非晶合金立体卷铁心及其制造方法、变压器与流程

1.本发明属于变压器技术领域，具体涉及一种非晶合金立体卷铁心及其制造方法、以及包括该非晶立体卷铁心的变压器。


背景技术：

2.非晶合金立体卷铁心变压器不同于传统非晶合金变压器的平面卷铁心结构，能够将立体卷铁心的低成本优势与非晶合金低损耗特性相结合，符合国家提出的节能降耗政策的发展要求，目前受到变压器行业的广泛关注。
3.但是，由于国内的非晶合金立体卷铁心的制造水平还不太成熟，生产效率低下，制造成本高，且目前制成的非晶合金立体卷铁心至少存在空载损耗高、抗短路能力差、噪声高等不足。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种非晶合金立体卷铁心制造方法、非晶合金立体卷铁心以及变压器，可以有效提高生产效率，从而降低非晶合金立体卷铁心的生产成本。
5.根据本发明的一个方面，提供一种非晶合金立体卷铁心制造方法，其技术方案如下：
6.一种非晶合金立体卷铁心制造方法，包括：
7.s1，将非晶带材卷绕成截面为圆环形的铁心饼；
8.s2,将截面为圆环形的铁心饼加工成型为截面形状为类似矩形的框型铁心饼；
9.s3，将步骤s2制得的多个铁心饼堆叠、固化后，得到单框非晶合金铁心；
10.s4，将三个相同的单框非晶合金铁心进行两两拼接，得到非晶合金立体卷铁心。
11.优选的是，所述步骤s2之后，还包括：
12.s201,对所述框型铁心饼进行热处理退火；
13.所述热处理退火的温度为300-400℃，热处理退火的时间为50-150min。
14.优选的是，所述热处理退火过程在保护气体氛围下进行，所述保护气体为氮气或惰性气体，且所述热处理退火过程在直流磁场环境下进行。
15.优选的是，所述步骤s3中固化处理的温度为60-150℃，固化处理时间为60-120min。
16.本发明的非晶合金立体卷铁心制造方法操作简单，生产效率高，有利于实现自动化生产。
17.根据本发明的另一个方面，提供一种非晶合金立体卷铁心，其技术方案如下：
18.一种非晶合金立体卷铁心，包括三个相同的单框非晶合金铁心，三个所述单框非晶合金铁心之间两两拼接，呈三角形排列；
19.每个所述单框非晶合金铁心包括多层叠合在一起的铁心饼，
20.每层所述铁心饼具有两个第一框边和两个第二框边，所述第一框边用于形成单框非晶合金铁心的心柱，所述第二框边用于形成单框非晶合金铁心的铁轭，
21.第一框边的内边为直边，第二框边的内边为圆弧边，且该圆弧边的半径r为：500≤r≤3000mm。
22.优选的是，所述第一框边的内边和所述第二框边的内边之间通过圆弧连接，该圆弧的半径r为：2≤r≤20mm。
23.优选的是，所述心柱的横截面的形状为近似于半圆形，该半圆形的横截面包括拼接台阶边、第一外围台阶边、以及第二外围台阶边，
24.所述拼接台阶边包括多个第一台阶，所述各个第一台阶的顶点处于同一条直线上，该直线构成所述心柱的横截面的直径；
25.所述第一外围台阶边包括多个第二台阶，所述第二外围台阶边包括多个第三台阶，所述各个第二台阶的顶点和所述各个第三台阶的顶点处于同一个圆弧面上，该圆弧构成所述心柱的横截面的半圆。
26.优选的是，三个相同的非晶合金铁心之间呈正三角形排列，
27.每个单框非晶合金铁心中的用于两两拼接的拼接面与其铁轭的夹角为30
°
，
28.对于拼接的两个单框非晶合金铁心，其中一个单框非晶合金铁心的第一台阶的顶点与另一个单框非晶合金铁心的第一台阶的顶点相接。
29.优选的是，所述非晶合金立体卷铁心还包括绝缘件，所述绝缘件设于拼接的每两个单框非晶合金铁心的拼接面之间。
30.本发明的非晶合金立体卷铁心，空载损耗低，噪声小，抗短路能力强等优点，可有效提高运行安全性。
31.根据本发明的又一个方面，提供一种变压器，其技术方案如下：
32.一种变压器，包括铁心，所述铁心采用以上所述的非晶合金立体卷铁心。
33.本发明的变压器，由于采用了上述非晶合金立体卷铁心，具有空载损耗低，噪声小，抗短路能力强等优点，并且，由于铁心柱为近似圆柱形，填充率高，可减少铜线、变压器油等其它材料使用量，降低生产成本。
附图说明
34.图1为本发明实施例中非晶合金立体卷铁心制造方法的工艺流程图；
35.图2为本发明实施例中非晶合金立体卷铁心的结构示意图；
36.图3为本发明实施例1中单框非晶合金卷铁心的结构示意图；
37.图4为图3的b-b剖视图；
38.图5为本发明实施例中单框非晶合金卷铁心的心柱的截面示意图；
39.图6为本发明实施例中单框非晶合金卷铁心的铁轭的截面示意图；
40.图7为图3的a-a剖视图；
41.图8为本发明实施例中铁心饼的结构示意图；
42.图9为图8中铁心饼在加工成型之前的结构示意图；
43.图10为图2中非晶合金立体卷铁心的铁心柱的截面示意图；
44.图11为图2的c-c剖视图。
150min。
66.本实施例中，热处理退火过程是在保护气体氛围下进行，保护气体为氮气或惰性气体，以防止热处理退火过程中铁心饼发生锈蚀。
67.本实施例中，热处理退火过程是在直流磁场条件进行，即对铁心饼附加直流磁场，以改善铁心饼中的非晶带材的工作磁畴方向，从而可以全面消除铁心饼成型应力和改善铁心饼的磁性能。
68.s3，将按步骤s2制得的多个铁心饼堆叠、固化后，得到单框非晶合金铁心。
69.具体来说，确定各铁心饼的中心对称点，并确定经过中心对称点的x对称轴(以图8所示铁心饼为例，记x对称轴与第一框边平行)和y对称轴，y对称轴和x对称轴垂直；在堆叠时，先堆叠处于单框非晶合金铁心任意一侧的最外层的铁心饼，并在已堆叠的铁心饼表面涂覆树脂胶或树脂漆，再依次堆叠其余的铁心饼，并使各层铁心饼的x和y对称轴分别重合，以确保各铁心饼叠合出来的单框非晶合金铁心的尺寸偏差最小，从而实现精准定位，得到叠合后的单框非晶合金铁心(如图3所示)；之后，将叠合后的单框非晶合金铁心进行固化处理，使单框非晶合金铁心固化成稳定的整体，并确保单框非晶合金铁心的电磁性能不发生改变。在实际操作过程中，铁心饼的堆叠过程可借助自动化定位设备等装置，以提高堆叠效率和效果。
70.本实施例中，步骤s3中固化处理的温度为60-150℃，固化处理的时间为60-120min。固化处理过程优选在隧道式改烘箱中进行。
71.s4，将三个单框非晶合金铁心进行两两拼接，得到非晶合金立体卷铁心。
72.具体来说，单框非晶合金铁心两两拼接过程可以借助专用的组合设备，经过翻转、平移、定位等操作的配合后，拼接得到非晶立体卷铁心(如图2所示)；然后，通过浸、刷、涂覆等任意方式在非晶合金立体卷铁心中的各单框非晶合金铁心外围形成树脂胶层或树脂漆层，使三个单框非晶合金铁心固化成一个整体，从而提高非晶合金立体卷铁心的强度和抗短路性能，以及降低非晶合金立体卷铁心的噪声。
73.本实施例的非晶合金立体卷铁心制造方法，可以有效降低非晶合金立体卷铁心的空载损耗和噪声，提高抗短路性能，且操作简单，生产效率高，还有利于实现自动化生产。
74.实施例2
75.如图2所示，本实施例公开一种非晶合金立体卷铁心，可采用实施例1中所述的非晶合金立体卷铁心制造方法制造而成，其包括三个相同的单框非晶合金铁心，三个单框非晶合金铁心之间两两拼接，呈三角形排列，每两个单框非晶合金铁心拼接形成非晶合金立体卷铁心的铁心柱。每个单框非晶合金铁心包括多层叠合在一起的铁心饼10。每层铁心饼10具有两个第一框边3和两个第二框边4，第一框边3用于形成单框非晶合金铁心的心柱30，心柱30用于绕线圈，第二框边用于形成单框非晶合金铁心的铁轭40，铁轭40主要起闭合磁路的作用。第一框边3的内边为直边，第二框边4的内边为圆弧边，即单框非晶合金铁心的铁轭采用圆弧进行过渡，以降低单框非晶合金铁心的空载损耗，并且，该圆弧边的半径r为：500≤r≤3000mm，以避免r太小使得两个第一框边3的距离过小而导致铁心饼10在卷绕成型过程中的内部应力过大，以及避免r过大而造成单框非晶合金铁心的铁轭太长，使成型后的单框非晶合金铁心的尺寸更加符合设计要求。
76.进一步的，第一框边3的内边和第二框边4的内边之间通过圆弧连接，以减少单框
非晶合金铁心成型过程中内部应力的产生，从而进一步降低空载损耗，并且，该圆弧的半径r为：2≤r≤20mm，可以减少单框非晶合金铁心成型过程中的修整过程，有利于提高生产效率。
77.具体来说，圆弧边(即第二框边4的内边)的半径r可以为500mm、1000mm、1500mm、1000mm、2000mm、2500mm、3000mm、等值，也可以为500mm～3000mm等范围内的其它任意值，具体的可根据其应用的变压器的容量进行选择。
78.具体来说，圆弧(即第一框边3的内边和第二框边4的内边的圆弧形连接处)的半径r可以为2mm、5mm、10mm、15mm、20mm等值，也可以为2mm～20mm范围内的其它任意值，具体的可根据其应用的变压器的容量进行选择。
79.进一步的，心柱30的横截面的形状为近似于半圆形，该半圆形的横截面包括拼接台阶边6、第一外围台阶边71、以及第二外围台阶边72，拼接台阶边6包括多个第一台阶。各个第一台阶的顶点处于同一条直线上，该直线构成心柱30的横截面的直径。第一外围台阶边71包括多个第二台阶，第二外围台阶边72包括多个第三台阶，各个第二台阶的顶点和各个第三台阶的顶点处于同一个圆弧面上，该圆弧面构成心柱30的横截面的半圆。
80.具体来是，如图4、图5、图6、图7所示，对于构成单框非晶合金铁心心柱的各层铁心饼10的第一框边3，每层铁心饼10的第一框边3的内边到外边的距离(即第一框边3的宽度)不相同。本实施例中，各铁心饼卷绕层数为1-20层。如图3所示，构成心柱30的各层铁心饼10的第一框边3的宽度由外侧向中部依次递增，且构成心柱30的各层铁心饼的第一框边3的内边的边缘处于同一个圆弧面上，单框非晶合金铁心的心柱30的横截面如图5所示，其为近似半圆形。层叠后的各层铁心饼的第一框边3的内边成阶梯状分布，形成第二外围台阶边72，构成第二外围台阶边72的各层铁心饼的第一框边3的内边即第三台阶，第三台阶的顶点处于同一个圆弧面上，圆弧面即单框非晶合金铁心的心柱30的外轮廓，为近似半圆柱形。各层铁心饼的第一框边3的外边的边缘也呈阶梯状分布，形成拼接台阶边6和第一外围台阶边71，其中：构成拼接台阶边6的各层铁心饼的第一框边3的外边即第一台阶，第一台阶的顶点处于同一条直线上；构成第一外围台阶边71的各层铁心饼的第一框边3的外边即第二台阶，第二台阶的顶点与第三台阶的顶点处于同一个圆弧面上，即第二台阶的顶点也处于单框非晶合金铁心的心柱30的外轮廓上。
81.本实施例中，每层铁心饼10的第一框边3的净高度(即第第一框边3的内边长度，也指单框非晶合金铁心的心柱的内侧高度)相同，且第一框边3的净高度优选为50-2000mm。每层铁心饼10的第二框边4的内边的半径相同，使得单框非晶合金铁心的铁轭40的内边处于同一个圆弧面上，铁轭40的截面如图6所示。
82.本实施例中，单框非晶合金铁心中的铁心饼10的数量可根据采用其生产的变压器的容量进行选择，如铁心饼10的数量可以为3-100个，单框非晶合金铁心的净厚度(即多个铁心饼层叠的高度)为50-1000mm。
83.本实施例中，如图8所示，每层铁心饼10包括卷绕成型的非晶带材和包裹在非晶带材表面的支撑件，更准确的说，支撑件设置在卷绕成型的非晶带材的内侧和外侧，支撑件1可以起到支撑和防护作用，从而提高铁心饼的整体强度。各层铁心饼10呈环状，两个第一框边3对称设置，两个第二框边4对称设置。
84.本实施例中，非晶带材2优选采用铁基非晶合金材料制成，非晶带材2的厚度优选
为0.01-0.03mm，非晶带材2的宽度优选为10-100mm。
85.本实施例中，单框非晶合金铁心中的各铁心饼10的卷绕层数优选为1-20层。非晶带材的卷绕层数影响第一框边3的内边到外边的距离(即第一框边3的宽度)，同一个心柱30中，各层铁心饼的卷绕层数由外层(即)向中部递增。
86.本实施例中，支撑件1采用硅钢带或类似金属材料制成，其厚度为0.1-1mm，其宽度与该层铁心饼10中的非晶带材2的宽度相适应。
87.本实施例中，本实施例的单框非晶合金铁心还包括固化层(图中未示出)，固化层设于各层铁心饼10之间、以及包裹在各层铁心饼10之外，使各铁心饼固化为一个整体。本实施例中，固化层可采用树脂胶或树脂漆固化而成。
88.本实施例中，单框非晶合金铁心还包括接地件5，接地件5设于的铁轭40上，用于在装配变压器时接地，以确保制得的变压器的安全性。
89.进一步的，本实施例非晶合金立体卷铁心中的三个非晶合金铁心之间呈正三角形排列，每个单框非晶合金铁心中的用于两两拼接的拼接面与其铁轭40的夹角为30
°
，每个单框非晶合金铁心9具有两个拼接面(即拼接台边6)，同一个单框非晶合金铁心的两个拼接面分别与另外两个单框非晶合金铁心的拼接面进行拼接，且用于拼接的两个单框非晶合金铁心的拼接面之间相互对称，对于任意拼接的两个单框非晶合金铁心9，其中一个单框非晶合金铁心的第一台阶的顶点与另一个单框非晶合金铁心的第一台阶的顶点相接，拼接得到的非晶合金立体卷铁心为三相三柱立体结构。非晶合金立体卷铁心的横截面为正三角形(如图11所示)，拼接后得到的铁心柱的横截面为近似圆形(如图10所示)，可提高铁心柱的填充率，从而减少后续所需的绕线长度和变压器油量，进而降低非晶合金立体卷铁心及变压器的生产成本。
90.进一步的，非晶合金立体卷铁心还包括绝缘件8，绝缘件8设于每两个单框非晶合金铁心的拼接面之间，以防止拼接的两个相邻单框非晶合金铁心直接接触，避免直接接触造成的多点接地，防止变压器在运行中烧毁。
91.本实施例中，各单框非晶合金铁心之间以及表面也设有固化层(图中未示出)，以填充空隙，使多个单框非晶合金铁心9固化为一个整体，从而提高非晶合金立体卷铁心的强度和抗短路能力，降低非晶合金立体卷铁心的噪声。本实施例中，固化层优选为树脂漆或树脂胶固化而成。
92.本实施例中，非晶合金立体卷铁心还可以包括固定件(图中未示出)。固定件可采用绑扎带，绑扎带采用绝缘材料制成，且具有一定的拉伸强度，绑扎带绑扎在拼接得到铁心柱和各单框非晶合金铁心的铁轭40上，可进一步提高多个单框非晶合金铁心组合拼接后的整体强度。
93.本实施例非晶合金立体卷铁心具有空载损耗低，噪声小，抗短路能力强等优点，可有效提高运行安全性，具体体现在以下方面：
94.(1)铁轭为圆弧过渡，可以降低非晶带材内部应力和减少卷绕过程中对非晶带材的损伤，从而可降低非晶带材的空载损耗，还可以减少卷绕过程中的修整过程，有利于提高生产效率，此外，采用圆弧过渡成型的单框非晶合金铁心更符合设计要求，外形更美观。
95.(2)铁轭和心柱采用圆弧过渡，可以进一步降低非晶带材内部应力和减少卷绕过程中对非晶带材的损伤，从而降低非晶带材的空载损耗，还可以减少铁心饼层叠过程中的
修整过程，提升层叠效率。
96.(3)采用卷绕方式制成，与传统的拼接方式相比，可减少内部的接缝数量，降低由铁心接缝产生的噪声，同时，卷绕结构可以使各层非晶带材之间连接更紧密，使得铁心在运行过程中的震动空间变的非常小，从而进一步降低噪声。
97.(4)固化层可以提高非晶合金立体卷铁心的整体结构强度，以及提升抗短路性能。
98.实施例3
99.本实施例公开一种变压器，包括铁心，且铁心采用实施例2中所述的非晶合金立体卷铁心。
100.其中，变压器可以为油浸式变压器，也可以为干式变压器，还可以是其它类型的变压器。变压器的容量范围为50kva～10000kva。
101.本实施例中，变压器的容量优选为2500kva，对应的圆弧边r优选为2000mm，对应的圆弧r优选为5mm。
102.本实施例变压器，由于采用了实施例2中所述的非晶合金立体卷铁心，因此，具有空载损耗低，噪声小，抗短路能力强等优点，并且，由于铁心柱为近似圆柱形，填充率高，可减少铜线、变压器油等其它材料使用量，降低生产成本。
103.可以理解的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，然而本发明并不局限于此。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变形和改进也视为本发明的保护范围。