立體疊片型零間隙磁路三相變壓器的制造方法
【專利摘要】立體全對稱三相變壓器，是中大型變壓器制造領域中的重大技術進步，可以有效解決變壓器磁路不對稱所引起的電壓電流不平衡，其中采用鐵心和鐵軛分別疊裝制造的零間隙磁路技術，以獲得最低鐵損和最低工時制造成本，發明透露了以該技術作為基礎結構，從而構成的各種疊片型鐵心、鐵軛的具體結構、工藝處理和制造方法，具有開創性和實用性相結合的特點，使技術能很快進入產業領域。
【專利說明】立體疊片型零間隙磁路三相變壓器發明領域
[0001]本發明屬于電學中的變壓器技術領域，主要涉及變壓器的磁路結構和制造工藝，具體地說，是創建一種立體磁路新結構新工藝的三相變壓器。
【背景技術】
[0002]變壓器的基本原理是通過電磁感應，將一種交流電壓改變為另一個電壓，其基本結構是電路(包括繞組和外電路)和磁路的交鏈，通過電能和磁能的相互轉化以實現電壓變換。
[0003]在現有的三相變壓器中大多仍為平面型結構，中間相的磁路短、間隙少，而兩個邊相的磁路長，間隙也多，造成三個相在磁路結構上的先天不對稱，引起三相勵磁電流的不平衡，不平衡的三相電流又會招致負序電流，對電網和發電機產生不良影響，成為正常電力供應的一個重大制約因素。
[0004]為提高變壓器磁路的對稱性，曾有高成本的五柱結構平面型三相變壓器，對稱性有所提尚。
[0005]為達到三相平衡，已出現平面結構的三相變壓器改進為立體疊片型鐵心結構，解決了磁路結構的先天不對稱，這就是立體R型變壓器，但立體R變的硅鋼片利用率低，繞線不方便，制作成本也很高。
[0006]近來，也曾出現一些立體疊片的三相變壓器，但這些疊片型變壓器的結構制造疊裝比平面型更困難，存在工時效率低、成本高的問題，仍舊需要依靠精確的疊裝工藝保證質量，降低磁損，所以總的說來，為徹底解決變壓器的三相平衡問題，特別是在大功率、特大功率應用方面，現有產品和技術尚有相當距離，必須采取新思路、新結構加以根本性的解決。

【發明內容】

[0007]本發明的目的，是通過變壓器磁路結構的改革，找到一條更好的途徑，由現有工藝比較成熟的傳統疊片結構入手，解決磁路不對稱問題，同時簡化立體型變壓器結構，降低制造成本，提高效率、實現變壓器結構和工藝的全對稱改造。
[0008]本發明是在采用了與現有傳統變壓器有所不同的結構和工藝路線，那就是零間隙磁路的變壓器新結構和新工藝技術的前提下，所作的開創性發明探索。有關零間隙磁路結構技術和工藝，詳見中國發明專利申請201310160702.1《零間隙磁路自封閉型變壓器》，本發明是以該發明為基礎，對立體疊片型三相變壓器結構和工藝所作的對稱性改造的探索。
[0009]本發明的目的是，采用零間隙磁路疊片結構，并能在磁路結構上形成對稱平衡條件的新結構，新結構具有制造容易、成本低廉，且節能環保的特點。
[0010]本發明是這樣實現的，一種主要由繞組、鐵心和鐵軛三大部件組成的三相變壓器，其特征是，變壓器為立體全對稱型；磁路為疊片型結構；鐵心與鐵軛分體疊裝制造且二者結合面為零間隙磁路結構。
[0011]本發明的技術效果是明顯的，首先，零間隙磁路結構減少了疊片空氣隙數量，降低了磁阻，達到節能效果，且使變壓器疊裝工藝相對簡單，省時省力；其次，變壓器立體全對稱結構又解決了磁路不對稱造成的電氣相間不平衡的問題；此外，新結構比卷鐵心的立體R型變壓器制造容易，節省材料和工時，仍可借助于現有變壓器產業中相對成熟的疊片工藝。
【附圖說明】
[0012]圖1、現有傳統平面型鐵芯三相變壓器疊片形狀圖。
[0013]圖2、現有傳統平面型鐵芯三相變壓器磁路分析圖。
[0014]圖3、本發明的零間隙磁路平面型鐵心三相變壓器疊片形狀圖。
[0015]圖4、現有傳統立體R型三相變壓器整體磁路結構簡圖。
[0016]圖5、現有傳統立體R型三相變壓器分體磁路圖。
[0017]圖6、現有傳統立體R型鐵芯繞制方向圖。
[0018]圖7、卷繞完工的立體R型鐵芯單元外形圖。
[0019]圖8、本發明的立體疊片型變壓器的鐵心視圖。
[0020]圖9、本發明的立體疊片型變壓器的矩形截面鐵軛視圖。
[0021]圖10、本發明的立體疊片型變壓器弧形截面鐵軛視圖。
[0022]圖11、本發明的鐵心疊片與鐵軛疊片方向關系圖。
[0023]圖12、本發明的帶有凹形圓槽鐵軛的局部縱剖圖。
[0024]圖13、帶有凹形圓槽鐵軛的鐵心局部橫剖圖。
[0025]圖14、鐵軛組裝示意圖。
【具體實施方式】
[0026]本發明的變壓器磁路結構定義與傳統變壓器不同，有必要另作定義。
[0027]在本發明書中:
[0028]鐵心(I):僅指處于繞組中的磁性器件。
[0029]繞組(2):指變壓器的電鏈，是變壓器交流電流進入和流出的器件。
[0030]鐵軛(3):指變壓器中使鐵心中的磁流相互連通、完成回路的磁性器件。
[0031]磁路:指變壓器的磁鏈，是變壓器的整個磁體，包括鐵心、鐵軛的總稱。
[0032]在傳統變壓器中:
[0033]心部:也稱芯部、心柱、芯柱，相當于本中的鐵心(I)。
[0034]軛部:也稱磁軛，指變壓器中使心部完成磁鏈的器件，包括上軛、下軛，可能還有旁軛，相當于本發明的鐵軛(3)。
[0035]鐵芯:也稱鐵心，是指變壓器的磁鏈，包括變壓器芯部和軛部的整個磁體的總成，相當于本發明的磁路。
[0036]繞組(2):也稱線圈，與本發明的繞組(2)定義相同。
[0037]采用重新定義，目的是為了清晰區別本發明結構概念上與現有技術的不同，防止混淆。本發明中的繞組(2)定義與傳統變壓器相同，但鐵心的名稱與傳統大相徑庭，傳統的“鐵心”指全部磁性器件，包括了心部和軛部。傳統的三相變壓器，雖然由許多疊片疊裝而成，但心部與軛部連成共同磁路，不可分割，所以”鐵心”也成為變壓器心部和軛部的總稱。而本發明中鐵心的定義僅指處于繞組中的磁性器件，相當于傳統定義中的心部，之所以要重新定義，目的是在于完全不同的工藝路線，因為將傳統定義中的鐵芯拆分成為本定義中的鐵心加上鐵軛二大部件，就可以將原有傳統變壓器的心部和軛部合在一起的疊裝過程，改進為本發明的鐵心和鐵軛分別制造疊裝，從而將傳統工藝操作中的難度，和質量上不能確保控制精度的二大弊端，都能通過本發明所述的零間隙磁路結構技術加以克服改進。所以本發明的變壓器工藝和結構，是屬于開創性的發明創造，故必須以不同的結構定義以示區別。
[0038]以廣為使用中的疊裝式變壓器而論，傳統思路總認為將變壓器心部和軛部連接在一起考慮，可以通過疊片層面的交叉換位疊裝，相互彌補接縫間隙處的磁阻。但在具體實踐中，這一觀念既不可能大幅減少間隙磁阻，又造成疊裝工藝的繁瑣復雜、費工費時。
[0039]以已經過實踐證實的小型變壓器為例，小型E型殼式變壓器從有間隙磁路向C型心式變壓器的零間隙磁路的進化，其實質上是將裁片和疊裝過程中無法控制的磁路間隙，向磁路結合面精密加工的轉化，代表著新技術結構和工藝發展的方向，啟示著大型變壓器也同樣可以從人工精細工藝疊裝向零間隙磁路的改進。為了使鐵心與鐵軛結合面零間隙緊密配合，除了需要對結合面精加工處理外，如何才能在實際變壓器中減少甚至消除鐵心與鐵軛結合面的磁路間隙，如何利用零間隙磁路的特有結構，與原來疊片結構無法采用的新結構相結合，既要結構簡單合理，又要施工簡便易行，當然更重要的和最終結果，還是要達至IJ變壓器的更高技術性能和降低材料、裝配成本的兩大目標。
[0040]圖1為現有傳統平面型鐵芯三相變壓器疊片形狀圖。
[0041]圖1中，三種規格尺寸的裁片，拼成一層疊片，一般先用左邊的二至三片疊，然后用右邊的二至三片疊，直至疊到規定的厚度，當然這種鐵心是矩形截面，片型簡單劃一，易于制作和疊裝，所需繞組也為矩形。但是，矩形繞組的用銅量大于圓形繞組，很不經濟，用銅量多更意味著繞組電阻值增加，所以負載損耗大。再加上疊片間隙大，空載電流增加，所以空載損耗也大，變壓器的效率降低，所以芯部一般不采用矩形而多數采用圓形。關鍵是圓形鐵心的芯部需要采用多種寬度不同的裁片疊制，這樣裁剪和疊裝工時將大大增加，疊裝的難度更是大許多倍。
[0042]在圓形截面芯部的制作過程中，涉及鐵芯疊片疊裝過程要求很高，首先是提高組裝精度，以保證產品具有最小的磁路間隙，其次，還要保證芯部疊成一個準確的似圓截面。為了防止出現變形、歪斜等情況的發生，每疊一層，甚至每一疊都需要進行疊層部位的校正、修整、測量。在疊裝過程中，為了保證一定的疊裝速度，必須有疊片人和遞片人，至少要9人共同參加一臺鐵芯的疊裝工作才能保證工作效率和工作進度，勞動力浪費很大，最后，還有綁扎、起立、插片、烘干、退火、絕緣、封固等等過程，都很費工耗時。
[0043]傳統的三相變壓器，雖然由許多疊片疊裝而成，但芯部與軛部連成共同磁路，一起疊裝，不可分割，所以鐵芯也成為變壓器芯部和軛部的總稱，二者一起疊裝，難度當然比二者分開單獨疊裝大了很多。
[0044]在上述三個芯柱上安裝三個繞組，就成為一臺三相心式變壓器，它比同功能的三臺單相變壓器節省磁路材料，所以在全球三相電系統中獲得廣泛應用。
[0045]圖2為現有傳統平面型鐵芯三相變壓器磁路分析圖。圖中，在三個鐵心(I)中套入繞組(2)后，由鐵軛(3)將三個鐵心柱連接成為封閉磁路。
[0046]為方便起見，就以圖2中最簡單的鐵芯為例來分析傳統三相變壓器的磁路特點。首先發現，磁路上每層疊片有7個之多的空氣間隙，這些磁路間隙都存在磁阻，為減少磁阻，除了將上下層采用圖右的一層疊片，以交錯疊裝的方式，減小間隙處的磁阻，還是必須盡量用精細疊裝加以間隙控制，一共有多少層疊片，磁路間隙就乘上多少倍，得化多么大精力放在精細疊裝上。
[0047]假如在自左到右的三個芯柱中分別放進A、B、C三個繞組，可以發現，從A柱流到B柱的磁流需越過4個間隙，而從A柱流到C柱的磁流需越過6個間隙，且其流經的磁路長度也比B相磁流大了一倍，所以在AC柱間磁流的阻力明顯高于AB柱，同時也可發現，B柱磁流的阻力最小，路徑也最短。所以說，現有傳統平面型鐵心三相變壓器磁路磁阻是不相等的，那么三相繞組的感應電壓和電流也是不平衡的。
[0048]圖3為零間隙磁路平面型鐵心三相變壓器疊片形狀圖。
[0049]零間隙磁路三相變壓器的磁路，其實要比傳統變壓器更簡單，首先它將鐵心和鐵軛分別疊裝，心歸心，軛歸軛，各自疊裝，而且是分5塊疊裝，比起5塊一起疊裝就容易得多。其次，其鐵心和鐵軛結合面經過精加工、實現零間隙，其磁阻、勵磁電流和磁損自然就比較低，可以達到更高的節能效果。
[0050]從對稱性上比較，零間隙磁路平面型鐵心每個柱流到它柱都是相等的4個間隙，對稱性上比傳統變壓器優越，雖然AC間的磁路還是比較長，但至少從磁路間隙相等這一角度衡量，它的磁阻差值還是比傳統疊片型結構小，對稱程度稍高，平衡性較好。不可抹殺，這些優越改進的合理性來源于零間隙磁路，所以說，零間隙磁路是本發明結構的技術基礎。
[0051]但上述對平衡性有所改進的結構，畢竟還不是全對稱的磁路結構，只是零間隙磁路所帶來的一個積極效果。本發明所要披露的，是零間隙磁路又是怎樣產生一條通向全對稱的捷徑。為了更好引入這條捷徑，先以卷繞式R型三相變壓器為引子加以說明展開。
[0052]圖4為現有傳統立體R型三相變壓器整體磁路結構簡圖。圖中所看到的實體部分為鐵軛，虛線部分是鐵軛下面所遮蓋的鐵心。
[0053]圖5為現有傳統立體R型三相變壓器分體磁路圖。也就是說，立體R型三相變壓器的磁路是由三塊R型鐵心單元併合而成。
[0054]平面型的R型變壓器(即單相變壓器)磁路，相當于一個圓截面的方框形對稱結構，從寬度較小的卷帶到圓直徑寬的卷帶，再回復到寬度較小的卷帶，幾何圖形簡單直觀，卷繞的算法也很簡單。
[0055]但是，從圖5中可以發現，立體R型三相變壓器的磁路截面很不簡單，是三塊形狀尺寸完全相同的、帶有復雜立體形狀的半個圓截面的鐵芯。其單元鐵心是一個立體不對稱幾何截面結構的圖形，兩邊的垂直部分是兩個半圓截面的鐵心，半圓截面不在同一平面內，半圓平面之間的夾角為120。。上下兩鐵軛也應該是個斜的半圓，且其截面積與半個鐵心截面積相等。這樣的鐵心似應按圖6的卷繞方式制作，是很難設計和制作的。
[0056]圖6為現有傳統立體R型鐵芯繞制方向圖。繞制按垂直于鐵軛水平線的垂直方向設計，最內端為a，按30°角傾斜的半圓向最外端繞到z，并在上端形成平面而下端形成半圓，右半部為鐵心截面圖。
[0057]圖7為卷繞完工的立體R型鐵芯單元外形圖。圖7是以圖5左上角那塊磁體描繪的外形圖。反正這樣的磁體已經實實在在制造出來了。
[0058]也就是說，既然已有現成的立體R型三相變壓器實現了產業化，就可以參照該結構形狀，采用與其結構形狀相同的疊片結構來實現同一立體全對稱目標，這個立體疊片型磁路新結構的共同特征包括:
[0059]1、變壓器的三個鐵心呈三角形立體分布，相間鐵軛等距離；
[0060]2、磁路為全對稱型，各相和相間磁路結構相同；
[0061]3、鐵心與鐵軛均為疊片結構；
[0062]4、鐵心與鐵軛作為相互獨立的部件，分體制造、疊裝；
[0063]5、鐵心與鐵軛的磁結合面采取精加工，裝配后形成零間隙磁路結構。
[0064]根據圖5、圖6的R型三相變壓器磁體圖，如果采用本發明鐵心和鐵軛分開制造的方法，采用疊片結構分別制造鐵心和鐵軛，那就非常地簡單容易。即按圖4和圖5的現有立體R型變壓器的磁路結構，將磁路分解為鐵心和鐵軛二大部件，總共為9塊，即三個鐵心、6個鐵軛塊的思路去制作裁片，分別疊裝，最后組裝制造成為一臺立體全對稱三相變壓器。
[0065]圖8為本發明的立體疊片型變壓器的鐵心視圖。圖中，根據現有傳統圓截面鐵心的裁片方式，裁剪出長度相同、寬度不等的一組裁片，依照圓形的外形形狀疊制，采用水平疊裝方式疊裝。對于尺寸較小、燒度較高的裁片，甚至可以采用模板垂直疊裝。垂直疊裝時，裁片重力作用在安裝平臺上，校正挪移均十分方便，顯然這一工藝比現有的變壓器鐵心和鐵軛整體疊裝容易得多。
[0066]圖9為立體疊片型變壓器的矩形截面鐵軛視圖。上下各鐵軛也分成3段，共計6段單塊鐵軛的形狀尺寸完全一樣，也就是說，其特征是，每個鐵軛由3塊鐵軛單元併接而成。圖9中上半部分為頂視圖，可以看出圖例中的單塊由11種寬度相同、長度不同的疊片構成成為能聯接并覆蓋二個剛好為半圓鐵心的鐵軛。鐵軛必須全部覆蓋到圓弧面，以防止漏磁向空間發散，但在半圓的直徑處，超過半圓直徑的疊片，將與另半邊的鐵軛產生沖突，所以在疊制完成并固形后，必須切削加工去除多余部分成為半圓形。當然也可以在一邊對齊剛好形成半圓形，加工就可以僅在另一邊進行，省掉50%加工量。圖9的下部為鐵軛的側視圖。該分多少級，每個分級的寬度為多少，應視具體產品而定，分級越多，所疊成的半圓越精確，也可能不需要再加工切割。圖9所示鐵軛為矩形截面結構，截面積覆蓋半個鐵心，相當于鐵心截面積的一半或略多。
[0067]圖10為立體疊片型變壓器弧形截面鐵軛視圖。
[0068]由于在矩形截面結構的鐵軛中，每片軛疊片的寬度是相等的，而它們所處于鐵心半圓位置中的弦長是不等的，假設在圖示中將它們所處于半圓部分的弦長分別標示為bl-bll總共11檔，bll和bl最短而b4最長。假定由繞組電流在鐵心柱中的產生的磁流是均勻的，那么由鐵心傳導到鐵軛b4層中的磁流一定大于傳導到bll中的磁流，但是圖10中矩形等截面鐵軛結構中的包括bl到bll所有鐵軛疊片的寬度是相同的，磁阻相同，不同的磁流就會在鐵軛不同層疊片間產生磁勢差，在該磁勢差作用下，部分磁流會在疊片層間轉移而達到相對平衡，當然層間磁流轉移會產生額外的磁損。為此，必須采用圖10的弧形截面結構，采用不同長度和寬度的鐵軛裁片，使每片鐵軛裁片的寬度等于與其接觸的鐵心位置疊片在半圓中的弧長，這樣就可達到磁勢、磁流的自然平衡，消除層流，減小磁損，提高變壓器效率。圖10中的上部為鐵軛疊片俯視，下部為鐵軛的側視圖。
[0069]本發明的立體疊片型三相變壓器可以采用上下鐵軛都為弧形截面的結構，但是考慮到下軛不平的弧形會對總裝和今后安裝產生不利影響，所以也可以在上軛中采用弧形等截面結構，而下軛仍采用穩性較高的矩形等截面結構。考慮到圖9矩形鐵軛層流影響，可以適當放大鐵軛截面積。
[0070]圖11所不為鐵心置片與鐵輒置片方向關系圖。
[0071]為使每片鐵心疊片中的磁流均衡流入相鄰二塊鐵軛疊片中，鐵心與鐵軛疊片的疊片方向關系的原則為:使每片鐵心疊片都能與任一鐵軛疊片相連通，便于使鐵心每一疊片中產生的磁流很方便直接從一個相轉移到另一個相。如圖11所示的方向關系為:鐵心疊片層面與任兩相間鐵軛疊片層面保持60°角。
[0072]為減小磁阻、增加磁流流通，二片鐵軛之間、鐵軛與鐵心結合面之間均為零間隙磁路結構，三塊鐵軛保持低磁阻連接，使任一鐵心的磁流既可通過直連鐵軛進入一個鐵心相，也可越過第三相上的鐵軛進入該相的鐵心。
[0073]從上面所敘述的疊片型立體全對稱三相變壓器結構構思中可以看出，采用零間隙磁路的結構后，疊片型工藝同樣能實現R型變壓器的立體化，并不是非得采取卷繞型不可。從而，可以在傳統大型疊片結構的產業工藝基礎上，開創出大型、特大型變壓器的全對稱磁路、三相平衡的新結構思路的產品。
[0074]傳統的平面型疊片三相疊片相互鑲嵌，整體固緊力較強。而零間隙磁路結構的緊固力有所欠缺，所以，本發明變壓器的剛度尤其需要靠緊固結構的拉緊螺栓加強。
[0075]另一種加強變壓器牢固度的方法，是與增加結合面磁導的方法相結合的、采用帶有凹形圓槽的鐵軛。
[0076]圖12為帶有凹形圓槽鐵軛的局部結構縱剖圖。在經過固化處理的鐵軛上，在每個鐵心的安裝位置的結合面上切割出一個凹形的、底部為平面的圓槽(30)，槽的直徑略大于鐵心，相當于一個平面圓坑，坑底為鐵心和鐵軛的結合平面，并作精加工。圓槽(30)的深度可視結構需要選擇，最淺的可能剛刨去表面的不平層，最深的也就占鐵軛深度的1%左右(即鐵軛裁片寬度的1%)即已足夠，所以對鐵軛導磁性能影響甚微。但這樣一種沉入結構，通過粘接固化劑的粘著，更容易牢固地將鐵心固定在鐵軛上，填充在槽內的粘接固化劑中的導磁材料發散在槽中，也更容易減少磁阻和漏磁。同時，帶有凹形圓槽的鐵軛也可減少鐵軛的加工量，因為原來必須對整個鐵軛結合面平面精加工，現在只要對三鐵心圓位置上的局部小面積內的鐵軛作精加工處理即可，加工量將顯著減少。
[0077]圖13為帶有凹形圓槽鐵軛的鐵心局部橫剖圖。從橫剖圖可以看出，鐵心的截面圓尺寸應小于鐵軛上圓形凹槽的直徑(為方便觀察，圖中故意將凹槽直徑擴大)，在這樣一個細微的圓形環內剛好能容納固化膠和磁性顆粒。同時可以發現，帶有凹形圓槽的鐵軛的設計寬度必然大于鐵心寬度，才能蓋住鐵心、形成圓槽型小池，容納在槽內的粘接固化膠和磁性顆粒，不易溢出，可以更多地減少磁阻和漏磁。上下兩個鐵軛，寬度大于鐵心，恰如帽子和鞋子，蓋住三個立體鐵心，外形也比較美觀。但是，這樣的設計需增加一定的鐵軛成本，所以，是否采用凹形圓槽鐵軛，以及凹形圓槽鐵軛的設計深度、寬度，應根據具體產品的性價比權衡利弊，作出恰當判斷。
[0078]變壓器鐵心是經過綁扎、緊固和固化，經過與鐵軛接觸面的精加工和退火處理，然后套入繞組，成為鐵心繞組整體緊固的結構。安裝時也可將鐵心先安裝在下鐵軛上，然后再套入繞組。
[0079]圖14所示為鐵軛組裝結構示意圖。
[0080]鐵軛分為上鐵軛和下鐵軛，都各由三塊相間鐵軛構成。圖14中已將兩塊鐵軛固定安裝在夾件上。
[0081]與傳統變壓器相似，本發明的立體變壓器，也需要采用夾件和螺栓夾緊。以上鐵軛為例，三塊上鐵軛由上側夾件在安裝平臺上定位，上側夾件分別由內側夾件(32)和外側夾件(31)組成，內側夾件為一六面體角鐵結構，垂直臂上有若干孔以便穿越內外夾螺栓，內側夾件外墊上夾件絕緣板(33)，上鐵軛外覆蓋更長的夾件絕緣板(33)，絕緣板(33)外端安裝外側夾件，外側夾件可以采用角鐵，也可采用槽鋼。內外夾件垂直面上的孔，供夾緊螺栓穿越緊固，使三塊上鐵軛連接成為上鐵軛總成，夾緊螺栓如圖中的對稱線位置所示。外側夾件(31)的水平面上有若干個孔(311)，供連接上下鐵軛的拉緊螺栓穿越。螺栓與鐵軛、夾件間需作磁和電的隔離。
[0082]由于疊片型鐵軛是由三個單體所組成，必須將這些單體結合為上軛或下軛總成后，才能開凹形圓槽(30)。
[0083]下鐵軛的組裝方式與上鐵軛基本相同，唯一不同的是，下鐵軛內外夾件間的螺栓可能需要在鐵軛片中穿越，所以鐵軛疊片需要事先開孔。或者鐵軛疊片不開孔，螺栓孔開在底座中。
[0084]為了增加變壓器的牢固性，可以在總裝前，對鐵心和鐵軛的結合面先涂一薄層強力粘接固化劑，那么在安裝結束，粘接固化劑固化后，在緊固件和固化劑的共同作用下，變壓器結構得到加強。采用納米材料的粘接固化劑，性能效果更好。粘接固化劑應該具有合適的耐熱性能，防止變壓器運行過程中的發熱影響其粘接強度。加粘接固化劑有利于提高變壓器的結合強度，也有利于降低變壓器噪聲。
[0085]三塊鐵軛間也可采用強力粘接固化劑和磁粉混合材料填縫，一來增加整體剛度強度，二來減少鐵心磁力線在鐵軛臂間流通的磁阻。
[0086]在上下鐵軛夾件間也采用緊固螺栓栓緊。
[0087]經過疊裝和加工過程，有可能改變疊片中的磁疇結構，增加磁阻和磁損，因此可以根據需要在總裝前對鐵軛總成作退火處理。
[0088]鐵心和鐵軛結合面的精加工程度，將直接影響到結合面磁阻的大小，除了結合面磨得像鏡面一樣光滑外，不可否認，如果用顯微鏡觀察，仍會留下一定的不平整間隙，除非用成本很高的超精密加工，仍然可能發現有許多細微凹坑，凹坑會阻滯磁流，增加磁阻和鐵損。
[0089]為了更好地降低結合面的磁阻，可以在粘接固化劑中加入導磁性微粒，這些導磁微粒可能是無機導磁體，也可能是有機導磁體，特別是納米導磁體，性能更好，納米導磁體由于顆粒細小，只能在固化劑凝固前流入凹坑，不可能嵌在平面中增加間隙寬度。
[0090]零間隙磁路結構提出的原始目的，是減少變壓器磁路空氣間隙的磁阻，降低磁損，提高變壓器的效率，達到節能的目的。而該結構提出一年多時間后的技術進展表明，零間隙磁路結構更大的創新，是將鐵心和鐵軛分離操作所帶來的結構、工藝方法的創新潛力。例如，采用了零間隙磁路結構，就很容易制造出立體全對稱的疊片型三相變壓器，正如本發明所介紹的，都不再存在任何工藝難題或操作難度。
[0091]為了提高變壓器的效率，磁體所使用的硅鋼片，不論是鐵心和鐵軛，應盡可能采用磁損耗較小的取向性軟磁材料，在裁剪或沖剪取向性材料時，應注意材料的取向特性應與變壓器部件中的磁流方向一致。其原則是，從圖中看，在鐵心中，磁流是垂直方向流動的，而在鐵軛中，磁流是水平方向流動的。
[0092]所以，如果本發明的鐵心和鐵軛都采用取向性材料時，在磁流轉向時，會產生較大的晶間流動轉向損耗。在平面型變壓器中，可采用斜接縫，但零間隙磁路中不易采用斜接縫，為此，本發明的鐵心或鐵軛，兩者中應擇一采用非取向磁材。
[0093]另一個解決轉向損耗的辦法是在鐵心與鐵軛間加有一層磁流過渡層。如果在鐵心與鐵軛間增加一層由高導磁的納米粉劑組成的磁流過渡層，由于磁流過渡層為非取向磁材，其直徑可以與鐵心相同或稍大，先使其將鐵心流入的磁流擴散轉向，然后它與鐵軛的接觸面成向鐵軛延伸，使磁流更容易多角度滲透進鐵軛，減小磁流轉向損耗。適當擴大的凹形圓槽鐵軛，很適合安裝磁流過渡層，另外磁流過渡層也有利于半個鐵心圓心部分中的磁流向另半個圓心鐵軛的轉移。所以采用磁流過渡層后，鐵心和鐵軛就都可以采用取向性磁材。
[0094]本發明所用的磁性材料為鐵硅系合金、鐵鋁系合金、鐵硅鋁系合金、鎳鐵系合金、鐵鈷系合金、羰基鐵、軟磁鐵氧體、非晶態軟磁合金、超微晶軟磁合金、鐵基非晶合金、非晶納米晶合金軟磁復合材料。
[0095]對于特大型的變壓器，例如用于水電站或核電站的特大型變壓器，更需要三相平衡的立體全對稱的變壓器。由于以前產品的工藝特點，往往使體積重量特別大的變壓器制造后難以運輸到發電廠，所以常采用在現場建廠和組裝大型設備的施工方法。由于本發明能將變壓器磁體分成9大塊，制造成分體后，直接運輸到現場，通過吊運設備在現場組裝，排除了整體變壓器運輸的難題，所以在生產運輸效率和經濟性上，本發明的立體全對稱的變壓器，都將在生產和運輸上獲得更大的便利。
[0096]本發明變壓器的磁體制造工藝方法如下:
[0097]1、鐵心制造
[0098]本發明疊片型鐵心制造與通常變壓器的裁片、去毛、疊裝的工藝基本相同，不同的是，原來是三個芯柱和鐵軛一起疊裝，必須采用水平疊裝，而現在是三個獨立的鐵心柱可以分別疊裝，而且可以采用垂直疊裝的工藝，疊裝的難度大大降低。
[0099]2、繞組制造
[0100]工藝過程與現有傳統工藝相同，不作說明。
[0101]3、鐵軛制造
[0102]通過剪裁機得到幾種不同尺寸的鐵軛裁片，對矩形截面鐵軛，鐵軛裁片為同一寬度但不同長度的一組硅鋼片，可疊成矩形截面的鐵軛；如需要弧形截面的鐵軛，裁片為不同寬度和不同長度的一組硅鋼片。
[0103]由于鐵軛單獨疊裝，比傳統的鐵心和鐵軛共同疊裝簡單方便得多。傳統疊裝為水平疊裝，裁片為水平放置，層層疊疊，上面的壓著下面的，即使發現疊裝偏差，調整也難，重度偏差除了返工外并沒有其它合適手段加以糾正。本發明的疊裝則可能采用垂直疊裝，裁片的重力作用在平臺上，相互間不會壓著，只要將不同長度的裁片按序插入組裝平臺上的鐵軛組裝框內，框的尺度稍大于裁片寬度，所以插入非常容易，待全部裁片插入后，也可加以整理調整。然后將組裝框的垂直推板水平推進，逐步向裁片推擠，如發現裁片有不整齊疊放的情況，可以隨時松開調整，直至達到設計所需要的形狀，所以本發明的鐵軛疊裝可以達到比傳統疊裝更精密和致密的程度。
[0104]以上鐵軛為例，先將鐵軛塊綁扎、固緊待安裝，經過適當加工處理完畢，三塊鐵軛由上側夾件在部件安裝平臺上定位，上側夾件分別由內側夾件(32)和外側夾件(31)組成，在六角形內側夾件外圍對稱安放三塊夾件絕緣板(33)，在夾件絕緣板外圍安放三塊上鐵軛；在三塊上鐵軛外圍安放更長的三塊夾件絕緣板(33)，絕緣板外圍安放外側夾件。各部件排列整齊、測量定位后，在內、外夾件間用夾緊螺栓緊固成為上鐵軛總成。
[0105]采用相同工藝方法制作下鐵軛總成。
[0106]在鐵軛間灌注帶磁粉粘接固化劑。
[0107]最后，裁片緊密疊合成為一個兩頭為半圓形的立體等邊三角形體。
[0108]4、磁體結合面加工處理
[0109]零間隙磁路的特點，歸納起來就是，以磁路中的鐵心和鐵軛分別疊裝代替傳統工藝的共同疊裝，將可控的結合面精加工代替磁路間隙不可控的精密疊裝，所以鐵心和鐵軛的結合面精加工必須按照相應的平面尺寸精度和工藝要求，還有凹形圓槽的加工，都是本發明的特征性工藝，必須按照工藝規定嚴格執行。
[0110]經過加工磨平后的鐵心和鐵軛接合面，必須對接合面作絕緣處理增加接觸電阻，以降低感應環流的可能性。表面絕緣處理的方法是使鐵心和磁軛接觸表面金屬氧化、氮化或生成一薄層的絕緣介質覆蓋在硅鋼片加工面金屬上，使結合面的導磁性能少受甚至不受影響，而導電性受到遏制，從而限制了可能產生的渦流。
[0111]5、磁體退火
[0112]經過裁片、疊裝和加工的鐵心鐵軛，所受加工應力可能破壞磁疇晶粒結構，導致磁體磁損增加，為恢復比較理想的晶粒結構，需要對磁體作退火處理。
[0113]6、變壓器總裝
[0114]各部件加工、測量完成后，即可進行變壓器總裝。
[0115]總裝在變壓器總裝平臺上進行。
[0116]將下鐵軛總成平放在變壓器底座上，下鐵軛與鐵心的結合面朝上，在加工后的接觸平面或凹形圓槽內加注帶磁粉的粘接固化劑；
[0117]將鐵心等距離三角定位后，逐個安放在下鐵軛結合面上；
[0118]待粘接固化劑凝固后，將繞組裝入鐵心中并定位加固；
[0119]在鐵心上部結合面和鐵軛結合面各涂覆粘接固化劑，將上鐵軛總成的結合面朝下蓋在三個已裝入繞組的鐵心上，最后作安裝檢查、尺寸測量。
[0120]7、變壓器固緊
[0121]通過上下鐵軛外側夾件(31)上的小孔(311)，連接上下鐵軛的拉緊螺栓，螺栓與鐵軛、夾件間需作磁和電的隔離。
[0122]由于重力的作用，上鐵軛壓住鐵心，鐵心又壓住下鐵軛，所以結合面會很緊密，經過粘接固化劑和緊固螺栓拉緊，變壓器整體達到緊密牢固連接，也實現了零間隙磁路設計要求。
[0123]8、其它附件安裝
[0124]例如接線，散熱器、傳感器等輔助部件的安裝，以及測試等程序按常規工藝施工，本文不作區別敘述。
【主權項】
1.一種主要由繞組、鐵心和鐵軛三大部件組成的三相變壓器，其特征是，變壓器為立體全對稱型；磁路為疊片型結構；鐵心與鐵軛分體疊裝制造且二者結合面為零間隙磁路結構。2.根據權利要求1所述的立體三相變壓器，其特征是，變壓器的三個鐵心呈三角形立體分布，相間鐵軛等距離；鐵心與鐵軛的結合面為經過精加工的磁體平面。3.根據權利要求1或權利要求2所述的立體三相變壓器，其特征是，每個鐵軛由3塊鐵軛單元組成，由內外夾件和螺栓併接而成。4.根據權利要求1或權利要求2所述的立體三相變壓器，其特征是，鐵軛為矩形截面或弧形截面。5.根據權利要求1或權利要求2所述的立體三相變壓器，其特征是，鐵心疊片層面與任一相間鐵軛疊片層面保持60°角。6.根據權利要求1或權利要求2所述的三相立體變壓器，其特征是，每塊磁軛上有三個帶凹形圓槽的結合面構造。7.根據權利要求6所述的立體三相變壓器，其特征是，凹形圓槽內填充有粘接固化膠和磁性顆粒；磁性顆粒可以是普通粉料或納米磁粉。8.據權利要求1或權利要求2所述的立體三相變壓器，其特征是，鐵心或鐵軛，兩者中應擇一采用非取向磁材；或者兩者都采用非取向磁材，并在鐵心與鐵軛間加有一層磁流過渡層。9.根據權利要求1所述的立體三相變壓器的制造方法，其特征是，制造過程包括鐵心制造、繞組制造、鐵軛制造、磁體結合面加工處理、磁體退火、變壓器總裝、變壓器固緊和其它附件安裝諸步驟。10.根據權利要求9所述的立體三相變壓器的制造方法，其特征是，鐵軛和/或鐵心采用垂直疊裝。
【文檔編號】H01F27/245GK105990004SQ201510087529
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月25日
【發明人】於岳亮, 雷雪
【申請人】上海穩得新能源科技有限公司