配電變壓器用鐵基非晶合金鐵心及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鐵基非晶合金鐵心及其制造方法，特別涉及一種配電變壓器用鐵 基非晶合金鐵心及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，鐵基非晶合金由于其優(yōu)異的軟磁性能，已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于配電變壓 器。一般地，利用鐵基非晶合金帶材制造變壓器鐵心的工藝流程包括：將連續(xù)的非晶帶材剪 切成預(yù)先計(jì)算的長(zhǎng)度并順序排列、將排列好的非晶帶材成形、將成形后的鐵心置于退火爐 中在保護(hù)氣氛下進(jìn)行縱向磁場(chǎng)退火、將鐵心端面涂覆保護(hù)材料。作為配電變壓器應(yīng)用的非 晶鐵心的磁性能指標(biāo)主要包括鐵損和激磁功率。
[0003] 在非晶鐵心生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鐵基非晶合金帶材制造成鐵心后，鐵心的磁性能總是 不如帶材的磁性能，或者說(shuō)，鐵心的磁性能總是相對(duì)于帶材磁性能有所惡化。習(xí)慣上，將鐵 心的磁性能指標(biāo)與鐵心所用非晶合金帶材的磁性能指標(biāo)之比稱為工藝系數(shù)。一般認(rèn)為，非 晶鐵心工藝系數(shù)的形成至少與在退火過(guò)程中鐵芯內(nèi)外存在溫差導(dǎo)致退火歷程不一致、鐵心 彎角處的彎曲應(yīng)力無(wú)法完全消除、鐵心搭接處產(chǎn)生漏磁等因素有關(guān)。利用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的 非晶鐵心的磁性能工藝系數(shù)一般在1. 5?2. 0之間。
[0004] 美國(guó)專利US4832763公開(kāi)了一種非晶鐵心的制造方法，其主要特點(diǎn)包括：為了減 小鐵心在退火過(guò)程中的內(nèi)外溫差，用絕熱材料包裹在鐵心的內(nèi)外四周，使得熱量只能通過(guò) 鐵心端面?zhèn)魅腓F心內(nèi)部。這種方法有效減小了鐵心內(nèi)外溫差，但同時(shí)帶來(lái)了鐵心升溫緩慢 的缺點(diǎn)，為此，該專利采用加大退火爐加熱功率的方法，以提高鐵心升溫速率、縮短退火總 時(shí)間，但這又使鐵心內(nèi)外溫差重新擴(kuò)大。
[0005] 中國(guó)發(fā)明專利CN200910056484. 0公開(kāi)了一種非晶合金鐵心熱處理方法與裝置， 其特點(diǎn)是：使用多個(gè)熱電偶同時(shí)監(jiān)視多個(gè)鐵心的實(shí)際溫度，并根據(jù)鐵心之間的溫差適當(dāng)調(diào) 整加熱功率，目的是減小多個(gè)鐵心之間的溫度差，以改善多個(gè)鐵心的磁性能一致性。但這 種方法未控制鐵心表面與內(nèi)部的溫差，可能導(dǎo)致鐵心內(nèi)外溫差過(guò)大而使鐵心局部過(guò)燒或欠 燒。
[0006] 中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN201180008356. 4公開(kāi)了一種非晶鐵心的退火方法。為了減 小鐵心在退火過(guò)程中的內(nèi)外溫差，該專利申請(qǐng)?jiān)阼F心的內(nèi)部插入某種加熱材料，從而實(shí)現(xiàn) 了對(duì)鐵心內(nèi)部加熱、減小了鐵心內(nèi)外溫差，而且可縮短退火總時(shí)間。但是，這種方法不僅使 退火工藝和設(shè)備更加復(fù)雜，而且因要在退火定型后將插入的加熱體抽出而使鐵心產(chǎn)生縫 隙。
[0007] 在非晶鐵心的實(shí)際生產(chǎn)中遇到的另一個(gè)比較普遍的問(wèn)題是：在夏季（尤其是高溫 高濕度天氣）對(duì)鐵心進(jìn)行退火后，鐵心的磁性能明顯惡化，幅度可達(dá)20%以上，進(jìn)一步增大 了鐵心的工藝參數(shù)，甚至產(chǎn)生廢品。雖然針對(duì)鐵心在夏季磁性能惡化的問(wèn)題進(jìn)行過(guò)很多工 作，但是至今尚未獲得很好的手段徹底解決該問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供一種配電變壓器用鐵基非晶合 金鐵心的制造方法。
[0009] 本發(fā)明的目的之二在于提供一種配電變壓器用鐵基非晶合金鐵心。
[0010] 本發(fā)明的目的之三在于提供一種配電變壓器。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0012] 一種配電變壓器用鐵基非晶合金鐵心的制造方法，包括選取帶材、帶材剪切、鐵心 成型以及鐵心退火工序，其中：
[0013] 在所述選取帶材工序中，用于制造同一鐵心的每層帶材的疊片系數(shù)與所有帶材疊 片系數(shù)的平均值之間存在如下關(guān)系：所有帶材疊片系數(shù)的平均值X85%<每層帶材的疊 片系數(shù)<所有帶材疊片系數(shù)的平均值X 115% ;用于制造同一鐵心的每層帶材的鐵損與所 有帶材鐵損的平均值之間存在如下關(guān)系：所有帶材鐵損的平均值X85%<每層帶材的鐵 損<所有帶材鐵損的平均值X 115% ;用于制造同一鐵心的每層帶材的激磁功率與所有帶 材激磁功率的平均值之間存在如下關(guān)系：所有帶材激磁功率的平均值X85%<每層帶材 的激磁功率<所有帶材激磁功率的平均值X 115% ;
[0014] 在所述鐵心退火工序中，將鐵心加熱到規(guī)定的退火溫度后進(jìn)行保溫一定時(shí)間，然 后冷卻出爐；在鐵心加熱升溫過(guò)程中，當(dāng)退火爐中爐氣溫度高于250°C時(shí)，控制鐵心橫截面 中間位置的溫度與鐵心表面溫度之差小于50°C ;在所述鐵心的整個(gè)退火過(guò)程中，控制退火 爐內(nèi)氣氛的絕對(duì)濕度小于15g/m3。
[0015] 在上述制造方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述選取帶材步驟中，用于制造同 一鐵心的每層帶材的疊片系數(shù)與所有帶材疊片系數(shù)的平均值之間存在如下關(guān)系：所有帶材 疊片系數(shù)的平均值X90%<每層帶材的疊片系數(shù)<所有帶材疊片系數(shù)的平均值XI10% ; 用于制造同一鐵心的每個(gè)帶材的鐵損與所有帶材鐵損的平均值之間存在如下關(guān)系：所有帶 材鐵損的平均值X90%<每層帶材的鐵損<所有帶材鐵損的平均值X 110% ;用于制造同 一鐵心的每個(gè)帶材的激磁功率與所有帶材激磁功率的平均值之間存在如下關(guān)系：所有帶材 激磁功率的平均值X90%<每層帶材的激磁功率<所有帶材激磁功率的平均值X 110%。
[0016] 在上述制造方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述規(guī)定的退火溫度為300-400°C， 保溫時(shí)間為〇. 5_5h。
[0017] 在上述制造方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述鐵心退火為縱向磁場(chǎng)退火。優(yōu) 選地，所述縱向磁場(chǎng)的方式為將一根載流銅排從鐵心窗口內(nèi)部穿過(guò)，所述銅排所通電流為 800 ?2000A。
[0018] 在上述制造方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述鐵心退火工序中，所述鐵心加 熱升溫的方式為連續(xù)升溫，所述連續(xù)升溫為非恒定速率升溫，當(dāng)鐵心橫截面中間位置的溫 度與鐵心表面溫度之差高于45°C時(shí)，所述退火爐的加熱功率自動(dòng)降低，從而降低升溫速率 以減少鐵心橫截面中間位置的溫度與鐵心表面溫度的差值。更優(yōu)選地，所述連續(xù)升溫的速 度控制在0. 1?5°C /min。
[0019] 在上述制造方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述鐵心退火工序中，所述鐵心加 熱升溫的方式為間歇式升溫，在第一次升溫的過(guò)程中，當(dāng)鐵心橫截面中間位置的溫度與鐵 心表面溫度之差高于45°c時(shí)停止第一次升溫并進(jìn)行第一次保溫，待鐵心橫截面中間位置 的溫度與鐵心表面溫度之差小于30°C后再進(jìn)行第二次升溫，當(dāng)鐵心橫截面中間位置的溫 度與鐵心表面溫度之差高于45°C時(shí)停止第二次升溫并進(jìn)行第二次保溫，經(jīng)過(guò)N次升溫保 溫后將鐵心的溫度加熱至規(guī)定的退火溫度。更優(yōu)選地，所述第N次升溫后的保溫時(shí)間為 20-120min ;N的取值范圍為2?10。
[0020] 在上述制造方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述鐵心退火工序中，通過(guò)向所述 退火爐內(nèi)通入干燥氣體或?qū)t內(nèi)氣體循環(huán)干燥來(lái)控制退火爐內(nèi)的絕對(duì)濕度小于15g/m 3。更 優(yōu)選地，在對(duì)所述鐵心加熱升溫之前向所述退火爐中預(yù)通干燥氣體直到退火爐內(nèi)的絕對(duì)濕 度小于15g/m 3,預(yù)通流量為10-100m3/h ;在對(duì)所述鐵心加熱后干燥氣體的流量為2-50m3/h ; 所述絕對(duì)濕度更優(yōu)選小于15g/m3。
[0021] 在上述制造方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述干燥氣體優(yōu)選為干燥空氣。
[0022] 在上述制造方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述鐵心退火工序中，所述冷卻出 爐是指以1?10°c /min的冷卻速率冷卻至200°C以下出爐。
[0023] 一種由上述制造方法制造的配電變壓器用鐵基非晶合金鐵心，所述鐵心的鐵損工 藝系數(shù)為1. 2?1. 4,激磁功率工藝系數(shù)為1. 3?1. 7,并且所述鐵心在頻率50Hz、磁感峰值 1. 35T條件下的鐵損在0. 15W/kg以下，激磁功率在0. 35VA/kg以下。
[0024] 一種配電變壓器，包含上述配電變壓器用鐵基非晶合金鐵心。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明通過(guò)控制原料帶材的磁性能 保證一致性、控制鐵心內(nèi)外溫度均勻性、控制爐氣絕對(duì)濕度等工藝，大幅度降低了鐵心的鐵 損和激磁功率的工藝系數(shù)，本發(fā)明方法制備的鐵心的鐵損工藝系數(shù)降低到1. 2?1. 4,激磁 功率工藝系數(shù)降低到1. 3?1. 7,并且鐵心在頻率50Hz、磁感峰值1. 35T條件下的鐵損在 0. 15W/kg以下，激磁功率在0. 35VA/kg以下。本發(fā)明的鐵心可用于配電變壓器。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是非晶帶材原始磁性能偏差與所制造鐵心磁性能工藝系數(shù)的關(guān)系；
[0027] 圖2是鐵心退火過(guò)程中的內(nèi)外最大溫差與鐵心磁性能工藝系數(shù)的關(guān)系；
[0028] 圖3是鐵心退火過(guò)程中控制鐵心內(nèi)外溫