非叠片型铁心节能电抗器制造技术

非叠片型铁心电抗器，是中大型变压器制造领域中一项结构和工艺改进的多重技术，其中有以零间隙磁路以获得最低铁损和最低工时制造成本，而以卷铁心代替叠片铁心的技术，可以使圆形截面铁心和矩形截面铁轭获得最佳的工艺配合，降低铁心叠装成本，降低磁损，适合功率从几十瓩到几十万瓩级的心式或壳式电抗器制造，是电抗器领域中结构和工艺技术的重大创新。

【技术实现步骤摘要】
专利
本专利技术属于电学中的感应电抗器
，涉及铁心电抗器的磁路结构和制造方法，具体地说，是创建一种新结构新工艺的节能电抗器。
技术介绍
电抗器是一种重要的电气装置，狭义上通常指能提供感抗的器件。在电力系统、电力电子系统、电子电路中广泛应用，是一种不可缺少的电工器件和电子元件。作为一种电磁感应器件，为了得到更大的电感量，做得更紧凑，或为了使绕组磁通限制在一定空间内，常常需要在绕组内设置铁心，这就成了铁心电抗器。铁心电抗器的基本结构是电路(包括绕组和外电路)和磁路(包括铁芯和铁轭)的交链，以实现电能和磁能的相互转化。为减少磁能损耗，在工频范围，铁心通常由一片片薄硅钢片叠制而成，要将绕组放进磁路，除了流过直流电或有意增加漏抗防止磁路饱和的情况外，对于纯交流电流而言，希望磁路空气间隙越小越好，因为空气间隙虽然很小，但因空气的导磁率远低于铁磁物质，空气间隙会增加磁阻，降低电感量，为了补足电感量，势必增加绕组匝数，就会增加铜损耗；另外，在许多传统铁心电抗器中，为制造方便起见，铁心截面呈矩形，矩形绕组在相同截面积下的周长大于圆截面，因此铜损耗高于圆形绕组，也会增加铜损；而为了减少铜损，用不同宽度的叠片叠成圆形，工艺又特别复杂，叠制要求非常严格，不如铁轭的矩形截面截面叠片方便经济，使制造铁心电抗器的工时效率非常低。总之，现有铁心电抗器存在损耗大，工艺结构复杂，制造成本高，需要作重大结构改进。
技术实现思路
本专利技术的目的，是通过磁路结构改进，简化电抗器叠装工艺，降低制造成本；减小损耗，提高效率、实现电抗器结构和工艺的节能改进。本专利技术涉及电抗器的磁路结构的重大改进，叠片工艺的创新性简化。本专利技术的基础是采用了与现有传统电抗器有所不同的磁路结构和工艺路线，那就是零间隙磁路的电抗器新结构和新工艺技术。有关零间隙磁路结构技术和工艺，参见中国专利技术专利申请201310160702.1《零间隙磁路自封闭型变压器》，本专利技术是以该专利技术为基础，对电抗器结构和工艺所作的进一步技术改进。为了减小磁路间隙，传统电抗器必须靠精细的叠装工艺，尽管采用了最好的软磁材料，花了最高的工时成本，仍旧无法将磁路间隙铁损降到更低的水平，关键是无法控制的间隙，如能实现零间隙磁路化，启示着大型电抗器也同样可以从人工精细工艺叠装向零间隙磁路的改进。除了需要对结合面精加工处理，使铁心与铁轭结合面零间隙紧密配合外，如何以低成本使铁心降低铜损，使用圆形绕组的需要，既要结构简单
合理，又要施工简便易行，当然更重要的和最终结果，还是要达到电抗器的更高效节能和降低装配成本的两大目标。本专利技术是这样实现的，一种主要由绕组、铁心和铁轭三大部件组成的电抗器，其特征是，铁心为非叠片型圆形截面结构；铁轭为硅钢片叠合型矩形截面结构；铁心和铁轭分别制造或叠装。本专利技术的技术效果是明显的，首先，零间隙磁路的新结构可以有效减小电抗器磁路接缝间隙，减少磁阻，提高了电抗器的效率；其次，采用圆截面的铁心，相同截面积和相同匝数的绕组，圆截面绕组的导线长度最短，电阻最小，可以降低电抗器的铜损；而由于采用零间隙磁路结构，铁心与铁轭可能分体制造叠装，铁心也就可以采用非叠片型代替叠片叠装，从而大大降低变压器的制造难度和工时成本。附图说明图1、现有传统单相壳式电抗器磁路一层叠片的形状图。图2、现有传统三相心式电抗器磁路一层叠片的形状图。图3、本专利技术的零间隙磁路单相壳式节能电抗器的分体部件示意图。图4、零间隙磁路单相壳式节能电抗器的基本构件外形示意图。图5、大型单相壳式节能电抗器的I型铁轭叠片的形状图。图6、大型单相壳式节能电抗器的L型铁轭和C型铁轭叠片的形状图。图7、本专利技术的零间隙磁路三相心式节能电抗器的分体部件示意图。图8、零间隙磁路三相心式节能电抗器的基本构件外形示意图。图9、带有凹形圆槽铁轭的心式节能电抗器磁路局部纵剖图。图10、带有凹形圆槽铁轭的心式节能电抗器铁心横剖图。图11、卷铁心产生涡电流的原因分析图。图12、制造完成的卷铁心示意图。图13、现有商品卷料中硅钢带磁流取向与裁剪线关系示意图。图14、不同商品取向片材裁剪线与取向磁流取向关系图。具体实施方式电抗器是一种重要的电气装置，在电力系统中广泛地应用于限制工频过电压、消除发电机自励磁、限制操作过电压、线路容性充电功率、潜供电流抑制、限制短路电流等功能。电抗器作为无功补偿手段，在电力系统中也是不可缺少的。电抗器还是一种滤波器件，能滤除高次谐波，调整功率因数，降低电网电压畸变。本专利技术的电抗器是一种带有铁心的高效节能电抗器。电抗器增加铁心可增加电抗器电感量，降低体积和重量，有效降低铜损。本专利技术的电抗器磁路结构定义与传统电抗器不同，必须另作定义。在本专利技术书中：铁心(1)：仅指处于绕组中的软磁性器件。绕组(2)：指电抗器的电链，是电抗器交流电流进出的通道。铁轭(3)：指电抗器中使铁心中的磁流相互连通、完成回路的软磁性器件。磁路：指电抗器的磁链，是电抗器的整个磁体，包括铁心、铁轭的总称。在传统电抗器中：芯部：也称心部、心柱、芯柱，相当于本专利技术的铁心(1)。轭部：也称磁轭、铁轭，指电抗器中使铁心完成磁链的器件，包括上轭、下轭，可能还有旁轭，相当于本专利技术的铁轭(3)。铁芯：也称铁心，是指电抗器的磁链，包括电抗器芯部和轭部的整个磁体的总成，相当于本专利技术的磁路。绕组：也称线圈，与本专利技术的绕组(2)定义相同。采用重新定义，目的是为了清晰区别本专利技术结构概念上与现有技术的不同，防止混淆。本专利技术中的绕组(2)定义与传统电抗器相同，但铁心的名称与传统大相径庭，传统的铁芯指全部磁性器件，包括了芯部和轭部，因为传统电抗器的芯部和轭部是不可分割的整体。传统的电抗器，虽然由许多叠片叠装而成，但芯部与轭部连成共同磁路，不可分割，所以铁芯也成为电抗器芯部和轭部的总称。而本专利技术中铁心的定义仅指处于绕组中的磁性器件，相当于传统定义中的心部，之所以要重新定义，目的是在于完全不同的工艺结构路线，因为将传统定义中的铁芯拆分成为本定义中的铁心加上铁轭二大部件，就可以将原有传统电抗器的芯部和轭部合在一起的叠装过程，改进为本专利技术的铁心和铁轭分别叠装，从而将传统工艺操作中的难度，和质量上不能确保安装精度的二大弊端，都能通过本专利技术所述的零间隙磁路结构技术加以克服改进。所以本专利技术的电抗器工艺和结构，是属于开创性的专利技术创造，故必须以不同的结构定义以示区别。以广为使用中的叠装式电抗器而论，传统思路总认为将电抗器芯部和轭部连接在一起考虑，希望可以通过叠片上下层之间交错换位叠装相互弥补接缝间隙处的磁阻。但在具体实践中，这一观念既不可能大幅减少间隙磁阻，又造成叠装工艺的繁琐复杂、费工费时。借鉴传统变压器中出现的磁路变革趋势可以发现，为了减小变压器的空载损耗，小型单相变压器已从以磁路间隙无法控制的E形硅钢片叠装，演变到C型变压器的零间隙磁路，甚至于无间隙磁路的环型变压器和R型变压器，可以说大大减少了气隙磁阻，降低了空载损耗。变压器磁路的这种改进思路，也可为电抗器磁路的改进提供启迪，因为二者在磁路机制和结构上有共同性。但是也应看到，电抗器磁路与变压器磁路也有很大区别，虽然变压器希望能从有间隙到零间隙再到无间隙的磁路升级进化降低磁阻和铁损，但有些电抗器磁路并不希望间隙越小越好，例如串联型电抗器为防止过电流引起磁路饱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主要由绕组、铁心和铁轭三大部件组成的电抗器，其特征是，铁心为非叠片型结构；铁轭为硅钢片叠合型矩形截面结构；铁心和铁轭分别制造或叠装。

【技术特征摘要】
1.一种主要由绕组、铁心和铁轭三大部件组成的电抗器，其特征是，铁心为非叠片型结构；铁轭为硅钢片叠合型矩形截面结构；铁心和铁轭分别制造或叠装。2.根据权利要求1所述的节能电抗器，其特征是，磁路中的非叠片型铁心(1)是卷绕型或者填充型的圆截面独立分体部件；铁轭(3)是由硅钢叠片叠装的独立分体部件。3.根据权利要求1或权利要求2所述的节能电抗器，其特征是，变压器为壳式结构；铁轭为以下各类型中的一种或多种：O型铁轭、I型铁轭、L型铁轭或C型铁轭。4.根据权利要求1或权利要求2所述的节能电抗器的制造方法，其特征是，以铁心和铁轭的分别叠装代替磁路的共同叠装；以铁心和铁轭结合面的精加工代替磁路的精密定位叠装；对于需要留有一定空气隙的电抗器，可以省略铁心和铁轭的加工程序。5.根据权利要求4所述的节能电抗器的制造方法，其特征是，制造过程包括卷绕型铁心或填充型铁心制造、绕组制造、铁轭制造、结合面精加工、磁接触面绝缘处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：於岳亮，雷雪，
申请(专利权)人：上海稳得新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31