由漆包铁线制成的铁芯可为闭合无开口型。

5、根据权利要求1或2所述的新型变压器铁芯，其特征在于：由漆包铁线制成的铁芯可为开口型的“ET”型、“C”型、“环”型和“R”型、三柱型。

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