低碳鋼絲變壓器鐵心詳述

鐵心的磁導體是變壓器的磁路。它把初級電路的電能轉換成磁能，又由自己的磁能轉換為次級電路的電能，是能量轉換的媒介。鐵心的重量在變壓器各部件中占有絕對優勢，在普通變壓器中占總重的60%左右。鐵心材料的品種主要有：硅鋼片、非晶合金、電工純鐵、鐵鎳（坡莫）合金、鐵鋁硅合金、軟磁鐵氧體等。變壓器鐵心主要使用硅鋼片和非晶合金。

　　對變壓器硅鋼片的要求是：

　　1.有高的導磁率在一定的磁場強度下，磁導率越高，要傳遞等量磁通，所需的硅鋼片就越少，鐵心的體積就越小，產品的重量就越輕。由于體積減小，就可節約導線和降低導線電阻所引起的發熱損耗。

　　2.要求在一定的頻率和磁通密度下，具有低的鐵損，即單位重量的硅鋼片所引起的損耗（磁滯損耗和渦流損耗）要低，則可降低變壓器的總損耗，提高變壓器的效率。

　　鐵心是制造變壓器產品的關鍵。由變壓器原理的公式可知

　　U1=4.44·f·W1·Bm·Az·10-4,（V）

　　故U1

　　———=4.44·f·Bm·Az·10-4,（V/匝）

　　W1

　　同理可得

　　U1U2

　　et=———=———=4.44·f·Bm·Az·10-4,(V/匝)

　　W1W2

　　上式中et，稱每匝電勢。由該式可知磁通密度Bm主要決定了變壓器的基本性能和材料利用。在鐵損（空載損耗）合乎標準時磁通密度Bm取值大，每匝電勢et不變而鐵心有效截面積Az小，鐵心用量少；鐵心有效截面積Az不變而每匝電勢et取值大，銅線用量少；每匝電勢et大些而鐵心有效截面積Az小些，銅鐵均省；

　　磁通密度Bm取值小，每匝電勢et不變而鐵心有效截面積Az大，鐵心用量多；鐵心有效截面積Az不變而每匝電勢et取值小，銅線用量多；每匝電勢et小些而鐵心有效截面積Az大些，銅鐵均費；

　　從上述分析可知Bm大些，省鐵、省銅或均省些，但Bm值是由電工鋼片及所要求的變壓器性能（如過勵磁）決定Bm只能在一定范圍內。

　　Bm值是鐵心材料主要的指標，冷軋電工鋼片Bm=1.7-1.8T，比熱軋電工鋼片的Bm（1.4-1.45T）大得多，這就是現在采用冷軋電工鋼的原因。

　　此外，Az也是變壓器的最基本參數，因為鐵心截面積的大小一旦確定，也就決定了繞組的內徑以及原、副繞組的匝數。從而影響到整個變壓器的尺寸和各主要性能參數。它的正確選定還涉及到變壓器材料消耗的銅鐵比，是影響設計的重要因素。

　　從變壓器原理分析可知，在保持磁通密度一定的條件下，Az增大將使繞組匝數減少，換言之，鐵心材料消耗的增加將使得導線材料的消耗減少，并使得短路阻抗、負載損耗值降低；如果減少鐵心截面積，則會得出相反結論。

　　其次，如保持繞組匝數不變，增大鐵心截面積將使得磁通密度降低，而空載電流、空載損耗均相應下降，但鐵心材料消耗將增加；反之，如減少鐵心截面積則有可能引起鐵心過飽和以致使空載電流和空載損耗均大為增加。

　　綜上所述可知，Az的選取首先將關系到整個變壓器的制造成本。這主要應視鐵心材料的增加（或減少）及導線材料的增加（或減少）之中哪一個量變化對制造成本的影響大來決定，在這一點上，變壓器的設計類似于其它電機的設計，存在一個最優的銅鐵比選擇的問題。其次，Az的變化還將影響到變壓器各技術性能參數（如空載電流、空載損耗、負載損耗、短路阻抗等）的改變。

　　至于非晶合金片，只降低鐵心損耗，磁通密度Bm較低，用它制造變壓器與同規格傳統鐵心變壓器相比，其鐵心質量大40%左右，有效截面積大50%以上，故銅耗量和重量反而有所增加。由于非晶合金帶材特別薄，特別脆，一般生產廠家很難把它加工成鐵心。據報導，非晶材料的硬度是硅鋼片的五倍，用常規的切割工具來加工它，刀具的磨損率將是切割硅鋼片的1000倍。切割非晶材料并制成普通鐵心的困難，要超過所得利益。與非晶合金鐵心有關的另一個實際問題是它的疊片系數很差，由于片薄，而使平整度較差，疊片系數只有0.75-0.8。非晶材料卷成較大直徑鐵心時費工較多。由于非晶帶太薄，所以卷制鐵心直徑越大，費工費時越多。

　　非晶材料對機械應力非常敏感，變壓器在結構上需要采取特殊緊固措施，減小鐵心受力。應避免采用以鐵心作為承重結構件的傳統設計方案。非晶材料對張應力、還是彎曲應力都會影響其磁性能，因此退火后的鐵心無論在保管期，還是變壓器的裝配過和程中，均應避免應力再作用。非晶材料的磁致伸縮程度比硅鋼片高，直接影響非晶變壓器的運行噪聲。可見要非晶材料在變壓器上得到廣泛應用，必需降低成本是關鍵。而目前非晶材料價格昂貴的主要原因是產量小，設備價格昂貴。

　　R型卷鐵心變壓器是在綜合C型、環型變壓器鐵心優點的基礎上發展起來的，與傳統變壓器一樣，也是由鐵心、線圈及結構件三大部分組成。但結構上獨具一格，自成一體，被稱為變壓器結構的一場革命。R型變壓器與同容量傳統變壓器相比具有以下特點：

　　1)體積小30%，質量輕40%；

　　2)漏磁小，只有傳統疊片式變壓器的1/10；

　　3)損耗小、溫升低，和傳統疊片式變壓器相比，降低一半以上；

　　4)結構簡單，噪聲低，運行時幾乎達到靜音狀態；

　　5)常用臥式安裝，薄型化，適合于高密度安裝；

　　6)繞組呈圓形，平均匝長減少6%-10%，用銅量少，銅損低。

　　R型變壓器的核心部分——R型鐵心是一根用數控開料機切割成由窄到寬，由寬到窄連續均勻過渡的硅鋼帶卷繞而成，經退火處理，浸漬絕緣漆成型。復雜而又精密的工藝，使其產品的價格高于傳統變壓器。

　　 一種鐵心技術的創新方法：用廉價的低碳鋼絲，經過化學熱處理，代替硅鋼片繞制R型卷鐵心，除具有R型變壓器鐵心的一系列優點外，還具有工藝簡單，材料廣泛，造價低廉等優點。

　　根據以上的討論，設計、制造變壓器時可加大用鐵量，以節約價格昂貴的銅材，大幅度降低變壓器的制造成本，提高市場竟爭力。

　　低碳鋼絲變壓器鐵心采用的技術方案是：根據變壓器設計要求，預先加工好繞模，然后把具有規則幾何斷面的低碳鋼絲繞制在繞模上，脫模后進行滲硅處理，根據需要進行（或不進行）絕緣浸漬處理，即為成品鐵心。