專利名稱：分段式卷鐵心制造方法
發(fā)明所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于電力變壓器鐵心制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的變壓器鐵心，無(wú)論單相或三相結(jié)構(gòu)，一種是平面疊片式鐵心結(jié)構(gòu)，另一種是卷鐵心結(jié)構(gòu)(對(duì)三相卷鐵心結(jié)構(gòu)又有平面卷鐵心三相結(jié)構(gòu)和立體卷鐵心三相結(jié)構(gòu)之分)。平面疊鐵心結(jié)構(gòu)主要存在的問(wèn)題是鐵心接縫多導(dǎo)致?lián)p耗高、勵(lì)磁電流大，噪聲大、需要昂貴的橫剪線設(shè)備投資、硅鋼帶利用率較低、疊片工藝太耗費(fèi)工時(shí)等，另外，三相磁路不對(duì)稱也影響輸變電質(zhì)量。于是，人們開(kāi)始把目光聚焦到三相立體的卷鐵心結(jié)構(gòu)變壓器制造上來(lái)，并獲得成功。然而，卷鐵心無(wú)接縫結(jié)構(gòu)帶來(lái)?yè)p耗和噪音降低的好處的同時(shí)也帶來(lái)制造工藝的復(fù)雜性，一方面，卷鐵心退火工藝麻煩、耗能，另一方面由于閉合鐵心造成卷鐵心變壓器制造工藝和平面疊鐵心變壓器完全不同，卷鐵心變壓器必須使用特殊的繞線機(jī)在鐵心柱上繞制線圈，這種情況下制造線圈是十分困難的，想要澆注線圈制造干式變壓器更為困難，而且繞線的效率很低，因此需要配置更多的繞線機(jī)設(shè)備資源。這樣制造卷鐵心節(jié)約的橫剪線投資又被增加特種繞線設(shè)備的投資所抵消。
中國(guó)專利申請(qǐng)200610033591.8《分段式鐵心結(jié)構(gòu)變壓器/電抗器》公開(kāi)了卷鐵心的分段技術(shù)及其電火花線切割分?jǐn)嗑龛F心的方法，但沒(méi)有提出切割斷面的處理方法和卷鐵心復(fù)原緊固技術(shù)方案。同時(shí)，鐵心柱的分?jǐn)噙€有其他可行方法。也沒(méi)有提出分?jǐn)嗑龛F心帶來(lái)的噪聲增加的解決方案。
發(fā)明任務(wù)和技術(shù)方案本發(fā)明旨在尋找一種分段式卷鐵心的制造方法，能夠既可以象平面疊鐵心變壓器那樣獨(dú)立地制造線圈和鐵心、然后線圈和鐵心在總裝工序完成裝配，又可以象卷鐵心變壓器那樣在鐵心窗口轉(zhuǎn)角處沒(méi)有接縫，不需要鐵心橫剪線加工鐵心片，不需要疊片、拆片和插片等繁瑣作業(yè)工序。制成的分段式卷鐵心變壓器應(yīng)該近似具備現(xiàn)有整體卷鐵心變壓器的性能水平。
本發(fā)明構(gòu)思了一種在卷鐵心柱段分?jǐn)嗑龛F心的分段式鐵心制造方法，通過(guò)以下7步形成變壓器的鐵心磁路，①硅鋼帶卷料縱剪分切，②分切硅鋼帶通過(guò)連續(xù)卷繞形成卷鐵心框，③卷鐵心框通過(guò)高溫退火處理消除卷繞應(yīng)力，④卷鐵心硅鋼帶層間粘合，卷鐵心由層合體變成為塊狀實(shí)體，⑤在卷鐵心框套裝線圈的鐵心柱段部位進(jìn)行線切割分?jǐn)噼F心框，分成兩個(gè)U形鐵心，⑥對(duì)U形鐵心切割斷面的硅鋼帶片間進(jìn)行絕緣處理，⑦在變壓器的線圈和鐵心裝配時(shí)，對(duì)接面絕緣處理，復(fù)原卷鐵心框成完整的環(huán)形閉合磁路。
一旦卷鐵心斷開(kāi)，斷口帶來(lái)的噪聲增加、損耗增加、勵(lì)磁電流增加等負(fù)面因素就要妥善解決，降低到可接受的最低程度。
為限制鐵心的磁致伸縮產(chǎn)生的噪聲，通過(guò)真空浸漬樹(shù)脂或涂覆低熔點(diǎn)硅酸鹽類熔封料使得卷鐵心硅鋼帶片間粘接在一起，鐵心由層合體變成一個(gè)塊體。
對(duì)卷鐵心施加音頻勵(lì)磁電流，通過(guò)卷鐵心磁路的渦流損耗和磁滯損耗使得鐵心發(fā)熱實(shí)現(xiàn)卷鐵心快速高溫退火。
采用電化學(xué)腐蝕方法可以實(shí)現(xiàn)切割面硅鋼帶片間橋接毛刺的斷路，實(shí)現(xiàn)片間絕緣。并且，切割面/接合面之間需要有薄層絕緣間隔、防止兩個(gè)U形鐵心復(fù)原卷鐵心框時(shí)接合面硅鋼帶片間錯(cuò)位形成的大面積導(dǎo)通的連接面，阻止接合面產(chǎn)生大面積的渦流損耗。
接合面的良好片間絕緣、實(shí)現(xiàn)近似零距離的接合面磁路間隙、有效的卷鐵心軸向粘合緊錮技術(shù)是分段式卷鐵心制造的三個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。
這樣，卷鐵心在心柱段分?jǐn)嗪缶涂梢韵笃矫姣B鐵心變壓器那樣獨(dú)立制造線圈和后續(xù)總體裝配了，制成的變壓器又兼?zhèn)渚龛F心的技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)。
下面結(jié)合


本發(fā)明涉及的分段式卷鐵心的制造方法。
圖1是卷繞完成的單個(gè)卷鐵心框圖2是卷鐵心框音頻勵(lì)磁法退火工藝原理3是卷鐵心框在卷鐵心柱部被切割分?jǐn)喑蓛啥蜺形鐵心圖4是U形鐵心切割斷面進(jìn)行電化學(xué)(電解腐蝕法)處理原理4A是電解腐蝕法處理后的分?jǐn)嗝骘@微放大5是卷鐵心框復(fù)原時(shí)切割面/接合面連接結(jié)構(gòu)示意6是三卷鐵心框Δ軛構(gòu)成的三相立體分段式卷鐵心結(jié)構(gòu)的緊錮結(jié)構(gòu)7是整個(gè)卷鐵心制造的工藝流程1中，1-卷鐵心軛部，2-卷鐵心柱部，3-硅鋼帶圖2中，3-硅鋼帶，11-卷鐵心框，12-勵(lì)磁線圈，13-音頻勵(lì)磁電源，14-諧振電容。
圖3中，3-硅鋼帶，21-上段U形帶心柱軛，22-下段U形帶心柱軛，23-分?jǐn)嗝?接合面，25-硅鋼帶鐵磁材料層，26-硅鋼帶表面磷化層，27-硅鋼帶片間粘接層。
圖4中，21-上段U形帶心柱軛，31-電解液，32-電解池，33-陰極電極，34-電纜，35-直流電源，36-電導(dǎo)柔性接觸墊。
圖4A中，23-分?jǐn)嗝?接合面，25-硅鋼帶鐵磁材料層，26-硅鋼帶表面磷化層，27-硅鋼帶片間粘接層，28-導(dǎo)電橋接毛刺。
圖5中，3-硅鋼帶，21-上段U形帶心柱軛，22-下段U形帶心柱軛，23-分?jǐn)嗝?接合面，27-硅鋼帶片間粘接層，41-上軛分?jǐn)嗝娼^緣層，42-下軛分?jǐn)嗝娼^緣層，43-薄層絕緣間隔物。
圖6中，21-上段U形帶心柱軛，22-下段U形帶心柱軛，23-分?jǐn)嗝?接合面，51-低壓線圈，52-高壓線圈，53-下軛Δ形夾件，54-上軛Δ形夾件，55-內(nèi)側(cè)T形拉板，56-外側(cè)T形拉板，57-頂板，58-簡(jiǎn)支梁，59-縱向緊固螺釘，510-銷釘軸，511-橫向緊錮螺釘，512-鋼環(huán)套索。
圖1示例出通常見(jiàn)到的卷鐵心框，根據(jù)和線圈套裝部位的區(qū)別，我們把聯(lián)接兩相線圈的卷鐵心部分稱作卷鐵心軛部(1)，套裝線圈的卷鐵心部分稱作卷鐵心柱部(2)，卷鐵心框是由硅鋼帶(3)通過(guò)卷繞制成的。卷繞形成的鐵心截面輪廓可能是圓形、矩形、D形等。
硅鋼帶冷加工卷繞成型卷鐵心框后，在卷鐵心框的轉(zhuǎn)角處存在很大的殘余彎曲應(yīng)力，這種應(yīng)力的存在大大影響硅鋼帶的導(dǎo)磁性能，所以，必須退火處理。傳統(tǒng)的退火方法是在真空退火爐中長(zhǎng)時(shí)間高溫退火，降低或基本消除轉(zhuǎn)角部位的應(yīng)力。過(guò)高的溫度會(huì)使得冷軋硅鋼帶的取向特性消失，所以，需要嚴(yán)格控制退火溫度。
圖2示例出一種卷鐵心框(11)進(jìn)行音頻勵(lì)磁退火的方法，由于硅鋼帶損耗包括磁滯損耗和渦流損耗，兩項(xiàng)合并后的總損耗和勵(lì)磁頻率的1.3次方成比例，那么，50Hz時(shí)損耗為1kW的鐵心，500Hz時(shí)的損耗有20kW，1kHz時(shí)的損耗有50kW，所以，提高頻率，能夠使鐵心快速發(fā)熱到需要的退火溫度。而且在退火溫度下，由于附加了勵(lì)磁磁場(chǎng)，對(duì)硅鋼帶晶體結(jié)構(gòu)的勵(lì)磁磁化、對(duì)增加卷鐵心圓角處的硅鋼帶取向?qū)Т判阅芊浅Ｓ欣?。另外，由于高性能的硅鋼帶都是冷軋取向的，沿硅鋼帶縱向具有更好的導(dǎo)磁性能，所以并不希望太高的退火溫度使卷鐵心直線段(無(wú)卷繞應(yīng)力)的部位降低導(dǎo)磁取向特性，而這種音頻勵(lì)磁退火方法，由于卷鐵心在轉(zhuǎn)角處會(huì)有更高的鐵損，所以，轉(zhuǎn)角處溫升偏高，于是，精確控制退火溫度，就可以實(shí)現(xiàn)卷鐵心轉(zhuǎn)角局部退火的夢(mèng)想。
由于是高溫退火，勵(lì)磁線圈(12)就需要是內(nèi)部通水冷卻的銅管才行，就像高頻感應(yīng)加熱設(shè)備使用的感應(yīng)線圈那樣。這樣做的目的是防止線圈導(dǎo)體氧化影響導(dǎo)電性能。當(dāng)真空退火時(shí)，也可以考慮不用水冷線圈。
由于對(duì)大截面鐵心實(shí)施音頻勵(lì)磁退火時(shí)需要的功率較大，勵(lì)磁線圈和卷鐵心形成的電抗值很大，所以，需要采用諧振技術(shù)實(shí)現(xiàn)卷鐵心的音頻勵(lì)磁退火。勵(lì)磁線圈和卷鐵心形成的電感匹配適當(dāng)?shù)闹C振電容(14)可構(gòu)成所需要頻率的諧振回路，這種大功率諧振技術(shù)的音頻勵(lì)磁電源(13)也很容易從市場(chǎng)上獲得。
圖2中示意的是串聯(lián)諧振的諧振方法，當(dāng)諧振電容(14)和電感并聯(lián)時(shí)就是并聯(lián)諧振，串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振兩種方法都可以獲得大的音頻勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)卷鐵心的音頻勵(lì)磁退火。
如果卷鐵心硅鋼帶(3)片間涂覆硅酸鹽熔封料，當(dāng)退火溫度為800℃時(shí)，那么硅酸鹽熔封料的熔融溫度應(yīng)該控制在800℃左右比較合適。通過(guò)調(diào)配硅酸鹽熔封料的成份容易實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，很多陶瓷釉料的熔融溫度接近這一數(shù)值。當(dāng)卷鐵心框(11)音頻勵(lì)磁退火時(shí)，硅鋼帶之間涂覆的硅酸鹽熔封料熔融，冷卻后就形成硅鋼帶片間粘接層。
傳統(tǒng)的卷鐵心真空退火一般需要30小時(shí)以上的時(shí)間，采用音頻勵(lì)磁退火工藝則可大大縮短退火時(shí)間，同時(shí)大量節(jié)約能耗。
圖3示例出單個(gè)卷鐵心框(11)從卷鐵心柱部(2)被分?jǐn)喑蓛啥蜺形鐵心，分別稱作上段U形帶心柱軛(21)和下段U形帶心柱軛(22)，分?jǐn)嗝?接合面(23)根據(jù)變壓器容量和切割分?jǐn)嘣O(shè)備的不同可以是平面結(jié)構(gòu)形式或折線面結(jié)構(gòu)形式。圖中還示意出硅鋼帶(3)卷繞疊積層的微觀結(jié)構(gòu)，示意出硅鋼帶的鐵磁材料層(25)和硅鋼帶表面磷化層(26)，以及硅鋼帶片間粘接層(27)。由于卷鐵心在分?jǐn)嗲耙呀?jīng)完成硅鋼帶層間的粘合粘接，鐵心柱由層合的硅鋼帶疊積變成一個(gè)堅(jiān)固的塊體，所以，卷鐵心框切割分?jǐn)嗪蟛粫?huì)變形，不會(huì)松散，這樣，才能夠在裝配時(shí)完整接合復(fù)原卷鐵心框。
分?jǐn)嗑龛F心框(11)的方法較多，這包括電火花(爆炸腐蝕)線切割方法，以及帶鋸或圓盤鋸機(jī)械切割方法。電火花線切割方法形成的斷面非常平整精密，成型質(zhì)量高，鐵心柱損失可忽略不計(jì)，而且可切割成折線面，兩個(gè)U形鐵心折線面接合復(fù)原可提高接合處的導(dǎo)磁性能和粘接強(qiáng)度，但電火花線切割方法加工速度較慢。帶鋸或圓盤鋸機(jī)械切割方法加工較快，但斷面非常粗糙，需要用磨床進(jìn)一步磨蝕精加工，鐵心柱至少損失3mm長(zhǎng)度，而且分?jǐn)嗝嬷荒苁菃我黄矫妗?br> 圖3示意的是圓形截面的卷鐵心框，不能局限于此圖所示，鐵心截面輪廓根據(jù)需要可以是圓形、矩形，或者D形。鐵心截面可以是完全圓形，或者圓內(nèi)接多級(jí)階梯形。
硅鋼帶片間粘接層(27)的形成方法有兩種。一是，在卷鐵心高溫退火后、卷鐵心切割前，真空浸漬很稀的樹(shù)脂粘接材料，并經(jīng)過(guò)固化，這樣在硅鋼帶片間就飽和滲透樹(shù)脂粘接材料；二是，在硅鋼帶卷繞過(guò)程中，逐層涂覆低熔點(diǎn)硅酸鹽類熔封料，使得卷鐵心在高溫退火時(shí)硅酸鹽類熔封料熔融并冷卻后硅鋼帶便粘接在一起。所以，硅鋼帶片間粘接層(27)的材料可以是有機(jī)材料，也可以是無(wú)機(jī)硅酸鹽材料。無(wú)機(jī)硅酸鹽材料具有更高的耐熱特性，而且，卷繞涂覆、退火熔融的工藝方法比卷鐵心真空浸漬樹(shù)脂再加熱固化的工藝更為簡(jiǎn)單。
理論上講，由于硅酸鹽熔封料的線膨脹系數(shù)(大約為6×10-6)比鐵磁體(一般為12×10-6)小，所以，卷鐵心框從800℃左右的退火溫度冷卻后，硅鋼帶(3)將殘余拉伸應(yīng)力，硅酸鹽熔封料層(27)將殘余壓縮應(yīng)力。這將有利于提高硅鋼帶的性能，正是我們所期望的。
當(dāng)卷鐵心硅鋼帶層間被粘合而成為塊狀實(shí)體時(shí)，鐵心的磁致伸縮引起的噪聲水平就會(huì)大大降低。
分?jǐn)嗟木龛F心框(11)的斷面，由于切割加工時(shí)造成斷面上硅鋼帶片間的短路橋接毛刺存在，如果用歐姆表測(cè)量分?jǐn)嗝?接合面(23)上的任意兩點(diǎn)直流阻抗，其阻值一般小于1歐姆，這樣，當(dāng)變壓器勵(lì)磁磁通穿越這個(gè)分?jǐn)嗝?接合面(23)時(shí)，必然導(dǎo)致巨大的渦流存在，甚至出現(xiàn)局部高溫?zé)龤鹿?。所以，必須恢?fù)分?jǐn)嗝?接合面(23)硅鋼帶之間的片間絕緣。
這種恢復(fù)硅鋼帶片間絕緣的方法有兩種，一是精密機(jī)械磨蝕法，二是電化學(xué)腐蝕方法。
機(jī)械磨蝕法就是把分?jǐn)嗝?接合面(23)用磨床磨蝕加工，然后拋光處理，把短路橋接毛刺機(jī)械地去除，因?yàn)槟ノg量很小，一般在0.5mm以內(nèi)，所以這種加工方法比較快，但最大的不足是需要精確定位工件和精密加工，其加工造成的形位誤差直接影響卷鐵心框復(fù)原后的磁路性能。如果卷鐵心框(11)是用帶鋸(或者圓盤鋸)切斷的，那么加工斷面將嚴(yán)重凸凹不平，就需要磨床加工平整。拋光后的表面基本能夠滿足硅鋼帶片間絕緣要求。
電化學(xué)腐蝕方法就是利用原電池反應(yīng)原理，在分?jǐn)嗝?接合面(23)上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，使得短路橋接的毛刺溶蝕斷路。采用置換反應(yīng)、酸腐蝕反應(yīng)、電解反應(yīng)都可達(dá)到目的。
圖4示意的U形鐵心斷面進(jìn)行電化學(xué)(電解腐蝕法)處理原理圖中，電解池(32)中盛裝電解液(31)，電解液一般使用三氯化鐵水溶液，這樣通過(guò)直流電源(35)連接陰極電極(33)和陽(yáng)極電極(即上/下段U形帶心柱軛)，就構(gòu)成電解反應(yīng)回路。圖4中引入電導(dǎo)柔性接觸墊(36)的目的是保證每片硅鋼帶(3)都能良好連接電源陽(yáng)極。根據(jù)電解原理，陽(yáng)極硅鋼帶的鐵原子將溶解在電解液中，在陰極電極(33)上將還原(電鍍)出金屬鐵。這種電解處理只需要幾分鐘即可完成。顯然，電解前必須保證分?jǐn)嗝?接合面(3)的清潔，沒(méi)有油污、氧化物等影響導(dǎo)電的異物。處理完成U形帶心柱軛的一個(gè)斷面后交換位置處理另外一個(gè)斷面。圖中僅示意處理上段U形帶心柱軛(21)，下段U形帶心柱軛(22)的處理方法相同。電解處理結(jié)束，需要清洗斷面并干燥處理，測(cè)量片間直流阻抗，至少大于100Ω為宜。
圖4A展示出經(jīng)過(guò)電解腐蝕法處理后的U形帶心柱軛的斷面顯微效果，圖中(A)是線切割后形成的硅鋼帶(3)片間有導(dǎo)電橋接毛刺(28)的情況，圖中(B)是電解腐蝕法處理后導(dǎo)電橋接毛刺(28)被腐蝕掉，裸露出硅鋼帶表面磷化層(26)和硅鋼帶片間粘接層(27)。而且，由于硅鋼帶(3)直角楞邊和毛刺處嚴(yán)重電場(chǎng)畸變?cè)斐傻膱?chǎng)強(qiáng)集中效果，使得不但毛刺最先被溶解，而且硅鋼帶直角楞邊也出現(xiàn)鈍角化。這樣就可獲得良好的硅鋼帶片間絕緣效果，片間出現(xiàn)的溝槽為以后提高斷面對(duì)接的粘接強(qiáng)度提供了錨固點(diǎn)，機(jī)械拋光的表面雖然能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣，但使得斷面對(duì)接時(shí)的樹(shù)脂粘接性能變差，所以即使是磨床加工并拋光處理的表面也適宜進(jìn)一步電化學(xué)腐蝕處理。
電解腐蝕法處理只需要幾分鐘時(shí)間即可，其他電化學(xué)方法需要的處理時(shí)間很長(zhǎng)。
電火花線切割分?jǐn)嗑龛F心框再實(shí)施電解腐蝕法處理斷面兩步就可獲得理想的效果。因?yàn)殡娀鸹ň€切割加工精度高，斷面平整，可加工成折線面，而電解腐蝕法處理斷面不影響斷面的幾何尺寸，所以，這兩種工藝的結(jié)合能夠獲得理想的加工效果。
本發(fā)明優(yōu)先推薦電解反應(yīng)腐蝕法處理卷鐵心框的切割斷面。這種方法快捷有效，絕緣和粘接質(zhì)量較高。
圖5中示例出兩段U形帶心柱軛對(duì)接構(gòu)成完整封閉環(huán)形鐵心磁路的結(jié)構(gòu)。由于上段U形帶心柱軛(21)和下段U形帶心柱軛(22)的硅鋼帶交錯(cuò)接觸就會(huì)形成大面積的導(dǎo)電平面，所以必須在二者之間有效絕緣隔離，但是，由于隔離間隙大小將直接影響磁路磁阻，所以，間隙層厚度應(yīng)當(dāng)控制到最小。圖5中示意出上軛分?jǐn)嗝娼^緣層(41)、下軛分?jǐn)嗝娼^緣層(42)和薄層絕緣間隔物(43)構(gòu)成的接合結(jié)構(gòu)。理論上，這三個(gè)絕緣層中只要有一個(gè)完整存在即可，但是為安全起見(jiàn)，薄層絕緣間隔物(43)一般不可缺省。上軛分?jǐn)嗝娼^緣層(41)和下軛分?jǐn)嗝娼^緣層(42)可以是磷化層、固化的樹(shù)脂涂覆層、氧化層等，厚度一般在0.01mm-0.05mm水平；薄層絕緣間隔物(43)可以是NOMEX紙、聚酯無(wú)紡布、玻璃纖維制品、薄膜材料、織物、顆粒直徑小于50μm粉體薄層等，厚度一般在0.05mm水平。總體磁路間隙應(yīng)該控制在0.1mm以內(nèi)，這是容易做到的。鐵心直徑較小時(shí)，電磁力較弱，這個(gè)磁路間隙內(nèi)可不施加樹(shù)脂粘接劑，鐵心直徑較大時(shí)，就要依靠樹(shù)脂粘合劑把兩個(gè)接合面牢固粘接，這種界面粘接力可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于拉板提供的縱向壓緊力。
最簡(jiǎn)單的方法莫過(guò)于在鐵心裝配時(shí)，放置薄層絕緣間隔物(43)同時(shí)浸漬液體樹(shù)脂粘合劑，依靠卷鐵心的縱向拉緊螺桿擠出多余的樹(shù)脂粘合劑，將對(duì)接縫隙壓縮到最小，完成裝配后進(jìn)一步固化樹(shù)脂粘合劑，形成斷面的粘接結(jié)合。
圖6則示例出一種鐵心框復(fù)原裝配結(jié)構(gòu)，這種鐵心緊錮結(jié)構(gòu)是在線圈裝配過(guò)程中同時(shí)完成的。它示例的是一種較先進(jìn)的三卷鐵心框Δ軛構(gòu)成的三相立體分段式卷鐵心結(jié)構(gòu)的緊錮結(jié)構(gòu)。當(dāng)上段U形帶心柱軛(21)和下段U形帶心柱軛(22)對(duì)接閉合成環(huán)形后，沿卷鐵心框的鐵心柱段方向有內(nèi)側(cè)T形拉板(55)和外側(cè)T形拉板(56)構(gòu)成的縱向緊定結(jié)構(gòu)，通過(guò)壓緊螺釘(59)施加縱向壓緊應(yīng)力；與此同時(shí)，內(nèi)側(cè)T形拉板(55)和外側(cè)T形拉板(56)形成夾板結(jié)構(gòu)，橫向限制上段U形帶心柱軛(21)和下段U形帶心柱軛(22)的分?jǐn)嗝?接合面(23)滑移錯(cuò)位，通過(guò)緊錮螺釘(511)施加夾板的彎曲夾緊應(yīng)力。內(nèi)側(cè)T形拉板(55)和外側(cè)T形拉板(56)的位置貼緊鐵心放置，并且可以在兩相獨(dú)立卷鐵心框之間放置。這種緊錮結(jié)構(gòu)充分利用了上軛Δ形夾件(54)和下軛Δ形夾件(53)以及三個(gè)D形獨(dú)立卷鐵心框之間的間隔提供的空間實(shí)現(xiàn)的。
當(dāng)然這種緊錮結(jié)構(gòu)并不唯一，但其目的是明確的，對(duì)上段U形帶心柱軛(21)和下段U形帶心柱軛(22)進(jìn)行縱向壓緊和對(duì)鐵心柱段橫向夾緊。這種拉板結(jié)構(gòu)同時(shí)提供了對(duì)低壓線圈(51)、高壓線圈(52)的緊定支撐。
圖7總結(jié)了分段式卷鐵心制造工藝的基本流程。硅鋼帶卷料經(jīng)過(guò)縱剪分切成各種寬度的條料供卷鐵心框卷繞使用，此步為①開(kāi)料工序；接著卷繞硅鋼帶成為卷鐵心，(推薦卷繞過(guò)程中沿硅鋼帶層面連續(xù)涂覆硅酸鹽熔封料)，此步為②卷繞工序；接著卷鐵心框退火處理，(可采用傳統(tǒng)真空退火爐退火工藝，或者采用音頻勵(lì)磁退火方法)，稱為③退火工序；如果硅鋼帶卷繞過(guò)程中沒(méi)有沿硅鋼帶層面連續(xù)涂覆硅酸鹽熔封料，那么，完成退火工序后必須對(duì)卷鐵心框進(jìn)行真空浸漬樹(shù)脂并固化處理，如圖中虛線指引，稱為④層間粘合工序；接著在卷鐵心框柱部分?jǐn)噼F心，成為上/下兩個(gè)U形帶心柱軛，(可以采用電火花線切割，也可以采用帶鋸線切割或者圓盤鋸切割)，稱為⑤切斷工序；接著對(duì)切割面片間進(jìn)行絕緣處理，可采用電化學(xué)方法處理(優(yōu)選電解腐蝕法)，如圖中實(shí)線指引，也可采用機(jī)械磨蝕法處理，如圖中虛線指引，稱為⑥斷面絕緣處理工序；接著對(duì)上/下兩個(gè)U形帶心柱軛的接合面進(jìn)行絕緣間隔處理，并同時(shí)進(jìn)行卷鐵心框的復(fù)原裝配，稱為⑦裝配工序。
圖7中，實(shí)線流程為優(yōu)選工藝流程，虛線流程是可選的替代工藝流程。這些可選的工藝方法均構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施例。
本發(fā)明涉及的分段式卷鐵心，其導(dǎo)磁材料不局限于硅鋼帶，對(duì)非晶合金帶同樣適用。
本發(fā)明涉及的卷鐵心制造方法適用于電力變壓器，包括配電變壓器，不適用于電源變壓器鐵心。
實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案獲得的效果分段式卷鐵心結(jié)構(gòu)改變了傳統(tǒng)鐵心結(jié)構(gòu)，使得分段式鐵心結(jié)構(gòu)變壓器成為一種性能介于卷鐵心變壓器和疊鐵心變壓器之間的一種產(chǎn)品，具備綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。
分段式卷鐵心結(jié)構(gòu)和疊片式鐵心結(jié)構(gòu)相比，由4個(gè)角接縫變成2個(gè)鐵心柱直線段接縫，接縫數(shù)減少了50％，所以，鐵心磁路性能上的進(jìn)步是顯著的，其工藝質(zhì)量和工藝效率也大大提高，還有，節(jié)省了昂貴的硅鋼帶橫剪線設(shè)備投資。
對(duì)卷鐵心采用音頻勵(lì)磁退火工藝可以提高卷鐵心性能，同時(shí)縮短退火時(shí)間、節(jié)約能耗。當(dāng)卷鐵心硅鋼帶層間被粘合而成為整體時(shí)，鐵心的磁致伸縮引起的噪音水平大大降低。
電解腐蝕法處理卷鐵心的分?jǐn)嘟孛娅@得了簡(jiǎn)捷、理想的絕緣處理效果。
卷鐵心相間T形拉板緊錮結(jié)構(gòu)，解決了上/下U形帶心柱軛進(jìn)行縱向壓緊和對(duì)分段卷鐵心柱段橫向夾緊問(wèn)題。
分段式卷鐵心，使得傳統(tǒng)卷鐵心變壓器的制造工藝發(fā)生了根本性改變。再?zèng)]必要使用環(huán)形鐵心專用繞線機(jī)繞制線圈，這樣又節(jié)約了昂貴的環(huán)形鐵心繞線機(jī)設(shè)備投資，而且環(huán)形鐵心繞線機(jī)的繞線效率低下的瓶頸制約被打破，一旦繞組線圈能獨(dú)立制造，就可以采用澆注工藝或其它特別工藝制造高性能的線圈，低壓線圈就可使用箔式線圈，使卷鐵心變壓器開(kāi)始由油浸式時(shí)代步入干式變壓器時(shí)代。
權(quán)利要求
1.一種分段式變壓器卷鐵心的制造方法，包括硅鋼帶或者非晶合金帶制造的卷鐵心，其特征在于通過(guò)以下7步形成變壓器的鐵心磁路，①硅鋼帶卷料分切，②硅鋼帶分切料通過(guò)連續(xù)卷繞形成卷鐵心框，③卷鐵心框通過(guò)高溫退火處理消除卷繞應(yīng)力，④卷鐵心硅鋼帶層間粘合，卷鐵心由層合體變成為塊狀實(shí)體，⑤在卷鐵心框套裝線圈的鐵心柱段部位進(jìn)行線切割分?jǐn)嗑龛F心框，分成兩段U形鐵心，⑥對(duì)U形鐵心切割斷面硅鋼帶片間進(jìn)行絕緣處理，⑦在變壓器的線圈和鐵心裝配時(shí)，對(duì)接面絕緣處理，復(fù)原卷鐵心框成完整的環(huán)形閉合磁路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷鐵心的制造方法，其特征在于硅鋼帶連續(xù)卷繞形成卷鐵心框(11)過(guò)程中，在硅鋼帶(3)層間連續(xù)涂覆低熔點(diǎn)硅酸鹽類熔封料，在卷鐵心框高溫退火時(shí)熔封料熔融形成硅鋼帶片間粘合層(27)，卷鐵心由硅鋼帶層合體變成為塊狀實(shí)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的卷鐵心的制造方法，其特征在于對(duì)卷鐵心框(11)施加音頻勵(lì)磁電流，通過(guò)磁路的渦流損耗和磁滯損耗使得鐵心發(fā)熱，實(shí)現(xiàn)快速高溫退火，甚至實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角局部退火。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷鐵心的制造方法，其特征在于卷鐵心框(11)在高溫退火后、線切割分?jǐn)嗲罢婵战n樹(shù)脂粘合劑并固化處理，卷鐵心由硅鋼帶層合體變成為塊狀實(shí)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷鐵心的制造方法，其特征在于卷鐵心柱部(2)切割分?jǐn)喾椒閹т従€切割、或者圓盤鋸切斷的機(jī)械切割方法；除電火花線切割形成的分?jǐn)嗝嫱猓瑢?duì)機(jī)械切割斷面進(jìn)一步磨床磨蝕加工。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的卷鐵心的制造方法，其特征在于卷鐵心框(11)的切割斷面通過(guò)原電池反應(yīng)的電化學(xué)腐蝕方法溶斷硅鋼帶片間橋路毛刺(28)，實(shí)現(xiàn)片間絕緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的卷鐵心的制造方法，其特征在于卷鐵心框(11)的切割斷面通過(guò)電解腐蝕法實(shí)現(xiàn)硅鋼帶片間橋接毛刺(28)的斷路，實(shí)現(xiàn)片間絕緣，U形鐵心的切割斷面連接電源陽(yáng)極浸入電解池中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷鐵心的制造方法，其特征在于在上段U形帶心柱軛(21)和下段U形帶心柱軛(22)對(duì)接復(fù)原成完整的卷鐵心框環(huán)形閉合磁路時(shí)，在兩個(gè)分?jǐn)嗝?接合面(23)之間至少介入一個(gè)絕緣間隔薄層，必要時(shí)分?jǐn)嗝?接合面(3)之間涂覆樹(shù)脂粘接；上軛分?jǐn)嗝娼^緣層(41)和下軛分?jǐn)嗝娼^緣層(42)是磷化層、或者固化的樹(shù)脂涂覆層、或者金屬氧化層；薄層絕緣間隔物(43)是NOMEX紙、或者聚酯無(wú)紡布、或者玻璃纖維制品、或者薄膜材料、或者織物、或者顆粒直徑小于50μm粉體薄層、或者這些間隔薄層的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷鐵心的制造方法，其特征在于在上段U形帶心柱軛(21)和下段U形帶心柱軛(22)對(duì)接復(fù)原成完整的卷鐵心框環(huán)形閉合磁路時(shí)，沿卷鐵心框的鐵心柱段方向有施加縱向壓緊應(yīng)力的內(nèi)側(cè)T形拉板(55)和外側(cè)T形拉板(56)構(gòu)成的縱向緊定結(jié)構(gòu)，與此同時(shí)，有提供橫向預(yù)應(yīng)力限制上段U形帶心柱軛(21)和下段U形帶心柱軛(22)分?jǐn)嗝?接合面(23)滑移錯(cuò)位的、內(nèi)側(cè)T形拉板(55)和外側(cè)T形拉板(56)形成的夾板結(jié)構(gòu)；內(nèi)側(cè)T形拉板(55)和外側(cè)T形拉板(56)的位置貼緊鐵心放置，并且可以放置在兩相獨(dú)立卷鐵心框柱部(2)之間。
10.一種卷鐵心的音頻勵(lì)磁退火方法，其特征在于通過(guò)諧振技術(shù)施加音頻勵(lì)磁電流，勵(lì)磁線圈(12)和卷鐵心框(11)構(gòu)成的電感通過(guò)匹配諧振電容(14)的方法獲得需要的諧振工作頻率；這種諧振包括串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振方式。
全文摘要
一種電力變壓器分段式卷鐵心制造方法，卷鐵心硅鋼帶層間有粘合劑粘接為塊體，卷鐵心采用音頻勵(lì)磁退火工藝，卷鐵心的分段方法是采用電火花(爆炸腐蝕)線切割工藝、或者帶鋸線切割(機(jī)械加工)在卷鐵心柱部(2)分?jǐn)啵捎秒娊飧g法對(duì)切割面進(jìn)行絕緣處理獲得良好效果，分段的U形鐵心在套裝線圈后再對(duì)接在一起使磁路完全閉合，通過(guò)鐵心柱內(nèi)/外側(cè)的T形拉板結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分段式卷鐵心柱的縱向緊固和橫行夾持。鐵心材料可以是硅鋼帶或者非晶態(tài)合金帶。這種卷鐵心制造方法改變了現(xiàn)有卷鐵心變壓器制造工藝，節(jié)省了環(huán)形鐵心繞線機(jī)和硅鋼片橫剪線，提高了生產(chǎn)效率和鐵心磁路性能，并且，使卷鐵心變壓器由油浸變壓器領(lǐng)域拓展到干式樹(shù)脂澆注變壓器領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01F41/02GK1897176SQ20061003535
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月8日
發(fā)明者張長(zhǎng)增, 張向增 申請(qǐng)人:張長(zhǎng)增, 張向增