一种可消涡流的硅钢丝铁芯变压器的制作方法与工艺

本发明涉及一种改善变压器涡流损耗的装置，尤其指一种同时消除可导电外壳和铁芯涡流损耗的硅钢丝铁芯变压器。

背景技术：
在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生变化，因此在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大,导体内部的涡流也会产生热量，如果导体的电阻率小，则产生的涡流很强，产生的热量就很大。由于变压器铁芯中存在交变的磁通，因此产生的涡流效应会引起变压器的涡流损耗。交变的磁通在绕组中感应电动势，同时也在铁芯中感应电动势，在铁芯内部激发自成回路的电流，即涡流。又由于铁芯具有一定的电阻，涡流在铁芯中流过，产生热效应，造成的能量损耗就是涡流损耗；同时从铁芯溢出的磁通，也会对周围的导体产生感应，使附近导体形成涡流，同样造成涡流损耗。针对变压器铁芯产生的涡流损耗，常将磁芯(铁芯)用许多铁磁导体薄片(例如硅钢片)叠加而成，这些薄片表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物。磁通穿过薄片的狭窄截面时，涡流被限制在沿各片中的一些狭小回路流过，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，这样就可以显著地减小涡流损耗。所以，交流电机、电器中广泛采用叠片式的铁芯。例如【专利号】CN201220684817.1，【名称】一种变压器，【公告号】CN203070898，公开了一种变压器,包括硅钢片匝、塑料支架、第一漆包线、第二漆包线、盖板和位于盖板上端的输入端口和输出端口；所述塑料支架位于硅钢片内部；所述第一漆包线设置在塑料支架的上端，所述第二漆包线设置在塑料支架的下端；所述硅钢片匝前后两侧设置有支座。本实用新型在一定程度上限制了涡流的产生，但是常将磁芯(铁芯)用许多铁磁导体薄片(例如硅钢片)叠加而成现有的变压器的铁芯中的硅钢片，仍然无法彻底解决铁芯涡流损耗问题，因受到生产、加工、安装、机械强度等条件限制，其厚度在0.25至0.6毫米之间，故还是有较大的涡流存在，电能损耗比较大，不符合节能环保的要求。针对变压器铁芯溢出的磁通造成的涡流损耗，通常采用电磁屏蔽的办法——铁芯在外，线圈绕组在内的方式。例如【专利号】CN201120552385.4，【名称】消涡流小型高压变压器，【公告号】CN202434311，公开了一种消涡流小型高压变压器,包括一次侧绕线骨架、一次侧绕组、一次侧绕组输入引线、二次侧八槽骨架、二次侧绕组、二次侧绕组输出引线、二次侧线包外壳、U型铁氧体磁芯和绝缘衬套，其中，一次侧绕组绕在一次侧绕线骨架上，二次侧绕组绕在二次侧八槽骨架上。该消涡流小型高压变压器能将大部分磁通屏蔽在铁芯内，周围导体受不到大的磁通影响，但是由于增加了铁芯内部的磁通量，铁芯发生的涡流耗损更加严重。例如【专利号】CN200420114240.6，【名称】一种低漏磁低磁阻变压器，【公告号】CN2754191，公开了一种低漏磁低磁阻变压器，它由铁芯、骨架、线圈组成，其特点是，线圈是由初级线圈绕制在已绕制在骨架上的1/2次级线圈上，另1/2次级线圈绕制在初级线圈上所构成，铁芯是由硅钢片或硅钢丝穿绕在线圈外部构成。本实用新型的有益效果是：由于线圈被穿绕的硅钢片或硅钢丝组成的铁芯所包围，即对初级线圈和次级线圈有效进行了屏蔽，使得变压器的磁阻减少，磁通量增大，损耗减少，并能减少对周边的用电器产生电磁波辐射干扰。但是，同样地由于增加了铁芯内部的磁通量，铁芯发生的涡流耗损更加严重。因此现有的变压器的涡流损耗仍然严重，不适合用于高频变电，也无法在恶劣的电磁环境下正常使用。

技术实现要素：
本发明的目的是解决现有的变压器涡流损耗严重的问题，提供了一种能同时消除可导电外壳和铁芯涡流损耗的消涡流变压器。具体的，本发明所述的变压器包括缠绕有线圈绕组的线圈骨架及插入线圈骨架的铁芯，还包括用于安装和支撑所有变压元件的钢板支架，铁芯通过拉板被垂直或者水平地固定在钢板支架内，所述铁芯是用硅钢丝拼合成的“E”形铁芯，线圈骨架轴心部分中空，铁芯中部的突出部插入线圈骨架中空部位，钢板支架外侧镶嵌有铝片，钢板支架侧面与漏磁通垂直区域设有涡流开口。作为本发明的进一步说明，硅钢丝横截面积为2-5mm2，截面形状为圆形或方形或多边形，硅钢丝的外围设绝缘层，硅钢丝之间用耐高温胶水粘合，粘合间距为0.01-0.07mm。两块“E”形铁芯相对拼接，并在拼接处设有“回”形绝缘片，绝缘片中部开口的形状和大小与缠绕有线圈绕组的线圈骨架相互匹配，线圈骨架贯穿绝缘片；两块铁芯中部的突出部完全接触，上下两对凸起部被绝缘片完全隔开。线圈骨架上设有不同半径的线圈支撑部，其中位于中间且半径最大线圈支撑部是高压线圈支撑部，用于支撑高压线圈绕组，旁边还设有一个或多个低压线圈支撑部，不同线圈支撑部的半径由线圈骨架中间向两边递减。所述的拉板被垂直或者水平锚固在钢板支架上，拉板是由两块或者多块“【”形状的子拉板组合而成，每块子拉板的端头处均设有锚固螺纹孔，侧面设有拼接螺纹孔，子拉板的组合成的拉板有一个或者多个形“【】”空槽。所述的拉板为无励磁拉板，拉板的拼接螺纹孔和子拉板间的缝隙处均填充有3M树脂胶。每个高压线圈绕组和低压线圈绕组之间均设有绝缘隔板，隔板厚度为线圈绕组线芯直径的3-7倍，线圈绕组的线芯表面均覆盖有绝缘膜。涡流开口的旁边安装有两条平行的加固钢条，所述加固钢条用铝皮包裹，两端与钢板支架棱柱焊接。本发明的有益效果是：1.本发明变压器的铁芯采用硅钢丝拼合而成，磁通穿过硅钢丝的狭窄截面时，涡流被限制在沿硅钢丝中的一些狭小回路流过，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，这样就可以显著地减小涡流损耗。2.本发明变压器的钢板支架外侧镶嵌有铝片，从铁芯溢出的大部分磁通被屏蔽在铝片所围成的空间内，这样就对钢板支架起到了屏蔽保护作用，不产生涡流效应。3.本发明变压器在漏磁非常强的区域——钢板支架侧面与漏磁通垂直区域设有涡流开口，由于该处没有导体，泄漏的磁通因失去作用对象而不能产生涡流效应。附图说明图1为本发明变压器的结构示意图。图2为变压器的主要变压元件结构示意图。图3为变压器的铁芯结构示意图。图4为变压器的拉板结构示意图。图5为变压器的涡流开口加固结构示意图。图中，1—钢板支架；2—铝片；3—铁芯；301—硅钢丝；302—绝缘层；4—绝缘片；5—线圈绕组；501—高压线圈绕组；502—低压线圈绕组；6—绝缘隔板；7—涡流开口；8—拉板；801—锚固螺纹孔；802—拼接螺纹孔；803—空槽；9—线圈骨架；901—低压线圈支撑部；902—高压线圈支撑部；10—加固钢条。具体实施方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，本实施例仅是对本发明作更清楚的说明，而不是对本发明的限制。如图1所示，本发明的消涡流变压器，包括缠绕有线圈绕组5的线圈骨架9及插入线圈骨架的铁芯3，还包括用于安装和支撑所有变压元件的钢板支架1，所述铁芯是用硅钢丝301拼合成的“E”形铁芯，其通过拉板8被水平地固定在钢板支架1内，磁通穿过硅钢丝的狭窄截面时，涡流被限制在沿硅钢丝中的一些狭小回路流过，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，这样就可以显著地减小涡流损耗。线圈骨架9轴心部分为中空，铁芯3中部的突出部插入线圈骨9中空部位，钢板支架外侧镶嵌有铝片2，从铁芯溢出的大部分磁通被屏蔽在铝片所围成的空间内，这样就对钢板支架起到了屏蔽保护作用。钢板支架侧面与漏磁通垂直区域设有涡流开口7，就算有磁通露出，但是该处没有导体，因磁通失去作用对象而不能产生涡流效应。作为本实施例的进一步说明，如图2、图3所示，硅钢丝301横截面积为2-5mm2，截面形状为圆形，硅钢丝的外围设绝缘层302，硅钢丝之间用耐高温胶水粘合，粘合间距为0.01-0.07mm。涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关，如果把1平方的铁分成8、16、32......块等,分得越小,涡流电流越小,功耗越少。目前市场上销售的硅钢片厚度一般在0.25至0.6mm之间，而硅钢丝的直径则在0.25mm以下，用硅钢片作导磁材料还是存在有较大的涡流损耗，由此可以用横截面在6mm2以下的硅钢丝代替硅钢片作为导磁材，从而达到大大减少铁芯涡流损耗的目的。作为本实施例的进一步说明，如图1所示，两块“E”形铁芯3相对拼接，并在拼接处设有“回”形绝缘片4，绝缘片中部开口的形状和大小与缠绕有线圈绕组5的线圈骨架9相互匹配，线圈骨架贯穿绝缘片；两块铁芯中部的突出部完全接触，上下两对凸起部被绝缘片完全隔开。这样可以把大部分磁通限制在铁芯内，减少磁通泄露。作为本实施例的进一步说明，如图2所示，线圈骨架9上设有不同半径的线圈支撑部，其中位于中间且半径最大线圈支撑部是高压线圈支撑部902用于支撑高压线圈绕组，旁边还设有一个或多个低压线圈支撑部901，不同线圈支撑部的半径由线圈骨架中间向两边递减。这样就采用交错式绕组、漏磁组被对称分为多组，漏磁通量明显减少，电磁力降低。极大地提高了抗短路能力。作为本实施例的进一步说明，如图4所示，拉板8被垂直或者水平锚固在钢板支架1上，拉板是由两块或者多块“【”形状的子拉板的组合，每块子拉板的端头处均设有锚固螺纹孔801，侧面设有拼接螺纹孔802，子拉板的组合成的拉板有一个或者多个“【】”形空槽803。“【】”形空槽在功能上可以作为消磁槽，大量减少拉板内部的涡流浓度，不需要加工中间的通槽，减少了加工工时。可大大节省铣刀耗费量，降低成本，而且避免了拉板由于铣通槽时受热不均匀而导致的较大变形。本发明的拉板结构与传统结构基本相同，能够承受器身起吊时器身重量及绕组压紧力，满足机械强度的要求。作为本实施例的进一步说明，如图4所示，拉板8为无励磁拉板，拉板的拼接螺纹孔802和子拉板间的缝隙处均填充有3M树脂胶。作为本实施例的进一步说明，如图2所示，每个高压线圈绕组501和低压线圈绕组502之间均设有绝缘隔板6，隔板厚度为线圈绕组线芯直径的3-7倍，线圈绕组的线芯表面均覆盖有绝缘膜。作为本实施例的进一步说明，如图5所示，涡流开口的旁边安装有两条平行的加固钢条10，加固钢条用铝皮包裹，两端与钢板支架棱柱焊接，进一步加固了变压器的结构稳定性，满足机械强度的要求。