一种四框五柱式非晶变压器铁芯的制作方法

本发明涉及变压器领域，尤其涉及一种四框五柱式非晶变压器铁芯。

背景技术：

近几年，随着我国“节能降耗”政策的不断深入，非晶合金铁芯配电变压器作为一种节能环保型产品已得到了广泛应用，特别是2015年由工业和信息化部、质检总局、发展改革委联合印发的《配电变压器能效提升计划(2015-2017年)》已明确把SH15型非晶变压器作为重点推广的高能效产品之一，对非晶变压器的进一步普及起到了巨大推动作用。与此同时，国网公司对在网运行的配电设备的安全运行也提出了更高的要求，早在2013年发布的《10KV三相非晶合金铁芯配电变压器试验导则》标准中已把突发短路试验作为国网抽检试验的必做项目，加强了对非晶变压器产品的管控力度，这一的政策的出台，对现行的非晶变压器是一个严格的考验。

目前，非晶变压器铁芯主要有两种结构型式，一种是芯柱为矩形截面的四框五柱式的平面结构，另一种是立体三角型结构。其中，立体三角型结构的铁芯结构紧固，抗短路能力较好，但这种铁芯加工工艺复杂，效率低，且需要专用加工设备，投资大，目前加工技术还不成熟，批量化生产存在很大难度，尚处在研发过程中。因此，目前普遍采用的是芯柱为矩形截面的四框五柱式平面结构铁芯，这种结构的铁芯加工工艺相对简单，生产效率高。但这种结构因铁芯柱为矩形截面，如图1所示，故绕组亦为矩形结构，短路时绕组四周受力极不均匀，抗短路能力很差，且矩形结构绕组各处的热点温升也不均匀，存在局部过热点，使变压器抗过载能力亦变差。

自2015年起，国网公司加大了对投运变压器的抽检力度，大批变压器厂家因变压器抗短路能力不合格而被通报，并被限期取消投标资格，对变压器制造厂家产生很大冲击，因此，近阶段各变压器厂均在研究提高非晶变压器抗短路能力的相关措施方案，但大都以增加产品成本为代价，使产品性价比大大下降，影响其市场竞争力。针对这一情况，如何能够在大大提高非晶变压器的抗短路能力的同时，又确保变压器成本基本不变，这将是本领域研究的重要课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种四框五柱式非晶变压器铁芯，能够在大大提高非晶变压器的抗短路能力的同时，确保变压器成本基本不变。

本发明的一方面提供了一种四框五柱式非晶变压器铁芯，由呈直线排列的四个独立铁芯框组合而成，所述铁芯框采用不同宽度的非晶合金带材多层叠绕搭接而成，所述铁芯框由铁芯上轭、第一连接体、铁芯下轭和第二连接体顺次连接而成，所述第一连接体、第二连接体和铁芯上、下轭的截面均为近半圆形，相邻的所述第一连接体和第二连接体组合而成的铁芯柱截面为近圆形。

作为优选方案，不同宽度的非晶合金带材按照由内向外宽度逐渐变宽的顺序逐级叠绕搭接。

作为优选方案，不同宽度的非晶合金带材的中心对齐，呈阶梯式的逐级叠绕搭接。

可选的，同一宽度的非晶合金带材分为多个组，每组按30片逐级叠套，组间增量(mm)＝2π×30×平均带厚+0.25，组数的计算方式：每级叠厚/(30×平均带厚)。

作为优选方案，不同宽度的非晶合金带材的宽度范围为70mm-240mm。

可选的，叠绕搭接形成的搭接部位于所述铁芯下轭，所述搭接部为扇形搭接。

作为优选方案，所述铁芯上轭的截面积为所述第一连接体与第二连接体组合成的铁芯柱截面积的1/2。

本发明上述技术方案提供了一种四框五柱式非晶变压器铁芯，与现有的四框五柱式铁芯相比，区别在于本发明所提供的铁芯柱截面由矩形结构改为近圆形结构，这样绕组则可为圆形结构，使得绕组四周各点受力均匀，在结构设计时更容易采取合理的加固措施，使得产品承受短路的能力大大提高。此外，采用圆形结构的绕组可在绕组四周均匀设置油道，故绕组温升均匀，无局部过热点，有助于提高非晶变压器的抗过载能力，故大大提高了变压器运行的安全性。

附图说明

图1为现有技术中常规矩形截面四框五柱式非晶铁芯结构及单个铁芯框图；

图2为本发明实施例所提供的铁芯组装图及单个铁芯框图；

图3为图2中所示出的由第一连接体和第二连接体组合而成的A-A截面图及铁芯上轭的B-B截面图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一方面的实施例提供了一种四框五柱式非晶变压器铁芯，如图2所示，由呈直线排列的四个独立铁芯框组合而成，铁芯框采用不同宽度的非晶合金带材多层叠绕搭接而成，铁芯框由铁芯上轭3、第一连接体1、铁芯下轭4和第二连接体2顺次连接而成，第一连接体1、第二连接体2和铁芯上轭3及铁芯下轭4的截面均为近半圆形，相邻的第一连接体1和第二连接体2组合而成的铁芯柱截面为近圆形。

在上述实施例中，铁芯由呈直线排列的四个单独的铁芯框组合而成，每个铁芯框由四部分顺次连接而成，其材质为非晶合金带材，采用不同宽度的非晶合金带材叠绕搭接而成。目前，由于非晶材料厂家的技术成熟，可生产趋于多样化的带材规格，这为本实施例采用不同宽度的非晶合金带材叠绕搭接形成截面为近半圆形的第一连接体1或第二连接体2提供可能性，从而可获得由相邻的第一连接体1和第二连接体2组合而成的近圆形的铁芯柱截面。

本实施例所提供的铁芯的加工设备与原来一样，无需再投资生产设备及研发力量，唯一区别在于铁芯的成型工序。因此本实施例提供的铁芯仍保持原有的加工效率高、工艺简单、产品性能稳定、投资小等优势。并且，铁芯柱采用近圆形截面结构，可使绕组改为圆形结构，这样绕组四周各点受力均匀，不仅如此，在结构设计时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，采用圆形结构的绕组还可在绕组四周均匀设置油道，使绕组温升均匀，无局部过热点，有助于提高非晶变压器的抗过载能力，故大大提高了变压器运行的安全性。

为了将相邻的第一连接体1和第二连接体2的截面组合成为近圆形，优选的，不同宽度的非晶合金带材按照由内向外宽度逐渐变宽的顺序逐级叠绕搭接。按照由内向外逐渐变宽的顺序，即铁芯框最外层带材最宽，最内层带材最窄，从而能够组合形成近圆形截面。

为了确保在叠绕过程中能够使带材两边均衡，使其均能够形成近半圆形截面，在逐级叠绕搭接过程中，不同宽度的非晶合金带材的中心对齐，呈阶梯式逐级叠绕搭接。

在由不同宽度的非晶合金带材叠绕搭接过程中，对于同一宽度的非晶合金带材可分为多个组，每组按30片逐级叠套，组间增量(mm)＝2π×30×平均带厚+0.25，组数的计算方式为每级叠厚/(30×平均带厚)的方式进行叠绕，从而可叠绕搭接成符合要求的铁芯框。

在一优选实施例中，不同宽度的非晶合金带材的范围为70mm-240mm。例如可以为70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、142mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm等。本领域技术人员可根据实际制作要求选用合理的不同宽度的非晶合金带材进行使用。

在上述实施例中，叠绕搭接形成的搭接部均位于铁芯下轭4，且搭接部5为扇形搭接。这样设置有利于非晶合金铁芯的磁路优化，即铁芯框的成型工序，可以满足制作需要，有利于制作出性能优良的铁芯框，适用于目前的操作工序。

作为优选实施例，铁芯上轭3的截面积为第一连接体1与第二连接体2组合成的铁芯柱截面积的1/2，按上述比例制备得到的铁芯框更有利于后续满足组合成实际生产需要的铁芯的需要。

为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的非晶变压器铁芯，下面将结合具体实施例进行详细说明。

实施例1

以SH15-100/10非晶配电变压器为例，采用本发明实施例所提供的新结构铁芯型式，铁芯框采用70mm、100mm、120mm、142mm、170mm五种宽度规格非晶带材叠绕，搭接头采用扇形搭接方式，搭接口位于铁芯下轭部。铁芯绕制采用专用模具，把既定长度的带材按30片/组逐级叠套成环，组间增量(mm)＝2π×30×平均带厚+0.25，每级组数＝每级叠厚/(30×平均带厚)，搭接头均位于铁芯下轭部，带材按由窄变宽的顺序依次叠套在铁芯模具上，要求各级片宽的中心对齐，铁芯框最外层带材最宽，由外层向内层带材依次变窄，逐级排列组成横截面为近半圆形(阶梯式)的单个铁芯框。最后把四个铁芯框组合在一起就形成了芯柱为近圆形截面的四框五柱式变压器铁芯，如图2与图3所示。然后采用此结构铁芯制成非晶变压器，将其与同型号常规结构的非晶变压器在铁芯重量、绕组铜线重量、变压器抗过载能力、变压器抗短路能力等参数方面进行对比，对比结果参见表1：

表1由实施例1提供的非晶变压器与常规结构的非晶变压器在性能参数上的对比

通过表1可以看出，采用本发明实施例所提供的新结构铁芯制成的非晶变压器在保证材料成本相当的前提下，因采用圆形绕组结构，温升与受力均匀，变压器抗过载能力和抗短路能力明显得到提高，可有效解决目前非晶变抗短路能力差的问题，具有更强的市场竞争力。

实施例2

以SH15-400/10非晶配电变压器为例，采用本发明实施例所提供的新结构铁芯型式，铁芯框采用100mm、130mm、160mm、180mm、210mm、230mm六种宽度规格非晶带材叠绕，搭接头采用扇形搭接方式，搭接口位于铁芯下轭部。铁芯绕制采用专用模具，把既定长度的带材按30片/组逐级叠套成环，组间增量(mm)＝2π×30×平均带厚+0.25，每级组数＝每级叠厚/(30×平均带厚)，搭接头均位于铁芯下轭部，带材按由窄变宽的顺序依次叠套在铁芯模具上，要求各级片宽的中心对齐，铁芯框最外层带材最宽，由外层向内层带材依次变窄，逐级排列组成横截面为近半圆形(阶梯式)的单个铁芯框。最后把四个铁芯框组合在一起就形成了芯柱为近圆形截面的四框五柱式变压器铁芯，如图2与图3所示。然后采用此结构铁芯制成非晶变压器，将其与同型号常规结构的非晶变压器在铁芯重量、绕组铜线重量、变压器抗过载能力、变压器抗短路能力等参数方面进行对比，对比结果参见表2：

表2由实施例2提供的非晶变压器与常规结构的非晶变压器在性能参数上的对比

通过表2可以看出，采用本发明实施例所提供的新结构铁芯制成的非晶变压器在保证材料成本相当的前提下，因采用圆形绕组结构，温升与受力均匀，变压器抗过载能力和抗短路能力明显得到提高，可有效解决目前非晶变抗短路能力差的问题，具有更强的市场竞争力。