大型变压器铁芯柱直径偏差的影响因素分析及控制

大型变压器铁芯柱直径偏差的影响因素分析及控制

曾贺林晓琳

(保定天威保变电气股份有限公司，河北 保定 071056)

摘要：芯式变压器铁芯直径是大型变压器的一项重要参数，受加工公差积累和加工工艺水平影响，铁芯截面会产生偏差，呈“椭圆形”或“梨形”，根据偏差的情况可对产品性能和器身装配造成一系列不同程度的影响，同时也会增加变压器的制造成本和材料成本。现针对铁芯直径和同芯度产生偏差的原因进行分析，并提出控制方法。

关键词：大型变压器；铁芯直径；偏差；影响因素；控制

收稿日期:2015-05-14

作者简介：曾贺(1979—)，男，辽宁鞍山人，工程师，主要从事变压器制造工艺技术及质量管理工作。

0引言

变压器铁芯的基本类型分为壳式铁芯和芯式铁芯两种。芯式铁芯多为分级圆柱式，其优点是圆形线圈制造相对方便，短路时的辐向稳定性好，硅钢片用量也相对较少，因此在我国近千家变压器制造厂中普遍采用芯式结构。芯式结构铁芯为多级圆形截面，铁芯直径一般用其外接圆的直径来表示。对于变压器制造来说，直径偏差取决于各级对应点上的实测直径与设计直径之间的差值，差值越小，说明铁芯截面越是趋向于圆形，线圈与铁芯的套装配合度越好，装配质量越高。反之，铁芯直径偏差大会造成绕组套装困难，在套包过程中，铁芯中柱圆度不够，会导致套包时局部撑不实，削弱抗短路能力，还可能使绕组内绝缘距离不够，影响到铁芯的力学性能及电气性能。在工艺水平不高的情况下，设计过程中不得不靠增加铁芯与线圈之间配合间隙来确保套装的顺利完成，对线圈线材的使用、绝缘纸板的使用量都会相应增加。因此，如何控制铁芯柱的直径，提高铁芯柱的对称度和同芯度，是我们必须认真考虑的问题。

理论上芯柱各级台应处于外接圆上，而对于实际加工来说这只能是理想状态，只能通过多方面影响因素的分析和控制来尽可能减小直径偏差。根据日常工作经验，可从以下几个方面着手：

1套裁控制

套裁的不精确，对每级厚度和累积厚度均有影响。套裁是对某牌号硅钢片抽测片厚平均值作为理论依据，由于不同批次原包料以及同批次原包料自身的轧制厚度都存在一定偏差，最终确定的片数叠积后可能与理论数据存在偏差。针对材料厚度问题，套裁和叠积时可采取如下控制方式：新材料进厂后，随机选择不同卷料、不同位置进行抽样，将样品各剪切若干样片，用千分尺测量不同样品的总厚度，加权平均，计算出平均片厚，作为该牌号硅钢片经验片厚，套裁时据此计算每级片数，进行纵横剪加工。叠积时，严格测量每级厚度，及时进行加减片调整，记录每级厚度、总厚及加减片数量，将记录返回套裁员，套裁员根据总加减片数量调整修正硅钢片经验片厚，作为后续产品套裁依据。经过调整后的片厚计算，既满足总厚公差要求同时也将每台补片、废片控制在一定范围内，不仅减少了浪费，也避免了停工补片影响生产进度的问题。

2剪片质量控制

从卷料加工成叠片一般分为纵剪和横剪两道主要工序，纵剪就是沿着硅钢片的轧制方向，把一定宽度的材料裁剪成所需宽度的条料，这些条料再经过横剪剪切成叠片，用于叠片式铁芯的制造。由于硅钢片本身厚度不一致、部分硅钢表面存在波浪或叠片剪切毛刺的影响，芯柱叠积厚度不易控制，这在实际叠积过程中属于常见问题。铁芯片在冲剪加工时应严格控制、严格检查硅钢片的质量，部分原材料波浪和平整度不好，应控制在一定公差范围内，为后续工序的叠积质量和叠积厚度做好准备，毛刺、波浪度严重超差的片不宜使用。另外，剪片宽度和不直度可直接影响到叠积后宽度，大型变压器铁芯中柱多为拼接结构宽级和多道隔磁槽窄级，剪片宽度和不直度可造成叠积后宽度大于图纸标称尺寸，导致直径偏大。因此，要求严格控制剪片各项指标，以有效控制后续工序厚度及有效截面积，从而为确保铁芯技术性能指标打好基础。

3叠积尺寸控制

由于大型变压器铁芯芯柱由多种片型的叠片拼接而成，叠片间存在拼接接缝，而目前铁芯叠积过程多为手工操作，存在一定的操作公差，并且剪片的角度和不直度存在公差，如控制不好会产生拼接后外形尺寸偏差问题，如片宽增加、叠片偏斜、接缝尺寸偏大等。针对上述问题，主要控制方法：铁芯叠装台的工作面必须调整水平，叠装第一级叠片时要准确测量对角线尺寸，使之相等；叠积过程中通过调节控制接缝尺寸，尽量减小剪片公差带来的影响；带有油道结构的铁芯，油道的宽度和厚度加工质量对铁芯直径产生影响也较大，需按负公差制作。

4叠积厚度控制

铁芯叠积过程中，不但要控制各级级厚超差造成铁芯总厚及铁芯直径同时超差问题，还应提高芯柱两侧相对中心的对称度，防止出现芯柱截面两侧一厚一薄的现象。该问题产生的主要原因是铁芯叠积过程中为控制总厚在一侧调片过于集中。预防的主要方法：在叠积过程中，严格控制每级厚度，测量每级厚度并记录，便于调整和分析；除对每级厚度进行测量外，单级厚度公差的不断累积也会对总厚以及两侧厚度互差产生影响，因此，在叠积过程中，还需每间隔一定厚度，增加对累积厚度公差的测量控制；大型变压器铁芯的级数较多，需提前对待叠片料厚度进行测量，与理论厚度对比，预测叠积后的总厚度，便于提前估算加减片数，及时对厚度进行调整，尽可能将调整的片数均匀分散到各个级，扩大调节范围，微调累积厚度，避免最后集中调整的情况。

5中柱椭圆度控制

由于大型铁芯总厚大、级数较多，一般产品分50个级左右，叠积过程一般为多人配合、手工操作。剪切的叠片片宽、片长以及刀口的不直度难免存在一定问题，这是机械加工不可避免的，这就使得铁芯柱在叠积过程中产生了左右相对中心不对称的问题，如柱两侧级台对称度较差，就会产生铁芯柱的直径偏斜问题。只有不断通过调节中心对称度，才能减小这种偏差对左右级台尺寸的影响，使左右接近标准值，提高左右的对称度，降低对直径的影响。控制横剪剪片长度、角度等，叠铁增加吊线和测量次数，能保证各级同芯，以确保铁芯柱椭圆度，使直径偏差达到最小值。

6叠积平面控制

由于大型变压器铁芯重量较大，一般为几十吨到几百吨不等，叠片宽度越大、越重对叠积平面的影响也就越大，随着叠积厚度的增加，叠积宽度的增大，铁芯柱两侧由于自身重量原因，必然会产生下垂现象，从而使铁芯叠片不在同一水平面上，进而对铁芯直径和上下两侧对称度造成影响。解决这一问题应根据实际情况，每叠积一定厚度后对叠片给予支撑来消除重力产生的影响，例如使用必要的支撑工装等措施来进行调整。

7铁芯垂直度控制

铁芯垂直度超差的几个主要原因：一是叠积工作面高低不平，叠积后的铁芯柱自然存在弯曲；二是铁芯起立前未完全夹紧，造成铁芯在起立和吊运过种中发生变形；三是铁芯翻转台的翻转臂与叠装台面不垂直，造成铁芯在起立过程中发生变形。预防的主要方法：叠积台面一定要调整水平；铁芯起立前对铁芯进行充分夹紧，同时调整翻转台的翻转臂与叠积工作面垂直并锁定；翻转臂与铁芯间应贴实、顶紧，防止铁芯起立过程中发生滑动碰撞；铁芯在吊运过程中一定要平稳、缓慢，防止铁芯受到冲击，造成铁芯柱弯曲、歪斜现象。

8绑扎质量控制

绑带在铁芯柱外部，绑扎质量直接影响铁芯的直径，因此在绕绑带时需注意控制局部布带打绺，保证绑带的平整度。铁芯起立前应对铁芯进行充分夹紧，提高铁芯绑扎工艺水平，绑扎后不得外胀。以上措施可有效避免绑扎造成的直径超差情况，带有撑条结构的还需注意撑条绑扎的松紧度，避免撑条有变形或翘起现象，影响铁芯直径。

9结语

控制铁芯直径和同芯度偏差，可提高变压器的套包质量，改善铁芯的电气性能及力学性能。在材料使用方面，工艺水平的不断提高可减小铁芯直径公差标准，从而减小线圈套装余量，减小线圈直径，效果是减少铜线、绝缘用量，继而减小铁芯外形尺寸，减少硅钢片用量，达到降低材料消耗及产品成本的目的。在目前国际国内金融危机及市场紧张局势下，降低成本、提高产品竞争力是大势所趋，因此，本文论述在各方面都具有非常积极的意义和价值。

[参考文献]

[1]赵静月.变压器制造工艺[M].北京：中国电力出版社，2009.