淺析節(jié)能型的變壓器鐵芯材料

肖洪梅

廣州廣高高壓電器有限公司 510530

淺析節(jié)能型的變壓器鐵芯材料

肖洪梅

廣州廣高高壓電器有限公司 510530

變壓器是整個電網(wǎng)中最重要的電力設(shè)備，變壓器的本身效率非常的高，但是由于容量大、數(shù)量多的原因?qū)е伦儔浩鞯膿p耗也非常的高，變壓器的損耗主要來源于變壓器中的鐵芯的鐵損和繞組的銅損，據(jù)統(tǒng)計全國變壓器的總損耗大概占系統(tǒng)發(fā)電量的百分之十左右，損耗每降低百分之一每年可以節(jié)約上百億的電量，所以采用低損耗的的鐵磁材料能夠降低變壓器的空載損耗，利用低損耗鐵芯材料的節(jié)能變電器是整個電力行業(yè)的發(fā)展方向。本文就淺析節(jié)能型變電器鐵芯材料激光切割，減少硅鋼片毛刺，降低損耗，從而達(dá)到降低鐵芯損耗，進(jìn)而降低電力變壓器損耗工藝探究。

節(jié)能型；變壓器鐵芯材料；激光切割

引言

變壓器中的硅鋼片的性能好壞不僅僅是影響到電能的損耗，還關(guān)系到電機(jī)和變壓器的性能、體積、重量和各種各樣的材料的節(jié)約，所以說硅鋼片的剪切工藝非常的重要，硅鋼片的剪切是利用激光切割的，但是切割的過程中產(chǎn)生硅鋼片的毛刺會影響電磁的特性、電機(jī)輸出功率、發(fā)電機(jī)壽命，疊片的時候毛刺會造成片間搭接短路引起漩渦損耗的增加，我們要通過改善激光切割工藝，減少硅鋼片毛刺，降低損耗。

一、變壓器鐵芯材料的發(fā)展

早期的變壓器鐵芯采用的是低碳鋼的材料，現(xiàn)在使用的硅鋼片有兩種規(guī)格，一種是零點(diǎn)三五毫米硅鋼片和另一種是零點(diǎn)五毫米硅鋼片，跟低碳鋼相比，硅鋼片的電阻幾乎不變，只是將整塊的鐵芯分割成許多金屬薄片，并且薄片之間是絕緣的，這樣就提高了磁性材料的利用率，增加交流抗阻，降低鐵芯的渦流損耗。硅鋼片的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，早期的是熱軋硅鋼片，它的含硅量低，損耗高，在二十世紀(jì)四十年代左右就出現(xiàn)了冷軋無取向硅鋼片，這種硅鋼片含硅量高，而且損耗低，一推出就得到廣泛的應(yīng)用，隨著研究的不斷深入，科學(xué)界發(fā)現(xiàn)鐵的結(jié)晶方向容易磁化，1934年美國采用冷軋和高溫?zé)崽幚斫Y(jié)合的方法使得硅鋼片中的晶體沿著方向有規(guī)律的排序，使得它具有優(yōu)良的磁性，并且逐步向工業(yè)化生產(chǎn)，雖然到目前為止硅鋼片的鐵損較大，鐵芯容易飽和，但因?yàn)樗纳a(chǎn)工藝相對簡單，成本不高，所以現(xiàn)在硅鋼片仍然是電力變壓器比較常見的鐵芯材料。

二、硅鋼片的剪切要求

發(fā)電機(jī)、變壓器、電動機(jī)上用的硅鋼片的毛刺對它的電磁性有影響，硅鋼片的毛刺會影響電磁的特性、電機(jī)輸出功率、發(fā)電機(jī)壽命，疊片的時候毛刺會造成片間搭接短路引起漩渦損耗的增加，同時要降低疊片填充系數(shù)，所以要保證剪切后的硅鋼片基本上沒有毛刺。硅鋼片經(jīng)過沖壓剪裁會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致晶粒變形磁導(dǎo)率下降，比鐵損增加，所以要保證消除內(nèi)應(yīng)力，保證原有性。硅鋼片在剪切的范圍內(nèi)不允許帶有材料的表面有絕緣損傷，片料邊緣不能有損傷，因?yàn)闀绊戣F芯的質(zhì)量。剪切以后的硅鋼片必須沒有明顯的波浪，否則硅鋼片會嚴(yán)重變形，磁疇結(jié)構(gòu)被破壞，損耗會增加。

硅鋼下料工作一般在機(jī)械壓力機(jī)上利用沖壓磨具進(jìn)行，硅鋼片的沖壓磨具是有凹凸磨具組成，安裝在沖壓機(jī)上，將硅片沖壓成電機(jī)或變壓器的定子和轉(zhuǎn)子的鐵芯片上，刃口部分要承受沖擊力、剪切力、彎曲力，同時又受到硅鋼片的擠壓和摩擦，硅鋼片的表面有特殊涂料，這樣又加強(qiáng)了刃口的摩擦和磨損，造成磨具制造間隙過大，當(dāng)磨具制造間隙過大時，在沖裁的時候硅鋼片會受到擠壓產(chǎn)生變形，沖片的邊沿就會形成毛刺。硅鋼片的沖模的正常失效主要的原因就是刃口的磨損，而且磨具制造的花費(fèi)高，研制周期長，這就引起了一種新的切割技術(shù)的，那就是激光切割。

三、激光切割

激光切割是一個熱作用的過程，操作的難易程度由材料的物理性能決定，與機(jī)械性能沒有直接的聯(lián)系，激光切割是一種不用接觸的加工方法，沒有沖擊的加工過程，不存在刀具的磨損和斷裂，材料受力變形等等問題。激光切割硅鋼片技術(shù)可以簡化沖片的步驟，減少生產(chǎn)工序降低生產(chǎn)成本，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工程的自動化，能夠滿足硅鋼片剪裁的要求，增加鐵芯的有效導(dǎo)磁面積，減少渦流漏磁的損失，改善性能，減少硅鋼片毛刺，降低損耗，從而達(dá)到降低鐵芯損耗，進(jìn)而降低電力變壓器的損耗。但是利用激光切割還需要解決的問題是掛渣，硅的存在將會導(dǎo)致切割速度的降低和底邊容易形成掛渣現(xiàn)象，因此要考慮切割效率和尺寸精度控制，下面我們就硅鋼片進(jìn)行激光切割工藝的實(shí)驗(yàn)研究。

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

激光切割硅鋼片工藝的實(shí)施主要目的是解決掛渣問題，達(dá)到剪切工藝中產(chǎn)生毛刺的問題，所以實(shí)驗(yàn)針對熔渣形成的原因進(jìn)行設(shè)計。我們根據(jù)硅鋼片的特性，激光切割試驗(yàn)用高壓供氣系統(tǒng)，氣體噴嘴的壓強(qiáng)超過兩千五百千帕，氣流量超過每小時八十立方米，實(shí)驗(yàn)的固定功率在三千瓦，分別用氧氣和純度高的氮?dú)廨o助切割，先固定輔助切割氣體，分別改變切割速度和輸出功率，最后用電子探針監(jiān)測。

3.2 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用氧氣輔助切割的時候無論采用什么樣的切割速度和輸出功率都會產(chǎn)生嚴(yán)重的掛渣，用高純度氮?dú)廨o助切割的時候，輸出功率相對固定時，隨著切割速度的提升，能夠得到光滑沒有熔渣的切口，切割速度相對固定時，隨著激光輸出功率的增加，也能夠得到光滑沒有熔渣的切口。

3.3 產(chǎn)生結(jié)果的原因

經(jīng)過電子探針的檢測之后發(fā)現(xiàn)，熔渣的成分主要是二氧化硅和鐵硅氧化物，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮砻髑懈钸^程中的硅元素容易和氧氣化學(xué)作用下生成二氧化硅和鐵硅氧化物，二氧化硅的密度比氧化鐵密度低就會在熔融區(qū)形成一個表面層，熔融態(tài)的氧化物具有強(qiáng)大的粘滯系數(shù)形成熔渣之后不容易被切割氣體吹走，導(dǎo)致表面層嚴(yán)重的掛渣，這樣硅鋼片的毛刺就會增加，損耗增大，那么鐵芯的損耗就會增大，最后電力變壓器的損耗增加，沒有起到節(jié)能的作用。

用高純度的氮?dú)鈴?fù)制切割硅鋼片的時候，氮?dú)饽軌蜃韪粞鯕?，這樣就沒有辦法生成二氧化硅，高純度的氮?dú)饽軌虼底呷廴趹B(tài)的殘渣，就能夠有一個精細(xì)的切口，不會有掛渣形成，但是因?yàn)橛眠@個方法會使得高壓的氣體消耗量非常大，氮?dú)獾某杀居址浅８?，生產(chǎn)成本就會增加，所以應(yīng)該采取其他的手段防止硅氧化物的形成，或者在形成硅氧化物之后能夠吹走熔融態(tài)的硅氧化物。這個實(shí)驗(yàn)做完之后對它的尺寸進(jìn)行檢測測量，尺寸的精度完全滿足要求，所以說激光的切割精度容易控制，減少了硅鋼片的毛刺，降低了損耗，降低了鐵芯的損耗，能夠使得變壓器更加的節(jié)能。

四、總結(jié)

就目前來說，國家倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，鼓勵節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，變壓器的損耗主要來源于變壓器中的鐵芯的鐵損和繞組的銅損，電機(jī)和變壓器的性能、體積、重量和各種各樣的材料的節(jié)約都和硅鋼片的切割有關(guān)，我們對電力變壓器的鐵芯材料硅鋼片進(jìn)行激光切割工藝的實(shí)驗(yàn)研究，通過改善激光切割工藝，減少硅鋼片毛刺，降低損耗，從而達(dá)到降低鐵芯損耗，進(jìn)而降低電力變壓器的損耗，符合國家節(jié)能降耗的政策。使得變壓器更具有安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，能夠使得農(nóng)村等經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)盡快進(jìn)行節(jié)能降耗變壓器更新?lián)Q代。

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