对于变压器铁心制造问题分析与研究

王洋　卢宁

摘要 ：本文主要就变压器铁心的制造技术以及未来的发展进行了详细的探索与研究，在此提出了自己的一些建议，可供同行工作人员共同探讨。

关键词 ：变压器铁心 制造技术 发展

一、前言

虽然如今我国变压器器制造行业得到了快速的发展，但是变压器铁心制造质量直接影响着变压器的质量，铁心制造技术，制造过程中存在的问题，都直接影响到设备运行过程中的功耗、稳定性等等；只有不断的推动制造工艺的进步才能够尽可能提高变压器制造真正的技术水平。为了使我国的铁心制造有更大的发展空间，需要对变压器铁心制造问题作进一步的分析和研究。

二、变压器铁心的发展现状及制造技术

通过各方面的调查研究，市场研究表明，目前变压器铁心在国内外发展有很大的空间。铁心，是一个变压器最为重要的磁路部件，一個变压器的正常运行是不可能离开一个高质量的铁心，变压器的铁心必须要在有较好的技术性能的基础上，兼顾经济性与安全性，才能够让其在变压器运行中起到真正的作用。对于一个铁心质量而言，其制造的材料，表面涂刷绝缘漆的质量都直接影响其寿命。铁心的横截面积，铁心的材料都影响者变压器的功率寿命，而一般来说铁心的分类主要有以下几种：

1、高频类：其中高频变压器中都是带有尖结晶石的晶状结构陶瓷体来构成，一般都采用金属作为主要的材料，常见的金属有铁金属（Fe），或者锰（Mn）、锌（Zn）、镍（Ni）、镁（Ng）、铜（Cu）等这些具有导电性，且导电性较良好的金属。

2、低频类：低频变压器多采用“硅钢片”来制造，并且其有多重制造工艺。通常情况下按照钢片的形状和是否煅烧来进行区分，没有煅烧的钢片通称为“白片”，而进行煅烧的钢片通称为“黑片”，而形状划分往往都分为EI型、UI型、C型、口型等等。

铁心都是其两侧安装线圈，线圈的扎数一般都会影响到变压器的功率等，一般都是在铁心的两侧分别分配在两侧的线包中，要尽可能的减少索绕线圈的扎长数，这样就能够减少线圈所需要消耗掉的铜材增加线圈的经济性。要尽可能的让线圈的分配均匀，最佳就是达到平均的效果。比较常见的就是E型以及C型。一般来说多采用C型的铁心，因为这样的铁心能够有所耗材料少、功耗少、效率高等诸多的有点，并且C型铁心的适用性良好通用性良好；在实际的生产应用中，有非常高的生产效率；但是不足的是C型铁心的工艺较为复杂，且制造过程有非常高的设备要求，所以在如今，我国产量受到技术装备限制还不是很高，所以相对成本偏高短时期无法降低；E型钢片实际的生产过程中也被称作是“壳型钢片”，它有这样的优点：初、次级线圈共同一个线架，这样就让其有较高的窗口占空系数，这样的形状让钢片对线圈形成保护，在受到一些机械损伤时由于“保护壳”作用能够避免线圈受到伤害，并且还有一个优点就是能够很好的进行散热，保证变压器磁场不会被过多发散，减少损耗。但是在相同条件下，EI型铁心的变压器所用的铜线较多。

硅钢片的厚度常用的有0.35mm、0.5mm两种。硅钢片的组装方式有交叠法和对叠法两种。交叠法是将硅钢片的开口一对一交替地分布在两边，这种叠法比较麻烦，但硅钢片间隙小，磁阻小，有利于增大磁通，因此电源变压器都采用这种方法。对叠法常用于通有直流电流的场合，为避免直流电流引起饱和，硅钢片之间需要留有空隙，因此对叠法将E片和I片各放一边，两者之间的空隙可用纸片来调节。

3、COIL类：分三种类型（环形铁心、棒状铁心、鼓形铁）。

不同的结构的铁心的适用范围也不相同，目前我国所能生产的铁心结构主要为心式铁心和壳式铁心。这两种铁心的在变压器中的放置位置不同，前者主要是垂直放置，后者则多为平行放置。心式铁心的制作工艺相对比较简单，但其截面呈心状，它的规格一般比较多，能够充分满足变压器对其的要求，和壳式铁心相比，它的在短路时的稳定性能比较好。壳式铁心的截面呈矩形，它往往被绕组所缠绕，这种铁心的规格远不如心式铁心多，但是它在安装过程中更方便紧固，能够形成磁屏蔽，减少变压器运行过程中漏磁通对相关结构的影响。除此之外，在发生短路情况时，此种铁性的绕组发生变形的几率远大于心式铁心。

虽然两种铁心各有优缺点，但在目前变压器铁心的应用中，它们还是能够满足各级变压器对铁心的要求的，但是从稳定性能以及适用性性能上来说，心式铁心更能被广泛应用。为了满足不同变压器对铁心的要求，心式铁心也分为许多不同结构，结构的不同直接影响铁心在不同变压器中使用性能的发挥。目前应用比较广泛的心式铁心的结构主要为单相双柱式、三线五柱式、三线三柱式以及单相环形结构等铁心，这些铁心适用于不同的变压器。单相双柱式结构的铁心的制作工艺比较简单，在中小型变压器中使用效果比较好，这种铁心主要是让铁轭截面和铁心柱截面在同一平面上，并且两者的面积应该基本相同，两者结合的方式主要是交叠结合，铁心柱上可以被绕组环绕，根据不同电压器对铁心的不同要求，对铁柱上的绕组串联或者并联的方式进行选择。单相双柱式变压器能够承载的叠积量大，主要适用于中小型的变压器。三相五柱式结构的铁心在基本构造上就与单相双柱式铁心不同，构造也比其复杂的多，但它并不是特别适用普通的变压器，由于其降低铁轭高度的能力特别强，能够很好的满足某些特大型变压器以及特殊变压器对铁轭高度的要求，因此它常被应用在大型以及特殊变压器中。三相三柱式结构的铁心应用最广泛，它的结构比单相两柱式复杂，比三相五柱式简单，更能很好的满足一般变压器的要求。除此之外三相三柱式结构的铁心制造工程也不是特别复杂，所需要的选材料的价格也不是特别高，再加上其适用范围广，因此是目前心形铁心中最容易被变压器生产商所接受的一种铁心。单相环形卷铁心主要的原材料就是硅钢片，硅钢片的导磁性能好，能做大限度的降低漏磁通对部件的损耗与影响，在制造此种铁心时应该特别注意选用的硅钢片的厚度，过厚或者过薄都会影响其正常性能的发挥，除此之外还要注意其绕组过程的进行，由于单相环形卷铁心的独特性能，因此必须运用特殊的绕组装置进行绕组。

三、变压器铁心对变压器影响的问题

由于电磁感应过程中往往都会产生一定的功率损耗，尤其是实际变压器工作过程中不仅仅是线圈感应过程中会产生损耗，同时，由于铁心在磁化作用下也会产生一定的功率损耗。实际铁心使用中把发生在铁心内部的损耗称作是“铁损”，其产生原因也主要有：“磁滞损耗”，以及“涡流损耗”。

“磁滞损耗”是在变压器工作过程中导致铁心逐渐被磁化，二磁化过程中所消耗的功率；这样的一种损耗往往和铁心材料的磁滞回线包围面积成正比例关系，面积越大损耗越大，如今多采用硅钢因为能够让磁滞回线尽可能减小，从而就能够减少铁心由于磁化而产生的损耗，并减少发热。

虽然说使用硅钢用于铁心的制造能够减少“磁滞损耗”的问题，但是还由于“涡流损耗”的原因导致不能够用一整个硅钢制作铁心，必须使用片状，并且要控制材料用量。变压器实际的工作过程中接入了交变电流以后，自然会发生磁场的变化产生交变的磁通变化；所以就会因为交变磁通而产生一个感应电流，感应电流发生在铁心中在垂直磁通方向形成一个环流，称作“涡流”。所以为了尽可能的避免产生涡流，尽可能的减少发热就采用把硅钢切片，进行绝缘隔离的方法来减少涡流的产生，从而减少涡流损耗。

通常情况下都选用0.35毫米的冷轧钢片来制作铁心，然后根据实际变压器的需要来进行变钢片形状的选择与制作，然后进行交叠拼接；理论上，钢片每片厚度越薄其减少涡流损耗的能力也就越强，并且在实际的拼接过程中也就更加便于拼接，同时，使用过程中的发热也就大量的减少；也能更少的使用硅钢材料，对于铁心制造价格而言也是有很大好处的。但是实际中，铁心制造，铁心钢片制造，不能够仅仅从理论上进行考虑，因为仅仅追求钢片薄就会减少钢片的有效面，同时增加工时。所以进行变压器铁心制造设计时，必须要综合进行考虑，才能够保证实际的效果良好。同时也需要认识到，由于电磁感应作用分别在一、二次绕组产生感应电动势，其升压和降压，需要用楞次定律来解释，感应电流产生的磁通，总阻碍圆磁通的变化，当原磁通增加时感应电流的产生的磁通与原磁通相反， 就是说二次绕组所产生 的感应磁通与原绕组所产生的主磁通相反，所以二次绕组就出现了低等级的交变电压所以铁心是变压器的磁路部，绕组是变压器的电路部分。也只有认识到变压器的工作原理，也才能够更好的进行铁心的设计制造。

四、变压器铁心在制造过程中的技术要求

1、铁心制造的相关流程

在铁心进行制造的过程中，要根据其加工材料的不同从而选择合适的加工工艺，这对铁心性能的发挥具有重要作用，譬如铁心制造的材料是卷料或相似类型的材料时，在铁心的制造过程中就需要加入机械裁剪的过程，或者数控裁剪的过程。譬如用硅钢片作为铁心制造的原材料的时候，在制作过程中所涉及的机械剪裁过程就比较少，并且其不需要退火工序。就目前变压器对铁心的要求，应用最廣泛的就是平面叠铁心，在进行平面叠铁心的生产过程中有其独特的要求，首先在对原材料进行裁剪时，要充分考虑铁心片的宽度，并且裁剪的形状一般是带状，在进行完这一工序之后，在对其进行纵向剪切。接着就是根据铁心片具体的长度，把上一步骤中裁剪的带状材料进行横向切割，但是在目前的生产过程中，有些铁心是不需要对其进行横向裁剪的，譬如卷铁心，在对其进行生产时，只要对原材料进行纵向剪裁即可。在铁心的生产过程中，材料难免会产生毛刺等物质，生产人员应该根据具体的设计要求对其进行选择性的去毛刺工作，如果变压器对铁心表面的光滑度要求较高时，即需要去毛刺工作进行时，可以把这一过程与裁剪过程同时进行，从而使工作效率得到提高。在对一些需要进行退火工序的铁心的制造过程中，要注意退火时的温度以及在冷却过程中的速度，为铁心磁性能的降低以及机械承受力的提升奠定基础。除此之外还要注意对铁心表面防锈工艺的进行，一般情况下，防锈的手段是在其表面涂抹防锈漆从而降低其氧化作用从而达到防锈的目的。在防锈工作完成后，就把其相关部件静宁县紧固，完成整个铁心的制造。

通过上文的阐述，我们可以发现一般的平面叠铁心的制造过程是遵循一定顺序的，从理论上来讲，第一步应该是对原材料的纵向剪裁得到带状材质，然后根据相关长度的要求在对已经经过初步裁剪的材料进行横向的裁剪，在接着就是为了提升各部件强度而采取的退火步骤，紧接着就是在其表面进行防锈工作的进行，最后通过装配完成整个铁心的制造。但是为了更好的使铁心发挥出其性能，可以根据具体情况适当的调整铁心制造流程的顺序。

2、在铁心制造过程中要注重其柱截面的优化

为了在满足铁心基本性能的基础上尽可能的节约铁心制造过程中原材料的使用，因此必须加强对铁心柱截面设计合理性的提升以及优化。就目前铁心的制造过程中，主要影响铁心柱截面的因素主要是截面的利用率达不到要求，以及在压缩铁心柱截面后，相关性能不能够达到变压器对其的要求。因此加强对铁心柱截面设计合理性以及科学性是铁心生产过程中节约原材料的重要部分之一。就目前的加工工艺的水平而言，既能保持铁心的原有性能又能使铁心柱截面得到优化的方法并不是太多，优化的途径主要分为在确定铁心的基本大小的情况下，加大多级圆形截面的相关面积，或者是通过技术手段的处理加强叠压系数的提高。这两种提高途径在铁心生产的过程中都有一定难度。尤其是提高叠压系数，因为目前生产技术水平有限，对于叠压系数的提高还存有很大的问题，这种方式并不能够大范围的适用铁心的生产之中，和其相比，增大铁心的几何截面积的操作就简单的多，对相关技术的要求也比较低，所以这种方法更适合铁心大规模的生产。

在进行铁心柱截面的优化过程中，要注意优化方式的选择以及优化过程的科学性，要尽可能的避免因为优化工序的进行影响铁心基本功能现象的发生。在保证铁心质量的前提下，使原材料的应用最合理化，从而使生产成本得到降低。

3、促进铁心制造过程中相关改进工作的进行

就目前我国的机械生产水平来说，在铁心的制造过程中还存在许多的问题，相关技术的发展还不够完善，这直接影响铁心正常功能的发挥，进而导致变压器的使用状况以及使用年限受到影响，因此对铁心制造的过程进行改善是目前铁心制造的主要的工作，为了更好的完成铁心的制造，特提出以下几点改进方法：

（一）改变传统对技术的定义，把相关技术尽可能的细化，为生产人员精确生产提供条件，在对铁心进行相关质量检测时，要根据铁心的具体特性选择合适的检测仪器，尽可能的使检测结果贴近实际生产的数据，避免检测结果造假现象的发生。

（二）要尽可能的细化铁心的制造技术，加强对其制造过程中的每一道工序的监督，确保每一道制造工序都符合相关规定的要求。对于不合格的产品必须进行返工工作，切不可为了一时利益而让不合格产品流入市场，从而影响整个变压器的使用。

（三）加强先进技术在铁心制造过程中的应用，用科技的手段提高铁心的质量，用科技提高铁心性能的发挥。

五、变压器铁心的发展前景

为了更好的使变压器铁心这一产业能够在国内外全面的推广开来，我国的很多家上市公司，知名企业以及国家的相关部门都做了巨大的努力。从各方面搜集到了铁心变压器的相关资料，并作出了深入研究和探讨。在调查中，我们对国内外变压器铁心的发展现状做了进一步的调查。在对变压器铁心产业的市场供求状况、还有它的生产情况调查中，我们也详细的分析和深入的研究。特别是在对变压器铁心市场发展前景动向作了透彻的分析，还在研究变压器铁心行业的发展道路的基础上，对它的未来的发展前景作了精确的判断，这样做不仅有利于为投资变压器铁心的商家寻找新的投资机会，也为大家了解变压器铁心提供更多的相关知识，为我国经济的发展做出贡献。

六、结束语

通过本文对变压器铁心制造问题与发展的深入研究，还有对铁心制造工程中最主要的一些装置配件做的介绍和探讨，我们希望有更多的人注意到我们变压器铁心给人们带来的便利。变压器铁心制造技术的发展，将会给更多的家庭受益。希望有更多的人能够来为我们铁心制造提出一些新的宝贵意见。也希望有一天我们能够带动我国经济的发展。

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