铁心

变压器铁芯

常用的 变压器铁芯 一般都是用 硅钢片 制做的。 硅钢 是一种含硅(硅也称矽)的钢,其含硅量在0.8~4.8%。由硅钢做变压器的铁芯,是因为硅钢本身是一种导磁能力很强的磁性物质,在通电 电感线圈 中,它可以产生较大的磁感应强度,从而可以使变压器的体积缩小。铁芯中产生的感应电流,在垂直于 磁通量 方向的平面内环流着,所以叫 涡流 。

作用

实际的变压器总是在交流状态下工作,功率损耗不仅在线圈的 电阻 上,也产生在交变电流磁化下的铁芯中。通常把铁芯中的功率损耗叫“铁损”,铁损由两个原因造成,一个是“磁滞损耗”,一个是“涡流损耗”。

磁滞损耗是铁芯在磁化过程中,由于存在 磁滞现象 而产生的铁损,这种损耗的大小与材料的磁滞回线所包围的面积大小成正比。 硅钢 的磁滞回线狭小,用它做变压器的铁芯磁滞损耗较小,可使其发热程度大大减小。

既然硅钢有上述优点,为什么不用整块的硅钢做铁芯,还要把它加工成片状呢?

这是因为片状铁芯可以减小另外一种铁损——“ 涡流 损耗”。变压器工作时, 电感线圈 中有交变电流,它产生的 磁通量 当然是交变的。这个变化的磁通在铁芯中产生感应电流。铁芯中产生的感应电流,在垂直于磁通方向的平面内环流着,所以叫涡流。涡流损耗同样使铁芯发热。为了减小涡流损耗,变压器的铁芯用彼此绝缘的 硅钢片 叠成,使涡流在狭长形的回路中,通过较小的截面,以增大涡流通路上的 电阻 ;同时, 硅钢 中的硅使材料的 电阻率 增大,也起到减小涡流的作用。

用做变压器的铁芯,一般选用0.35mm厚的冷轧硅钢片,按所需铁芯的尺寸,将它裁成长形片,然后交叠成“日” 字形 或“口”字形。从道理上讲,若为减小 涡流 ,硅钢片厚度越薄,拼接的片条越狭窄,效果越好。这不但减小了涡流损耗,降低了温升,还能节省 硅钢片 的用料。但实际上制作硅钢片铁芯时。并不单从上述的一面有利因素出发,因为那样制作铁芯,要大大增加工时,还减小了铁芯的有效截面。所以,用 硅钢片 制作 变压器铁芯 时,要从具体情况出发,权衡利弊,选择最佳尺寸。

变压器是根据 电磁感应 的原理制成的。在在闭合的铁芯柱上面绕有两个 绕组 ,一个原绕组,和一个副绕组。当原绕组加上 交流电源 电压时。原饶组流有交变电流,而建立磁势,在磁势的作用下铁芯中便产生交变 主磁通 ,主磁通在铁芯中同时穿过,]一、二次绕组而闭合由于电磁感应作用分别在一、二次绕组产生感应 电动势 ,至于为什么它可以升压和降压呢?那就需要用 楞次定律 来解释了,感应电流产生的 磁通量 ,总阻碍原磁通的变化,当原磁通增加时感应电流的产生的磁通与与原磁通相反,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芯是变压器的 磁路 部,绕组是变压器的电路部分。

分类

壳式和芯式铁芯

铁芯中套 绕组 的部分称为“心柱 变压器铁芯 不套绕组只起磁路作用的部分称为“铁轭”。凡铁芯包围了绕组就称为壳式;凡绕组包围心柱的称为芯式。壳式和芯式各有特色,但是由铁芯就够所决定的变压器制造工艺却大有区别,一旦选用了某种结构就很难转而产生一种结构。我国大多变压器铁芯采用叠积芯式。

单相和三相铁芯

单相铁芯有单项两柱式叠铁芯。单相单柱旁轭式四柱铁芯、单相双 柱式 叠铁芯、单相辐射式叠铁芯共五种;三相铁芯有三相柱式叠铁芯、三相旁轭式五柱铁芯、三相双框式叠铁芯、三相 电抗器 叠铁芯共四种。

立体式和平面式

立体式的心柱和铁轭不在一个平面内,有辐射式、渐开线式、对称式,因 磁通量 分布比较均匀,可降低损耗;平面式的心柱和铁轭在同一平面内,机械强度高,工艺性好。

叠铁芯和卷铁芯

一般均为叠铁芯,由铁芯叠装而成。卷铁芯的形式较多。渐开线铁芯的心柱与铁轭之间气隙较大,影响空载电流,所以容量不能做的太小;但因漏磁通垂直进入铁芯片平面,影响附加损耗,所以片宽不宜过大,即容量不能太大。

铁心主要由铁芯本体、 紧固件 和绝缘件组成:

①铁芯本体、磁 导体 、由电工钢片制成。

②紧固件、夹件、 螺杆 、 玻璃 绑扎带、刚绑扎带和垫块等。

③绝缘件、夹件绝缘、 绝缘管 和绝缘垫、接地片和垫脚等。

制作工艺

剪切

剪切是指用 剪切机 和剪刀加工工件的工作。按照剪刀的安装方法,分为平口剪和斜口剪两种。平口剪的上下剪刃平行,一般用于剪切窄而厚的材料。斜口剪的上刀刃相对下刀刃有一个斜角。用于剪切宽而薄的板料。由于斜口剪上剪刃只有一点与板材接触,随着上刀刃下降,逐渐将板材剪成两部分;而平口剪剪刀全部与板材接触,在全宽范围内一下剪成两部分,因而斜口剪比平口剪省力,所以几乎全部采用斜口剪。由于斜口剪上剪刃与下剪刃有斜角φ,因而在侧向产生一个 推力 ,所以角第一不宜过大,一般在10°~15°;第二在 剪力 时,在剪刃开口的一边加一挡料板,其用途有两点;一是档料和抵消推力,二是用作剪切定位。为剪刃形状的有关角度,其中δ角称为剪刃角,它是直接影响刀刃的强度、锐利程度、剪切力大小和剪切质量好坏的重要因素。剪切 硅钢片 时,根据剪刀材质的不同,可在75°~85°之间选择。

剪切可按剪切刃与 冷轧钢 带的 轧制 方向的相对位置来分。在 硅钢 带剪切中,一般可分为纵剪、90°横剪和45°剪三种。纵剪,就是采用上述的圆盘滚剪刀,在纵滚生产线上。沿冷轧硅钢带的轧制方向,倒成所需的各种宽度的条料。

横剪,就是在普通剪床上或在横切生产线上,采用斜口剪相对冷轧钢带的轧制方向垂直或呈某一角度,将上述滚剪的条料剪成 变压器铁芯 所需的各种尺寸的片形。

冲制

冲制是指在 冲床 上利用模具进行冲载,冲孔,冲槽等工作,其过程和原理与 剪力 相似,只不过是用凸凹摸代替了上下剪刃而已。

冲模也有平口和斜口两种,如图1-2所示,图a为平口冲模;图b为斜口冲模,斜度φ约为1°~6°,一般取φ=4°。

参考资料

  1. 铁路专用节能环保植物油牵引变压器通过国家级新产品鉴定 m.toutiao.com 2022-06-06