一种非晶合金铁心变压器及其装配方法与流程

本发明属于变压器制造领域，具体涉及一种非晶合金铁心变压器及其装配方法，该装配方法获得的变压器具有低装配系数。

背景技术：

铁基非晶合金具有优异的软磁性能，应用于配电变压器铁心时，变压器的优良节能效果已得到广泛认可。

非晶合金铁心配电变压器的装配工艺主要包括以下工序，如图1所示，其中：

铁心搭接边打开：简称开铁，是指将铁心搭接边由外向内，以套为单位逐套打开。

铁心套装：是指将打开的铁心推入线圈窗口中。

铁心搭接边关闭：简称合铁，是指铁心套装后，由内至外，以套为单位逐套关闭。

器身翻转：是指将套装好铁心的线圈翻转90度，使铁心搭接边方向朝下。

由于非晶材料对机械应力非常敏感，铁心受力或变形都会造成其磁性能的恶化。由于变压器装配工艺环节的搭接边开合、搭接长度变化、器身翻转等都会使铁心受力或产生变形，因此装配后铁心的磁性能都会比装配前明显恶化。铁心在变压器装配之后的总损耗与在装配前单个铁心总损耗之和的比值称为铁损装配系数(Building factor，BF)：

对于总损耗来说，装配系数BF一般都大于其理想值1.0。显然，在变压器装配过程中的装配系数越小越好。因此，如何降低装配系数是一个非常重要的课题。

公开号为CN101145441A的中国发明专利申请公开了一种非晶变压器的装配方法，其主要特点包含：该专利竖直装配法，铁心开铁前在铁心搭接端涂变压器油、铁心框之间需平行但不能太紧，但该专利对如何降低变压器装配系数没有具体的描述。

公开号为CN104616881A的中国发明专利申请公开了一种非晶合金变压器平行推进的装配设备及其装配方法，其主要特点包含：一种非晶合金变压器平行推进的装配设备，铁心迭装后，应用“吸、粘、封”的特殊工艺进行处理，及采取一些措施防止铁心碎片掉入器身中，但该专利对如何降低变压器装配系数也没有具体的描述。

公开号为CN103646778A的中国发明专利申请公开了一种非晶变压器铁心组装配结构和装配方法，其主要特点是提供了一种非晶变压器铁心组装配结构和装配方法，保证在非晶变压器安装完成后，铁心组的上下端面都是平整的，方便铁心夹件的安装。但该专利对如何降低变压器装配系数也没有具体的描述。

目前，非晶配电变压器铁心的装配系数一般在1.45～1.65之间，这导致非晶铁心原本非常优异的磁性能未能得到充分利用。因此，如何降低装配系数是亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种非晶合金铁心变压器及其装配方法，该装配方法能够降低铁损装配系数，制造具有低装配系数的非晶变压器，本发明的所述的变压器包括电压等级为6kV～35kV，额定容量为30kVA～2000kVA的各种类型的配电变压器、风电变压器等，以解决非晶变压器装配系数偏高的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种非晶合金铁心变压器的装配方法，依次包括：准备、铁心搭接边打开、铁心套装、铁心搭接边关闭、安装上下夹件以及器身翻转步骤，其中：

在所述铁心搭接边关闭步骤中，铁心搭接边的搭接长度不小于10mm；

在所述安装上下夹件步骤和器身翻转步骤之间还包括垫板步骤，以确保器身翻转后铁心搭接边下垂量位于-2mm～2mm之间(比如-1.5mm、-1mm、-0.5mm、0mm、0.5mm、1mm、1.5mm)；或者在所述器身翻转步骤后还包括垫板步骤，以确保器身翻转后铁心搭接边下垂量位于-2mm～2mm之间。

在上述装配方法中，作为一种优选实施方式，所述搭接长度为10-16mm(比如10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、14.5mm、15mm、15.5mm)。

在上述装配方法中，作为一种优选实施方式，所述垫板步骤是在下夹件与铁心搭接边之间衬垫适当厚度的绝缘板。优选地，所述绝缘板为绝缘纸板。

在上述装配方法中，作为一种优选实施方式，在所述准备步骤中，将变压器油均匀地涂抹于铁心搭接处，以所述铁心搭接处底部有油渗出为准。

在上述装配方法中，作为一种优选实施方式，所述变压器的铁心的铁损装配系数小于1.4。

在上述装配方法中，作为一种优选实施方式，所述变压器的电压等级为6kV～35kV，额定容量为30kVA～2000kVA。

在上述装配方法中，作为一种优选实施方式，所述变压器为单相变压器或三相变压器；更优选地，所述三相变压器的铁心结构为四框五柱式或三框三柱式结构。

在上述装配方法中，所述变压器可以是非晶配电变压器、非晶风电变压器等各种不同用途的非晶变压器，优选地，所述变压器为非晶配电变压器或非晶风电变压器。

采用上述装配方法获得的非晶合金铁心变压器。

在非晶合金铁心配电变压器的装配试验中，发明人发现，造成铁心磁性能恶化、产生装配系数的主要原因包括：

首先，非晶铁心在完成套装后的搭接边关闭过程中，关闭的质量会影响铁心的磁性能。应用于配电变压器的非晶铁心多采用分布式搭接方式，一方面便于在变压器装配时可以通过打开该搭接边将绕组套装进铁心窗口内，另一方面使每组带材各自搭接，可降低每组带材内部磁通在闭合时的磁阻，参见图2。对于每一组带材而言，搭接处是其磁路上最大磁阻之处，往往决定了整个磁路的磁阻。而每个搭接处的搭接长度L又决定了搭接缝磁阻的大小。为了降低磁阻，铁心在设计和制造时，一般都保证搭接处的搭接长度大于12mm。但是，由于组成变压器的各种零部件的尺寸偏差及装配工艺等原因，在变压器装配时往往无法完全恢复原来的搭接长度。本发明的发明人通过实验发现，在铁心套装后，铁心搭接边关闭时的搭接长度与套装后铁心的铁损装配系数成反比，参见图3。因此，为了降低磁路的磁阻和总损耗，必须保证在套装后的铁心搭接边关闭过程中使搭接长度尽量长，最好能够完全恢复到铁心打开之前的长度。目前大多数变压器制造商只能要求套装后的铁心搭接长度不小于8mm，但即使这种要求也经常不能满足，造成变压器装配后的磁性能明显恶化，装配系数明显提高。

其次，在完成铁心套装之后，器身需要翻转90°，使铁心呈竖直方向，铁心搭接边向下，铁心重量完全通过绕组传递到夹件上。此时，由于铁心搭接边呈自由状态，会因重力而产生下垂，使搭接边产生变形(如图4所示)，因而使磁性能恶化。我们发现，如果在器身翻转后，在铁心搭接边下方用绝缘板将搭接边顶起，防止搭接边下垂，则铁心磁性能会明显改善。铁心的铁损装配系数与搭接边下垂量有关(搭接边下垂量指器身翻转后的铁心总高度与翻转前的铁心总高度之差)，参见图5。因此，为了降低装配系数，应将器身翻转后的搭接边下垂量控制在-2mm～2mm之间。

本发明的有益效果在于：优化了非晶变压器的器身装配工艺，可使铁损装配系数降低到1.4以下，相对于传统的器身装配方法，变压器空载损耗能够降低10％以上。

附图说明

图1为现有非晶合金铁心配电变压器装配工艺流程示意图；

图2为铁心搭接边示意图，其中尺寸L为搭接长度；

图3为变压器装配工艺系数(包括铁损和激磁功率)随搭接长度的变化曲线；

图4为未垫板之前器身翻转后铁心搭接边下垂示意图；

图5为器身翻转后铁心损耗装配系数随铁心搭接边下垂量的变化曲线；

图6为铁心与下夹件之间的垫有绝缘板的示意图；

附图中，标记如下：

1-下夹件 2-上夹件 3-铁心 4-线圈 5-绝缘纸板。

具体实施方式

下面以三相四框五柱式非晶变压器装配为例，对能够降低非晶变压器装配系数的器身装配方法进行具体说明，需要特别说明的是，本方法虽然以三相四框五柱式非晶变压器装配为例进行说明，但本发明也适用于单相变压器和三框三柱式的非晶变压器的器身装配，只是在具体操作上略有区别，具体如下：

(1)准备好装配所用的设备、工装、工具(均为常规装配所用设备和工具)，调节好装配工作台V型架的高度，按照A、B、C三相顺序将3个线圈(单相变压器为1个或2个线圈)依次放在V型架上。在线圈之间放置绝缘。

(2)按照中间二个大框、两侧二个小框的方式将待装配铁心摆放在液压升降平台车上(单相变压器为1只或2只铁心)。铁心搭接处用漆刷均匀地涂抹变压器油，以底部有油渗出为准。

(3)然后用插片刀分套打开铁心搭接边，将铁心边框套入不锈钢护套，将套上不锈钢护套的铁心完全推入绕组的窗口内。

(4)以套为单位将铁心搭接边复原(即搭接边关闭)，必须保证同一组的头和尾相互搭接(即有一部分上下重叠，重叠部分的长度为搭接长度)，且必须保证搭接长度L不小于10mm。

(5)在非晶铁心和外层硅钢片之间放置一块橡胶垫；安装接地片。

(6)如铁心为2排，在第一排铁心合铁完成后，在整个层面放置一层绝缘纸板，重复步骤(2)～(6)，完成第二层的套装和搭接边关闭。

(7)放置必要的绝缘材料，用0.25mm绝缘纸包裹铁心。

(8)安装上下夹件，为了防止在随后的器身翻转后铁心搭接边下垂，需要在下夹件与铁心搭接边之间衬垫适当厚度的绝缘板，绝缘板的厚度应充满下夹件与搭接边之间的空隙，以使得器身翻转后搭接边下垂量控制在‐2mm～2mm之间为准。应注意，对于四框五柱变压器来说，由于大框铁心与小框铁心的尺寸不同，所使用的绝缘板的厚度也存在差异，参见图6所示。

(9)将器身翻转90°，变压器装配完毕。

以上方法中没有详细说明的内容为本领域常规内容、设备或方法。

采用上述器身装配方法即可获得本发明的低装配系数的非晶变压器。

表1为不同相数、不同容量、不同铁心结构形式的非晶变压器分别采用上述方法和传统方法进行器身装配，所获得的变压器的总损耗及装配系数的对比。从测试数据看出，采用了本发明的装配方法制得的非晶变压器的铁损装配系数平均为1.32，比传统装配方法降低了12％以上。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

表1