有关变压器铁芯材料硅钢片处理方法研究

肖洪梅 苏红元 刘慈堃 刘慈增

广州广高高压电器有限公司 510530

有关变压器铁芯材料硅钢片处理方法研究

肖洪梅 苏红元 刘慈堃 刘慈增

广州广高高压电器有限公司 510530

变压器是电力系统当中的关键设备，变压器的节能情况是电力系统是否节能环保、节约能源的直接因素。变压器铁芯振动是导致变压器在运行中产生磁损耗的主要原因，而磁损耗造成的能量损耗是相当严重的。当硅钢片处于交变的磁场的时候硅钢片的尺寸将随着磁场的变化而伸缩，产生一个周期性的振动，在周期性的振动下硅钢片就会产生铁损，铁损的越厉害周期性振动就越厉害，周期性振动越厉害就会导致变压器的磁损耗产生越厉害。本文就电力变压器的硅钢片进行激光处理工艺的实验研究，探究降低变压器磁损耗的方法。

变压器损耗；硅钢片；激光处理

引言

近几年我们国家非常重视节能环保，市场也在大力推广节能环保产品。硅钢片作为铁芯材料的变压器在长期的使用过程中会出现噪声增大，损耗增加等问题，这样就会造成能源浪费，而减少硅钢片的磁损就会减少变压器损耗，就会降低能源消耗，因此如何处理硅钢片改善损耗问题成了我们研究的一个重点。

一、变压器噪声和硅钢片的联系

变压器产生损耗的主要原因有硅钢片磁致伸缩引起的铁芯振动、硅钢片接缝处和叠片间的漏磁引起的铁芯的振动等等，磁致伸缩是铁磁材料的基本物理效应，当硅钢片处于外加的磁场的时候，硅钢片的尺寸会伸长，但是垂直外加磁场的尺寸要缩小，当硅钢片处于交变的磁场的时候硅钢片的尺寸将随着磁场的变化而伸缩，产生一个周期性的振动，这是产生变压器损耗的主要原因。近年来，随着电力产业的迅速发展，对电动机和变压器的低损耗高效节能的需求不断上升，那么如何降低硅钢片的铁损值进而降低变压器的损耗是本行业一个重要的研究方向。其中利用激光对硅钢片进行处理从而降低其铁损值是一个非常有效手段。我们理论分析了非耐热型磁畴细化激光处理的理论基础，然后分析耐热型磁畴细化激光处理及取向硅钢片表面引入线状沟槽后对磁畴细化的效果。下面我们来介绍如何对电力变压器的硅钢片进行激光处理工艺的实验研究。

二、对电力变压器的硅钢片进行激光处理

在输电配电的过程中，变压器的铁磁损耗造成的能量损耗非常的严重，最近几年降低硅钢片损耗的研究工作比较活跃，但是后来研究的方法都受到了各个工艺过程的限制，现在的趋势是利用非金属学的方法来改善磁损耗，以前研究发现在硅钢片表面机械划线和利用脉冲激光处理普通取向性的硅钢片，但是激光的瞬时峰值功率和机械划伤容易划破硅钢片的绝缘涂层，甚至产生变形，所以发展到现在正在采用连续激光处理硅钢片，我们利用连续的二氧化碳激光处理硅钢片，研究激光处理后磁畴结构的变化规律以及对磁损耗的影响。

2.1 实验的方法

使用照射能量为几个MJ的半宽脉冲或者连续激光束，用点状或者线状沿着与轧向垂直的方向大概五毫米的间距照射，加工的平台可以在水平面内做二维运动选择不同的激光工艺参数对样品激光处理，实验的激光变化功率为二百瓦到七百百瓦，扫描速度为每分钟十毫米到每分钟六百毫米，用0.3毫米的取向性硅钢，激光扫描方向垂直于硅钢片的轧向，分为四个实验组，用显微镜观察，在不同激光工艺参数处理过的样品上切下五毫米的圆片试样，用155型的震动样品磁强计顺轧向测磁滞回线，进而计算磁损耗。

2.2 实验的结果

经过低功率的激光处理后，磁畴明显的细化了，增加激光功率密度时磁畴结构的变化更大，在合适的激光功率密度下，磁畴结构的间距减小，出现了亚磁畴结构，同时测量另外三组经过不同激光功率的扫描样品的磁滞回线，与原始的硅钢片相比较，没有经过激光处理的样品磁滞回线包围的面积设为百分之百，那么经过激光处理后的损坏降低了百分之十左右。在激光划线的时候，划线区在瞬间发生膨胀，然后是冷却收缩使得硅钢片晶体向各异性的硅钢片的磁化方向改变，使得磁畴方向发生倾斜，增加激光功率的密度以后，热影响区的磁畴也发生了细化，在条件合适的工艺条件下面，处理区的亚磁畴节后的畴壁间距变小，大概是零点零三毫米，大约是原来的畴壁间距的五分之一，形成了新的尖形畴。形成了尖形畴之后，尖形畴会向外延伸和长大，在延伸的过程中尖形畴受到了自身的相互作用和原来的畴壁的作用整齐的排列之后会形成一百八十度主畴壁，如果在原来的畴中形成了两个尖形畴，那么原畴就会分成三份变成三个尖形畴形成五个新的畴壁，再加上激光的能量足够大的话，尖形畴将会一直延伸到晶粒的边缘并且在边缘消失，如果激光的能量一直增大晶粒边界的另一边也会形成新的尖形畴。利用几种不同的激光功率划线处理的硅钢片，发现磁滞损耗都有降低，最大的降低量达到了百分之二十七，说明磁畴细化和亚畴结构能够使磁损降低，磁畴越细磁滞损耗越小，磁损耗减低的幅度和激光的工艺参数材料性质密切相关。

三、总结

变压器的损耗对电压的变换和电能的分配有着至关重要的影响，对电力变压器的硅钢片进行激光处理工艺的实验研究，在激光的作用下，硅钢磁畴的细化、亚畴结构的出现、新磁畴和原磁畴的垂直一定会引起精细磁场的变化，研究这种精细磁场的变化，降低变压器的损耗，对我们进一步掌握硅钢片磁性能的变化规律和设法降低磁损耗有重要的意义。

[1]陈晨.基于变压器噪声的硅钢片状态检测方法研究[D].华中科技大学,2013.

[2]虞海强.基于振动分析法的变压器状态检测研究[D].西华大学,2012.

[3]祝丽花.叠片铁心磁致伸缩效应对变压器、交流电机的振动噪声影响研究[D].河北工业大学,2013.

[4]杨琦.基于振动噪声的变压器运行状态监测装置的开发[D].华北电力大学(北京),2010. 代园林),2009(03)