CN111354563A - 阳极饱和电抗器用铁心、制备方法及阳极饱和电抗器 - Google Patents

阳极饱和电抗器用铁心、制备方法及阳极饱和电抗器 Download PDF

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CN111354563A CN202010290266.XA CN202010290266A CN111354563A CN 111354563 A CN111354563 A CN 111354563A CN 202010290266 A CN202010290266 A CN 202010290266A CN 111354563 A CN111354563 A CN 111354563A
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Abstract

本发明涉及电力电子行业用铁心技术领域，具体涉及阳极饱和电抗器用铁心、制备方法及阳极饱和电抗器；其中方法包括提供铁心雏形；对所述铁心雏形进行装夹，并对装夹后的所述铁心雏形进行退火处理；基于浸漆的工艺参数，对退火处理后的所述铁心雏形进行浸漆处理；其中，所述浸漆的工艺参数包括浸漆真空度为1000Pa以下、浸漆压力为0.1MPa‑1MPa、浸漆保压时长为0.5h‑10h以及浸漆总时长为0.5h‑10h；对浸漆后的所述铁心雏形进行切割处理，以得到所述阳极饱和电抗器用的铁心。通过在浸漆处理时对浸漆的工艺参数的设置，能够保证浸漆量适中，薄厚均匀，从而实现在损耗不增加的条件下降低铁心的噪声，进而可以降低使用该铁心的阳极饱和电抗器的噪声。

Description

阳极饱和电抗器用铁心、制备方法及阳极饱和电抗器
技术领域
本发明涉及电力电子行业用铁心技术领域，具体涉及阳极饱和电抗器用铁心、制备方法及阳极饱和电抗器。
背景技术
阳极饱和电抗器用于高压直流换流器的换流阀中，其主要作用：一是用于限制换流阀中的晶闸管元件导通时出现的较高的电流上升率，以及较高的浪涌电流而引发晶闸管元件被烧毁；二是当晶闸管处于关断期间线路出现较高的电压上升率，以避免晶闸管元件所承受浪涌电压而引起的误开通。
其中，阳极饱和电抗器在工作过程中会产生较大的噪声(一般单个铁心的噪声在85dB以上)，这也是换流阀的主要噪声源。为解决这一问题，现有技术中采用的是将电抗器的线圈和铁心浇注在一体的工艺，即起到把线圈和铁心的相对位置固定的作用，又能降低噪音的作用。但是，这一工艺会导致原有生产线的改变，会带来较大的生产投入。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种阳极饱和电抗器用铁心、制备方法及阳极饱和电抗器，以解决阳极饱和电抗器的噪声较大的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，包括：
提供铁心雏形；
对所述铁心雏形进行装夹，并对装夹后的所述铁心雏形进行退火处理；
基于浸漆的工艺参数，对退火处理后的所述铁心雏形进行浸漆处理；其中，所述浸漆的工艺参数包括浸漆真空度为1000Pa以下、浸漆压力为0.1MPa-1MPa、浸漆保压时长为0.5h-10h以及浸漆总时长为0.5h-10h；
对浸漆后的所述铁心雏形进行切割处理，以得到所述阳极饱和电抗器用的铁心。
本发明实施例提供的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，由于铁心在励磁时会产生振动，对铁心的片间浸漆会起到缓冲作用，浸漆量较少起不到缓冲作用，浸漆量较多会使叠片系数下降，导致铁心尺寸增大。因此，通过在浸漆处理时对浸漆的工艺参数的设置，能够保证浸漆量适中，薄厚均匀，从而实现在损耗不增加的条件下降低铁心的噪声，进而可以降低使用该铁心的阳极饱和电抗器的噪声。
结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述退火处理的保温温度为700℃-1000℃，所述退火处理的保温时间为0.5h-5h。
本发明实施例提供的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，通过对退火保温温度以及保温时间的设置，可以实现较好的去应力效果。
结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述退火处理在500℃以下的降温速度在3℃/min以内。
本发明实施例提供的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，控制退火温度在500℃以下的降温速度，可以防止冷却速度过快重新引入应力。
结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述退火处理的退火炉内的含氧量小于或等于500ppm。
本发明实施例提供的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，通过控制退火炉内的含氧量能够防止铁心雏形的氧化。
结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，所述装夹的压力为5吨/m2-20吨/m2。
本发明实施例提供的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，装夹压力的设置能够在保证达到铁心的形状要求的基础上，避免采用较大的装夹压力以保证通过后续的退火工艺能够去除应力。
结合第一方面，或第一方面第一实施方式至第四实施方式中任一项，在第一方面第五实施方式中，所述提供铁心雏形，包括：
控制开卷机提供目标原料；
将所述目标原料分切成预设宽度的带状原料；
对所述带状原料进行卷绕处理，得到所述铁心雏形。
结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述分切的刀面间隙为-0.05mm-0.5mm、所述分切的上下错刀量为0.01mm-0.5mm、所述分切的分切速度为10m/min—500m/min。
本发明实施例提供的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，通过对分切的工艺参数进行设置，能够避免在分切材料过程中带材容易出现镰刀弯等不良现象，减少带材毛刺。
结合第一方面第五实施方式，或第六实施方式，在第一方面第七实施方式中，所述开卷机的开卷张力为0.5kg-10kg，所述开卷机的收卷张力为0.5kg-10kg。
本发明实施例提供的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，通过对开卷张力以及收卷张力的控制，使得得到的铁心雏形具有较好的板型。
根据第二方面，本发明实施例提供一种根据本发明第一方面，或第一方面任一项实施方式中所述的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法制备的阳极饱和电抗器用铁心。
本发明实施例提供的阳极饱和电抗器用铁心，通过上述的方法制备而成，具有较低的噪声以及较好的磁性能，其中铁心的噪声不大于75dB；在800A/m、400Hz频率条件下该铁心的磁通密度为1.8T-1.9T；在频率400Hz、磁通密度1.5T的条件下该铁心的损耗为15W/kg以下。
结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述阳极饱和电抗器用铁心的噪声不大于75dB；在800A/m、400Hz频率条件下所述阳极饱和电抗器用铁心的磁通密度为1.8T-1.9T；在频率400Hz、磁通密度1.5T的条件下所述阳极饱和电抗器用铁心的损耗为15W/kg以下。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种阳极饱和电抗器，包括：
线圈；
本发明第二方面，或第二方面第一实施方式中所述的阳极饱和电抗器用铁心；其中，所述线圈绕设在所述铁心上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的阳极饱和电抗器用铁心的制备工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。
需要说明的是，发明人在对现有的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法的研究过程中发现，造成阳极饱和电抗器噪声较大的原因在于：铁心在励磁时的振动所引起的。其中，在铁心的制备过程中，浸漆处理会对铁心的片间浸漆起到缓冲作用，因此，发明人提出通过对浸漆处理工艺进行改进，以降低铁心在励磁时的振动所引起的噪声。但是，若浸漆量较少起不到缓冲作用；若浸漆量较多会是叠片系数下降，导致铁心尺寸增大。因此，如何保证浸漆量适中是本方案的主要改进点。具体地，发明人提出对浸漆处理的工艺参数进行设置，以保证浸漆量适中，薄厚均匀，从而实现在损耗不增加的条件下降低噪声。
本发明实施例还提供了一种阳极饱和电抗器用铁心，该铁心是采用下文所述的制备方法制备的。
本发明实施例还提供了一种阳极饱和电抗器，包括线圈以及铁心。其中，线圈绕设在铁心上，铁心是采用下文所述的制备方法制备的。
实施例1
本发明实施例提供了一种阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，如图1所示，包括：
S11，提供铁心雏形。
其中，铁心雏形可以是事先已经形成的，也可以是在制备铁心时利用目标原料制备而成的，在此对铁心雏形的形成时机并不做任何限制。
在本实施例中以铁心雏形时在制备铁心时利用原料制备而成为例，进行描述。具体地，上述S11包括如下步骤：
(1)控制开卷机提供目标原料。
将目标原料设置在开卷机上，控制开卷机工作以向分条机提供目标原料。其中，目标原料可以时超薄取向硅钢的工业成品板，也可以时其他原料等等，在此对目标原料并不做任何限制。其中，开卷机的开卷张力为0.5kg，收卷张力为0.5kg。
(2)将目标原料分切成预设宽度的带状原料。
利用分条机对目标原料进行分条，其中分条机中分切刀面间隙为-0.05mm，上下错刀量为0.01mm，边丝宽度为1mm，分切速度为10m/min。
分条机在分切材料过程中，由于带材容易出现镰刀弯等不良现象，从而导致后续卷绕过程中出现翻边、卷绕后不整齐问题，影响铁芯外观质量。且带材毛刺过多，会因为相邻两层的薄带导通，导致铁芯涡流损耗增加。因此，在本实施例中，通过对分条机的工艺参数(分切刀面间隙、上下错刀量、边丝宽度以及分切速度)进行设置，以避免上述现象的发生。
分条机将目标原料分切成预设宽度的带状原料，其中，预设宽度可以是20mm-60mm。具体预设宽度的数值可以根据实际情况进行相应的设置。
(3)对带状原料进行卷绕处理，得到铁心雏形。
采用模具对分切好的带状原料进行卷绕，在确保不会出现翻边或边缘不整齐的前提下，提高卷绕速度，确保卷绕的一致性。在对带状原料进行卷绕处理之后，就可以得到铁心雏形。
进一步地，为保证后续装夹工艺的一致性，同一款铁心卷绕圈数相差1圈，卷绕厚度相差0.1mm。
S12，对铁心雏形进行装夹，并对装夹后的铁心雏形进行退火处理。
在得到铁心雏形之后，将铁心雏形置入装夹设备中，利用10吨/m2的装夹压力对铁心雏形进行装夹处理。其中，装夹压力过大会导致带入的应力无法在退火时去除，到会导致铁心的变形；装夹压力过小，会降低铁心的叠片系数。因此，在本实施例中将装夹压力设置为10吨/m2。
在对铁心雏形进行装夹处理之后，对装夹后的铁心雏形进行退火处理。在退火处理时，可以向退火炉中通入氮气，以保护装夹后的铁心雏形，并对其进行退火处理。
具体地，在升温初始时，向退火炉内通入氮气，且确保炉内含氧量为400ppm，防止铁心雏形被氧化。控制退火炉内的温度在5h内升温至700℃，且对于该温度的保温时间为0.5h，以保证铁心雏形的内应力完全去除。然后，对退火炉进行降温处理，当炉内温度降至500℃时，降温速率为1℃/min。通过对降温速率的控制，能够防止冷却速度过快重新引入应力。
S13，基于浸漆的工艺参数，对退火处理后的铁心雏形进行浸漆处理。
在铁心雏形的退火处理完成之后，再对铁心雏形进行浸漆处理。具体地，采用浸漆炉对退火后的铁心雏形进行浸漆。其中，浸漆真空度为500Pa、浸漆压力为0.1MPa、浸漆保压时长为0.5h，浸漆总时长为0.5h。
S14，对浸漆后的铁心雏形进行切割处理，以得到阳极饱和电抗器用的铁心。
具体地，在浸漆处理完成之后，可以采用切割机和研磨机对浸漆后的铁心进行切割以及研磨。在此对切割以及研磨的具体方式并不做任何限制。
本实施例提供的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，通过在浸漆处理时对浸漆的工艺参数的设置，能够保证浸漆量适中，薄厚均匀，从而实现在损耗不增加的条件下降低铁心的噪声，进而可以降低使用该铁心的阳极饱和电抗器的噪声。
实施例2
本实施例提供一种阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，具体的制备方法与实施例1相同。其中，与实施例1不同的是：
开卷机的开卷张力为10kg，收卷张力为10kg；
分切刀面间隙为0.5mm，上下错刀量为0.5mm，边丝宽度为10mm，分切速度为500m/min；
同一款铁心卷绕圈数相差10圈，卷绕厚度相差0.5mm；
装夹压力为10吨/m2；
退火炉内的含氧量为100ppm，退火炉内的温度升温至1000℃，保温时间为1h，当炉内温度降至500℃时降温速率为2℃/min；
浸漆真空度在1000Pa，浸漆压力为1MPa，浸漆保压时长为10h，浸漆总时长为10h。
实施例3
本实施例提供一种阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，具体的制备方法与实施例1相同。其中，与实施例1不同的是：
开卷机的开卷张力为5kg，收卷张力为5kg；
分切刀面间隙为0.1mm，上下错刀量为0.1mm，边丝宽度为5mm，分切速度为200m/min；
同一款铁心卷绕圈数相差20圈，卷绕厚度相差1mm；
装夹压力为5吨/m2；
退火炉内的含氧量为300ppm，退火炉内的温度升温至850℃，保温时间为5h，当炉内温度降至500℃时降温速率为2℃/min；
浸漆真空度在1000Pa，浸漆压力为0.5MPa，浸漆保压时长为5h，浸漆总时长为5h。
实施例4
本实施例提供一种阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，具体的制备方法与实施例1相同。其中，与实施例1不同的是：
开卷机的开卷张力为1kg，收卷张力为1kg；
分切刀面间隙为0.3mm，上下错刀量为0.08mm，边丝宽度为3mm，分切速度为300m/min；
同一款铁心卷绕圈数相差15圈，卷绕厚度相差0.8mm；
装夹压力为15吨/m2；
退火炉内的含氧量为500ppm，退火炉内的温度升温至900℃，保温时间为4h，当炉内温度降至500℃时降温速率为3℃/min；
浸漆真空度在800Pa，浸漆压力为0.8MPa，浸漆保压时长为1h，浸漆总时长为1h。
对比例1
本对比例提供一种阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，具体的制备方法与实施例1相同。其中，与实施例1不同的是：
浸漆真空度在1500Pa，浸漆压力为5MPa，浸漆保压时长为15h，浸漆总时长为15h。
对比例2
本对比例提供一种阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，具体的制备方法与实施例1相同。其中，与实施例1不同的是：
浸漆真空度在300Pa，浸漆压力为0.08MPa，浸漆保压时长为0.2h，浸漆总时长为0.2h。
对比例3
本对比例提供一种阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，具体的制备方法与实施例1相同。其中，与实施例1不同的是：
开卷机的开卷张力为0.2kg，收卷张力为0.2kg；
分切刀面间隙为-0.1mm，上下错刀量为0.8mm，边丝宽度为15mm，分切速度为5m/min；
同一款铁心卷绕圈数相差25圈，卷绕厚度相差3mm；
装夹压力为3吨/m2；
退火炉内的含氧量为50ppm，退火炉内的温度升温至500℃，保温时间为0.2h，当炉内温度降至500℃时降温速率为5℃/min；
浸漆真空度在1500Pa，浸漆压力为5MPa，浸漆保压时长为15h，浸漆总时长为15h。
对比例4
本对比例提供一种阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，具体的制备方法与实施例1相同。其中，与实施例1不同的是：
开卷机的开卷张力为15kg，收卷张力为15kg；
分切刀面间隙为1mm，上下错刀量为1mm，边丝宽度为18mm，分切速度为300m/min；
同一款铁心卷绕圈数相差25圈，卷绕厚度相差3mm；
装夹压力为30吨/m2；
退火炉内的含氧量为30ppm，退火炉内的温度升温至1500℃，保温时间为10h，当炉内温度降至500℃时降温速率为10℃/min；
浸漆真空度在300Pa，浸漆压力为0.08MPa，浸漆保压时长为0.2h，浸漆总时长为0.2h。
实验例
通过对实施例1-实施例4以及对比例1-对比例4所述的制备方法得到的阳极饱和电抗器用铁心分别进行噪声测试以及磁性能。其中，噪声测试的测试方法是：采用BK2270声级计，探头垂直于铁心表面、在距离铁心切断的接缝处20cm位置进行测量，测量的噪声值为A计权声压级噪声。磁性能测试的测试方法是：利用功率分析仪采用双线圈法进行铁心损耗和磁通密度的测量。
在800A/m、400Hz频率条件下进行磁通密度的测试，且在频率400Hz、磁通密度1.5T的条件下进行铁心损耗的测试，得到的测试结果如下：
表1测试结果
铁心损耗(W/kg) 磁通密度(T) 噪声(dB)
实施例1 9 1.80 75
实施例2 12.5 1.85 68
实施例3 14 1.9 75
实施例4 11.4 1.81 70
对比例1 15.0 1.81 80
对比例2 15.5 1.82 85
对比例3 16 1.80 90
对比例4 17 1.81 95
从表1中的数据可以看出，本发明实施例提供的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法所制备出的铁心具有较低的铁心损耗以及噪声，且具有较高的磁通密度。
从制备工艺上来说，如图2所示，本发明实施例的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法可以分为以下几个部分：
(1)分切：首先，采用分条机对超薄硅钢带材进行分条，分切刀面间隙为-0.05mm-0.5mm、上下错刀量为0.01mm-0.5mm、边丝宽度为1mm-10mm、开卷张力为0.5kg-10kg、收卷张力为0.5kg-10kg、分切速度为10m/min-500m/min。
(2)卷绕：随后，采用模具对分切好的带材进行卷绕。在确保不会出现翻边或边缘不整齐的前提下，提高卷绕速度，确保卷绕的一致性。为保证装夹工艺的一致性，同一款铁心卷绕圈数相差不应大于20圈，卷绕厚度相差不应大于1mm。
(3)装夹：进一步对卷绕好的带材进行装夹。装夹压力应控制在20吨/m2以下。装夹压力过大会导致带入的应力无法在铁芯退火时去除，也会导致铁芯变形。装夹压力过小，会降低铁芯的叠片系数。
(4)退火：采用氮气保护炉对装夹好的铁心进行去应力退火。升温初始时炉内通入氮气，确保炉内氧含量应小于500ppm，防止铁芯氧化。将炉温在5h内升温至700℃-1000℃，保温时间控制在0.5h-10h之间，确保铁心内应力的完全去除。然后随炉冷却，当温度降至500℃时，降温速率应控制在3℃/min以内。
(5)浸漆：采用浸漆炉对退火后的铁心进行浸漆。浸漆真空度在1000Pa以下，浸漆压力为0.1-1MPa，保压时间为0.5h-10h，浸漆时间为0.5h-10h。
(6)切割研磨：最后，采用切割机和研磨机对浸漆后的铁心进行切割、研磨。采用常规设备和常规的切割、研磨手段即可完成。
其中，制备的铁心所采用的超薄硅钢带材厚度为0.01mm-0.10mm，制备得到的阳极饱和电抗器用铁心的噪声不大于75dB，铁心损耗P1.5T/400Hz＝15W/kg以下，磁通密度B8＝1.80T-1.90T。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (11)

1.一种阳极饱和电抗器用铁心的制备方法，其特征在于，包括：
提供铁心雏形；
对所述铁心雏形进行装夹，并对装夹后的所述铁心雏形进行退火处理；
基于浸漆的工艺参数，对退火处理后的所述铁心雏形进行浸漆处理；其中，所述浸漆的工艺参数包括浸漆真空度为1000Pa以下、浸漆压力为0.1MPa-1MPa、浸漆保压时长为0.5h-10h以及浸漆总时长为0.5h-10h；
对浸漆后的所述铁心雏形进行切割处理，以得到所述阳极饱和电抗器用的铁心。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火处理的保温温度为700℃-1000℃，所述退火处理的保温时间为0.5h-5h。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述退火处理在500℃以下的降温速度在3℃/min以内。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述退火处理的退火炉内的含氧量小于或等于500ppm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装夹的压力为5吨/㎡-20吨/㎡。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述提供铁心雏形，包括：
控制开卷机提供目标原料；
将所述目标原料分切成预设宽度的带状原料；
对所述带状原料进行卷绕处理，得到所述铁心雏形。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述分切的刀面间隙为-0.05mm-0.5mm、所述分切的上下错刀量为0.01mm-0.5mm、所述分切的分切速度为10m/min—500m/min。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述开卷机的开卷张力为0.5kg-10kg，所述开卷机的收卷张力为0.5kg-10kg。
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的阳极饱和电抗器用铁心的制备方法制备的阳极饱和电抗器用铁心。
10.根据权利要求9所述的阳极饱和电抗器用铁心，其特征在于，所述阳极饱和电抗器用铁心的噪声不大于75dB；在800A/m、400Hz频率条件下所述阳极饱和电抗器用铁心的磁通密度为1.8T-1.9T；在频率400Hz、磁通密度1.5T的条件下所述阳极饱和电抗器用铁心的损耗为15W/kg以下。
11.一种阳极饱和电抗器，其特征在于，包括：
线圈以及权利要求9或10所述的阳极饱和电抗器用铁心；其中，所述线圈绕设在所述铁心上。
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