淺析節(jié)能型的變壓器鐵芯材料

肖洪梅

[摘要]變壓器是整個(gè)電網(wǎng)中最重要的電力設(shè)備，變壓器的本身效率非常的高，但是由于容量大、數(shù)量多的原因?qū)е伦儔浩鞯膿p耗也非常的高，變壓器的損耗主要來源于變壓器中的鐵芯的鐵損和繞組的銅損，據(jù)統(tǒng)計(jì)全國變壓器的總損耗大概占系統(tǒng)發(fā)電量的百分之十左右，損耗每降低百分之一每年可以節(jié)約上百億的電量，所以采用低損耗的的鐵磁材料能夠降低變壓器的空載損耗，利用低損耗鐵芯材料的節(jié)能變電器是整個(gè)電力行業(yè)的發(fā)展方向。本文就淺析節(jié)能型變電器鐵芯材料激光切割，減少硅鋼片毛刺，降低損耗，從而達(dá)到降低鐵芯損耗，進(jìn)而降低電力變壓器損耗工藝探究。

[關(guān)鍵詞]節(jié)能型；變壓器鐵芯材料；激光切割

引言

變壓器中的硅鋼片的性能好壞不僅僅是影響到電能的損耗，還關(guān)系到電機(jī)和變壓器的性能、體積、重量和各種各樣的材料的節(jié)約，所以說硅鋼片的剪切工藝非常的重要，硅鋼片的剪切是利用激光切割的，但是切割的過程中產(chǎn)生硅鋼片的毛刺會(huì)影響電磁的特性、電機(jī)輸出功率、發(fā)電機(jī)壽命，疊片的時(shí)候毛刺會(huì)造成片間搭接短路引起漩渦損耗的增加，我們要通過改善激光切割工藝，減少硅鋼片毛刺，降低損耗。

一、變壓器鐵芯材料的發(fā)展

早期的變壓器鐵芯采用的是低碳鋼的材料，現(xiàn)在使用的硅鋼片有兩種規(guī)格，一種是零點(diǎn)三五毫米硅鋼片和另一種是零點(diǎn)五毫米硅鋼片，跟低碳鋼相比，硅鋼片的電阻幾乎不變，只是將整塊的鐵芯分割成許多金屬薄片，并且薄片之間是絕緣的，這樣就提高了磁性材料的利用率，增加交流抗阻，降低鐵芯的渦流損耗。硅鋼片的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，早期的是熱軋硅鋼片，它的含硅量低，損耗高，在二十世紀(jì)四十年代左右就出現(xiàn)了冷軋無取向硅鋼片，這種硅鋼片含硅量高，而且損耗低，一推出就得到廣泛的應(yīng)用，隨著研究的不斷深入，科學(xué)界發(fā)現(xiàn)鐵的結(jié)晶方向容易磁化，1934年美國采用冷軋和高溫?zé)崽幚斫Y(jié)合的方法使得硅鋼片中的晶體沿著方向有規(guī)律的排序，使得它具有優(yōu)良的磁性，并且逐步向工業(yè)化生產(chǎn)，雖然到目前為止硅鋼片的鐵損較大，鐵芯容易飽和，但因?yàn)樗纳a(chǎn)工藝相對(duì)簡單，成本不高，所以現(xiàn)在硅鋼片仍然是電力變壓器比較常見的鐵芯材料。

二、硅鋼片的剪切要求

發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)上用的硅鋼片的毛刺對(duì)它的電磁性有影響，硅鋼片的毛刺會(huì)影響電磁的特性、電機(jī)輸出功率、發(fā)電機(jī)壽命，疊片的時(shí)候毛刺會(huì)造成片間搭接短路引起漩渦損耗的增加，同時(shí)要降低疊片填充系數(shù)，所以要保證剪切后的硅鋼片基本上沒有毛刺。硅鋼片經(jīng)過沖壓剪裁會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致晶粒變形磁導(dǎo)率下降，比鐵損增加，所以要保證消除內(nèi)應(yīng)力，保證原有性。硅鋼片在剪切的范圍內(nèi)不允許帶有材料的表面有絕緣損傷，片料邊緣不能有損傷，因?yàn)闀?huì)影響鐵芯的質(zhì)量。剪切以后的硅鋼片必須沒有明顯的波浪，否則硅鋼片會(huì)嚴(yán)重變形，磁疇結(jié)構(gòu)被破壞，損耗會(huì)增加。

硅鋼下料工作一般在機(jī)械壓力機(jī)上利用沖壓磨具進(jìn)行，硅鋼片的沖壓磨具是有凹凸磨具組成，安裝在沖壓機(jī)上，將硅片沖壓成電機(jī)或變壓器的定子和轉(zhuǎn)子的鐵芯片上，刃口部分要承受沖擊力、剪切力、彎曲力，同時(shí)又受到硅鋼片的擠壓和摩擦，硅鋼片的表面有特殊涂料，這樣又加強(qiáng)了刃口的摩擦和磨損，造成磨具制造間隙過大，當(dāng)磨具制造間隙過大時(shí)，在沖裁的時(shí)候硅鋼片會(huì)受到擠壓產(chǎn)生變形，沖片的邊沿就會(huì)形成毛刺。硅鋼片的沖模的正常失效主要的原因就是刃口的磨損，而且磨具制造的花費(fèi)高，研制周期長，這就引起了一種新的切割技術(shù)的，那就是激光切割。

三、激光切割

激光切割是一個(gè)熱作用的過程，操作的難易程度由材料的物理性能決定，與機(jī)械性能沒有直接的聯(lián)系，激光切割是一種不用接觸的加工方法，沒有沖擊的加工過程，不存在刀具的磨損和斷裂，材料受力變形等等問題。激光切割硅鋼片技術(shù)可以簡化沖片的步驟，減少生產(chǎn)工序降低生產(chǎn)成本，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工程的自動(dòng)化，能夠滿足硅鋼片剪裁的要求，增加鐵芯的有效導(dǎo)磁面積，減少渦流漏磁的損失，改善性能，減少硅鋼片毛刺，降低損耗，從而達(dá)到降低鐵芯損耗，進(jìn)而降低電力變壓器的損耗。但是利用激光切割還需要解決的問題是掛渣，硅的存在將會(huì)導(dǎo)致切割速度的降低和底邊容易形成掛渣現(xiàn)象，因此要考慮切割效率和尺寸精度控制，下面我們就硅鋼片進(jìn)行激光切割工藝的實(shí)驗(yàn)研究。

3.1實(shí)驗(yàn)方法

激光切割硅鋼片工藝的實(shí)施主要目的是解決掛渣問題，達(dá)到剪切工藝中產(chǎn)生毛刺的問題，所以實(shí)驗(yàn)針對(duì)熔渣形成的原因進(jìn)行設(shè)計(jì)。我們根據(jù)硅鋼片的特性，激光切割試驗(yàn)用高壓供氣系統(tǒng)，氣體噴嘴的壓強(qiáng)超過兩千五百千帕，氣流量超過每小時(shí)八十立方米，實(shí)驗(yàn)的固定功率在三千瓦，分別用氧氣和純度高的氮?dú)廨o助切割，先固定輔助切割氣體，分別改變切割速度和輸出功率，最后用電子探針監(jiān)測(cè)。

3.2實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用氧氣輔助切割的時(shí)候無論采用什么樣的切割速度和輸出功率都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的掛渣，用高純度氮?dú)廨o助切割的時(shí)候，輸出功率相對(duì)固定時(shí)，隨著切割速度的提升，能夠得到光滑沒有熔渣的切口，切割速度相對(duì)固定時(shí)，隨著激光輸出功率的增加，也能夠得到光滑沒有熔渣的切口。

3.3產(chǎn)生結(jié)果的原因

經(jīng)過電子探針的檢測(cè)之后發(fā)現(xiàn)，熔渣的成分主要是二氧化硅和鐵硅氧化物，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮砻髑懈钸^程中的硅元素容易和氧氣化學(xué)作用下生成二氧化硅和鐵硅氧化物，二氧化硅的密度比氧化鐵密度低就會(huì)在熔融區(qū)形成一個(gè)表面層，熔融態(tài)的氧化物具有強(qiáng)大的粘滯系數(shù)形成熔渣之后不容易被切割氣體吹走，導(dǎo)致表面層嚴(yán)重的掛渣，這樣硅鋼片的毛刺就會(huì)增加，損耗增大，那么鐵芯的損耗就會(huì)增大，最后電力變壓器的損耗增加，沒有起到節(jié)能的作用。

用高純度的氮?dú)鈴?fù)制切割硅鋼片的時(shí)候，氮?dú)饽軌蜃韪粞鯕?，這樣就沒有辦法生成二氧化硅，高純度的氮?dú)饽軌虼底呷廴趹B(tài)的殘?jiān)?，就能夠有一個(gè)精細(xì)的切口，不會(huì)有掛渣形成，但是因?yàn)橛眠@個(gè)方法會(huì)使得高壓的氣體消耗量非常大，氮?dú)獾某杀居址浅８?，生產(chǎn)成本就會(huì)增加，所以應(yīng)該采取其他的手段防止硅氧化物的形成，或者在形成硅氧化物之后能夠吹走熔融態(tài)的硅氧化物。這個(gè)實(shí)驗(yàn)做完之后對(duì)它的尺寸進(jìn)行檢測(cè)測(cè)量，尺寸的精度完全滿足要求，所以說激光的切割精度容易控制，減少了硅鋼片的毛刺，降低了損耗，降低了鐵芯的損耗，能夠使得變壓器更加的節(jié)能。

四、總結(jié)

就目前來說，國家倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，鼓勵(lì)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，變壓器的損耗主要來源于變壓器中的鐵芯的鐵損和繞組的銅損，電機(jī)和變壓器的性能、體積、重量和各種各樣的材料的節(jié)約都和硅鋼片的切割有關(guān)，我們對(duì)電力變壓器的鐵芯材料硅鋼片進(jìn)行激光切割工藝的實(shí)驗(yàn)研究，通過改善激光切割工藝，減少硅鋼片毛刺，降低損耗，從而達(dá)到降低鐵芯損耗，進(jìn)而降低電力變壓器的損耗，符合國家節(jié)能降耗的政策。使得變壓器更具有安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，能夠使得農(nóng)村等經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)盡快進(jìn)行節(jié)能降耗變壓器更新?lián)Q代。

參考文獻(xiàn)

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