一種四框五柱式非晶變壓器鐵芯的制作方法

本發明涉及變壓器領域，尤其涉及一種四框五柱式非晶變壓器鐵芯。

背景技術：

近幾年，隨著我國“節能降耗”政策的不斷深入，非晶合金鐵芯配電變壓器作為一種節能環保型產品已得到了廣泛應用，特別是2015年由工業和信息化部、質檢總局、發展改革委聯合印發的《配電變壓器能效提升計劃(2015-2017年)》已明確把SH15型非晶變壓器作為重點推廣的高能效產品之一，對非晶變壓器的進一步普及起到了巨大推動作用。與此同時，國網公司對在網運行的配電設備的安全運行也提出了更高的要求，早在2013年發布的《10KV三相非晶合金鐵芯配電變壓器試驗導則》標準中已把突發短路試驗作為國網抽檢試驗的必做項目，加強了對非晶變壓器產品的管控力度，這一的政策的出臺，對現行的非晶變壓器是一個嚴格的考驗。

目前，非晶變壓器鐵芯主要有兩種結構型式，一種是芯柱為矩形截面的四框五柱式的平面結構，另一種是立體三角型結構。其中，立體三角型結構的鐵芯結構緊固，抗短路能力較好，但這種鐵芯加工工藝復雜，效率低，且需要專用加工設備，投資大，目前加工技術還不成熟，批量化生產存在很大難度，尚處在研發過程中。因此，目前普遍采用的是芯柱為矩形截面的四框五柱式平面結構鐵芯，這種結構的鐵芯加工工藝相對簡單，生產效率高。但這種結構因鐵芯柱為矩形截面，如圖1所示，故繞組亦為矩形結構，短路時繞組四周受力極不均勻，抗短路能力很差，且矩形結構繞組各處的熱點溫升也不均勻，存在局部過熱點，使變壓器抗過載能力亦變差。

自2015年起，國網公司加大了對投運變壓器的抽檢力度，大批變壓器廠家因變壓器抗短路能力不合格而被通報，并被限期取消投標資格，對變壓器制造廠家產生很大沖擊，因此，近階段各變壓器廠均在研究提高非晶變壓器抗短路能力的相關措施方案，但大都以增加產品成本為代價，使產品性價比大大下降，影響其市場競爭力。針對這一情況，如何能夠在大大提高非晶變壓器的抗短路能力的同時，又確保變壓器成本基本不變，這將是本領域研究的重要課題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種四框五柱式非晶變壓器鐵芯，能夠在大大提高非晶變壓器的抗短路能力的同時，確保變壓器成本基本不變。

本發明的一方面提供了一種四框五柱式非晶變壓器鐵芯，由呈直線排列的四個獨立鐵芯框組合而成，所述鐵芯框采用不同寬度的非晶合金帶材多層疊繞搭接而成，所述鐵芯框由鐵芯上軛、第一連接體、鐵芯下軛和第二連接體順次連接而成，所述第一連接體、第二連接體和鐵芯上、下軛的截面均為近半圓形，相鄰的所述第一連接體和第二連接體組合而成的鐵芯柱截面為近圓形。

作為優選方案，不同寬度的非晶合金帶材按照由內向外寬度逐漸變寬的順序逐級疊繞搭接。

作為優選方案，不同寬度的非晶合金帶材的中心對齊，呈階梯式的逐級疊繞搭接。

可選的，同一寬度的非晶合金帶材分為多個組，每組按30片逐級疊套，組間增量(mm)＝2π×30×平均帶厚+0.25，組數的計算方式：每級疊厚/(30×平均帶厚)。

作為優選方案，不同寬度的非晶合金帶材的寬度范圍為70mm-240mm。

可選的，疊繞搭接形成的搭接部位于所述鐵芯下軛，所述搭接部為扇形搭接。

作為優選方案，所述鐵芯上軛的截面積為所述第一連接體與第二連接體組合成的鐵芯柱截面積的1/2。

本發明上述技術方案提供了一種四框五柱式非晶變壓器鐵芯，與現有的四框五柱式鐵芯相比，區別在于本發明所提供的鐵芯柱截面由矩形結構改為近圓形結構，這樣繞組則可為圓形結構，使得繞組四周各點受力均勻，在結構設計時更容易采取合理的加固措施，使得產品承受短路的能力大大提高。此外，采用圓形結構的繞組可在繞組四周均勻設置油道，故繞組溫升均勻，無局部過熱點，有助于提高非晶變壓器的抗過載能力，故大大提高了變壓器運行的安全性。

附圖說明

圖1為現有技術中常規矩形截面四框五柱式非晶鐵芯結構及單個鐵芯框圖；

圖2為本發明實施例所提供的鐵芯組裝圖及單個鐵芯框圖；

圖3為圖2中所示出的由第一連接體和第二連接體組合而成的A-A截面圖及鐵芯上軛的B-B截面圖。

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明一方面的實施例提供了一種四框五柱式非晶變壓器鐵芯，如圖2所示，由呈直線排列的四個獨立鐵芯框組合而成，鐵芯框采用不同寬度的非晶合金帶材多層疊繞搭接而成，鐵芯框由鐵芯上軛3、第一連接體1、鐵芯下軛4和第二連接體2順次連接而成，第一連接體1、第二連接體2和鐵芯上軛3及鐵芯下軛4的截面均為近半圓形，相鄰的第一連接體1和第二連接體2組合而成的鐵芯柱截面為近圓形。

在上述實施例中，鐵芯由呈直線排列的四個單獨的鐵芯框組合而成，每個鐵芯框由四部分順次連接而成，其材質為非晶合金帶材，采用不同寬度的非晶合金帶材疊繞搭接而成。目前，由于非晶材料廠家的技術成熟，可生產趨于多樣化的帶材規格，這為本實施例采用不同寬度的非晶合金帶材疊繞搭接形成截面為近半圓形的第一連接體1或第二連接體2提供可能性，從而可獲得由相鄰的第一連接體1和第二連接體2組合而成的近圓形的鐵芯柱截面。

本實施例所提供的鐵芯的加工設備與原來一樣，無需再投資生產設備及研發力量，唯一區別在于鐵芯的成型工序。因此本實施例提供的鐵芯仍保持原有的加工效率高、工藝簡單、產品性能穩定、投資小等優勢。并且，鐵芯柱采用近圓形截面結構，可使繞組改為圓形結構，這樣繞組四周各點受力均勻，不僅如此，在結構設計時更容易采取合理加固措施，使得其承受短路的能力大大提高；此外，采用圓形結構的繞組還可在繞組四周均勻設置油道，使繞組溫升均勻，無局部過熱點，有助于提高非晶變壓器的抗過載能力，故大大提高了變壓器運行的安全性。

為了將相鄰的第一連接體1和第二連接體2的截面組合成為近圓形，優選的，不同寬度的非晶合金帶材按照由內向外寬度逐漸變寬的順序逐級疊繞搭接。按照由內向外逐漸變寬的順序，即鐵芯框最外層帶材最寬，最內層帶材最窄，從而能夠組合形成近圓形截面。

為了確保在疊繞過程中能夠使帶材兩邊均衡，使其均能夠形成近半圓形截面，在逐級疊繞搭接過程中，不同寬度的非晶合金帶材的中心對齊，呈階梯式逐級疊繞搭接。

在由不同寬度的非晶合金帶材疊繞搭接過程中，對于同一寬度的非晶合金帶材可分為多個組，每組按30片逐級疊套，組間增量(mm)＝2π×30×平均帶厚+0.25，組數的計算方式為每級疊厚/(30×平均帶厚)的方式進行疊繞，從而可疊繞搭接成符合要求的鐵芯框。

在一優選實施例中，不同寬度的非晶合金帶材的范圍為70mm-240mm。例如可以為70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、142mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm等。本領域技術人員可根據實際制作要求選用合理的不同寬度的非晶合金帶材進行使用。

在上述實施例中，疊繞搭接形成的搭接部均位于鐵芯下軛4，且搭接部5為扇形搭接。這樣設置有利于非晶合金鐵芯的磁路優化，即鐵芯框的成型工序，可以滿足制作需要，有利于制作出性能優良的鐵芯框，適用于目前的操作工序。

作為優選實施例，鐵芯上軛3的截面積為第一連接體1與第二連接體2組合成的鐵芯柱截面積的1/2，按上述比例制備得到的鐵芯框更有利于后續滿足組合成實際生產需要的鐵芯的需要。

為了更清楚詳細地介紹本發明實施例所提供的非晶變壓器鐵芯，下面將結合具體實施例進行詳細說明。

實施例1

以SH15-100/10非晶配電變壓器為例，采用本發明實施例所提供的新結構鐵芯型式，鐵芯框采用70mm、100mm、120mm、142mm、170mm五種寬度規格非晶帶材疊繞，搭接頭采用扇形搭接方式，搭接口位于鐵芯下軛部。鐵芯繞制采用專用模具，把既定長度的帶材按30片/組逐級疊套成環，組間增量(mm)＝2π×30×平均帶厚+0.25，每級組數＝每級疊厚/(30×平均帶厚)，搭接頭均位于鐵芯下軛部，帶材按由窄變寬的順序依次疊套在鐵芯模具上，要求各級片寬的中心對齊，鐵芯框最外層帶材最寬，由外層向內層帶材依次變窄，逐級排列組成橫截面為近半圓形(階梯式)的單個鐵芯框。最后把四個鐵芯框組合在一起就形成了芯柱為近圓形截面的四框五柱式變壓器鐵芯，如圖2與圖3所示。然后采用此結構鐵芯制成非晶變壓器，將其與同型號常規結構的非晶變壓器在鐵芯重量、繞組銅線重量、變壓器抗過載能力、變壓器抗短路能力等參數方面進行對比，對比結果參見表1：

表1由實施例1提供的非晶變壓器與常規結構的非晶變壓器在性能參數上的對比

通過表1可以看出，采用本發明實施例所提供的新結構鐵芯制成的非晶變壓器在保證材料成本相當的前提下，因采用圓形繞組結構，溫升與受力均勻，變壓器抗過載能力和抗短路能力明顯得到提高，可有效解決目前非晶變抗短路能力差的問題，具有更強的市場競爭力。

實施例2

以SH15-400/10非晶配電變壓器為例，采用本發明實施例所提供的新結構鐵芯型式，鐵芯框采用100mm、130mm、160mm、180mm、210mm、230mm六種寬度規格非晶帶材疊繞，搭接頭采用扇形搭接方式，搭接口位于鐵芯下軛部。鐵芯繞制采用專用模具，把既定長度的帶材按30片/組逐級疊套成環，組間增量(mm)＝2π×30×平均帶厚+0.25，每級組數＝每級疊厚/(30×平均帶厚)，搭接頭均位于鐵芯下軛部，帶材按由窄變寬的順序依次疊套在鐵芯模具上，要求各級片寬的中心對齊，鐵芯框最外層帶材最寬，由外層向內層帶材依次變窄，逐級排列組成橫截面為近半圓形(階梯式)的單個鐵芯框。最后把四個鐵芯框組合在一起就形成了芯柱為近圓形截面的四框五柱式變壓器鐵芯，如圖2與圖3所示。然后采用此結構鐵芯制成非晶變壓器，將其與同型號常規結構的非晶變壓器在鐵芯重量、繞組銅線重量、變壓器抗過載能力、變壓器抗短路能力等參數方面進行對比，對比結果參見表2：

表2由實施例2提供的非晶變壓器與常規結構的非晶變壓器在性能參數上的對比

通過表2可以看出，采用本發明實施例所提供的新結構鐵芯制成的非晶變壓器在保證材料成本相當的前提下，因采用圓形繞組結構，溫升與受力均勻，變壓器抗過載能力和抗短路能力明顯得到提高，可有效解決目前非晶變抗短路能力差的問題，具有更強的市場競爭力。