我国C形铁芯的现状与发展
Condition and Development of Type C Core in China

C形铁芯又称切割铁芯（cut core)，是电子变压器常用的一种铁芯形式。它采用冷轧取向硅钢带，经卷绕、切割而成。这种铁芯的磁感应强度高、磁导率高、铁损小，制成的电子变压器体积小、重量轻。C形铁芯广泛用于工频（50/60Hz）中高频（400Hz、1000Hz和1000Hz以上）变压器和扼流圈以及脉冲变压器中。
早在六十年代，我国已生产和使用C形铁芯，并在七十年代制定了相关标准。我国目前使用的C形铁芯标准见表1。

由表1可见，我国目前使用的C形铁芯的技术标准都是在70-80年代制订的，其电磁性能指标是建立在当时我国的材料和工艺技术水平上，很显然与目前的材料及工艺技术水平有着较大的差距。
国际电工委员会有关C形铁芯的标准制订于1966年，标准号为IEC329。该标准经1971年和1985年两次修订。在IEC329-1985中，共推荐了5种单相C形铁芯和3种三相C形铁芯系列。在此，就我国的单相C形铁芯标准与IEC329标准作一对比。
为了比较方便起见，我们将铁芯尺寸比系数x、y、z的定义如下：
x=c/α
y=b/α
z=h/α
上述公式中尺寸的符号见图1。而IEC329-1985标准中的铁芯尺寸符号见图2。

图1 C形铁芯外形及尺寸

图2 IEC329-1985标准中的铁芯外形及尺寸
1.尺寸比和占空系数
①IEC329-1985标准中的P系列为高频用C形铁芯，是一种小尺寸的铁芯系列，主要用于高频和脉冲变压器中。该系列来源于美国，采用厚0.025mm和0.05mm的冷轧硅钢带。我国无比系列。P系列共有6种尺寸的铁芯，基本尺寸α=1.2、2.8mm。尺寸比见表2。

②IE329-1985标准中其它4种铁芯系列为Q系列（来源于英国）、R系列、U系列和M系列（后3种系列均来源于联邦德国），除Q1.1和Q2.1外，这4种铁芯系列采用厚0.35mm、0.28mm、0.10mm、0.05mm、0.025mm的冷轧硅钢带。其尺寸比见表2。
③我国C形铁芯的尺寸比见表3

④比较表2和表3可见，我国C形铁芯尺寸与IEC标准的最大区别在于，除ED型外，基本是固定窗宽和柱厚（即固定钢带的宽度），变窗高；而IEC标准则是固定窗宽和窗高，变柱厚（即改变钢带的宽度），两者在尺寸上差距较大，难以通用互换。
⑤占空系数
我国C形铁芯标准中推荐的铁芯占空系数与IEC329标准推荐的铁心占空系数的比较见表4。由表4可见，我国C形铁芯标准所推荐的铁芯占空系数均小于IEC329标准的推荐值。

2.电磁性能对比
C形铁芯的电磁性能用在额定频率和额定磁感应强度下的最大铁芯损耗和激磁功率（或空载电流）来表示。在IEC329-1985中，铁芯损耗用比功率损耗表示；激磁功率用比无功功率表示。比功率损耗按下式计算

式中
——铁芯比功率损耗（W/kg);
——铁芯损耗（W）；
——铁芯重量（kg)。
其中，比无功功率按下式计算

式中
——总比无功功率（VA/kg）；
——铁芯的比无功功率（VA/kg）；
——气隙的比无功功率（VA/kg)。
铁芯的比无功功率按下式计算

当f=50Hz时，
式中
——铁芯额定磁感应强度（T）；
——在额定频率和额定磁感应强度下铁芯中的磁场强度（A/cm）；
f——电源频率（Hz）。
铁芯气隙的比无功功率按下式计算

当f=50Hz时

式中
δ——C形铁芯切割面的气隙长度（μm）；
——铁芯平均磁路长度（cm）。
参照以上公式，现将我国C形铁芯的电磁性能与IEC329标准的对比结果列于表5。该对比是在频率为50Hz，磁感应强度为1.7T，铁芯的标准气隙IEC为30μm我为为50μm条件下进行的。
由表5可见，无论在铁芯损耗和无功功率方面，我国标准均大大超过IEC标准值。
3.现状与差距
目前，我国C形铁芯电磁性能的实际水平已远优于SJ103-77和SJ1236-77的规定，但与IEC标准相比，还有差距。
①占空系数钢带毛刺是影响铁芯占空系数的主要因数。我国目前已有不少先进下料设备，因此，IEC标准所规定的占空系数值通过努力是能够达到的。但还有不少中、小企业加工设备简陋，检测设备不全，使铁芯性能不到规定水平。
②铁芯损耗 铁损与铁芯大小和切割面气隙长度无关，与铁芯的形状、频率、材料厚度及性能有关。目前大量使用的冷轧取向硅钢带35Q155材料，在频率50Hz、磁感应强度1.7T下的单位铁耗为1.55W/kg。因此，通过努力，C形铁芯的比功率损耗是能够达到IEC标准（不大于2.2W/kg)的。而且，高牌号硅钢带很多，更低损耗的铁芯也能做到。
③无功功率 C形铁芯的无功功率包括铁芯和气隙两部分。目前我们的主要差距在此。一是在热处理工艺上需要改进，以减小铁芯的无功功率，二是要改进切割装备和工艺，减小气隙长度，提高切割面质量，以降低气隙特别是小尺寸铁芯的气隙的无功功率。
4.几点看法
①修订C形铁芯标准是当务之急。首先在电磁性能指标上应采用IEC标准值。其次，可选择IEC标准中一个或几个系列作为新的尺寸系列使用；同时，积极参与IECTC51专委会的活动，以争取将XCD、XED和BCD型铁芯系列纳入IEC标准。
②改进铁芯加工工艺，特别是开发先进的加工设备，减小切割面气隙长度，研究切割面的加工方法，提高切割面的质量，以不断提高铁芯性能，降低成本，增强在国际市场的竞争力。
③C形铁芯的性能应包括尺寸及互换性、功率损耗、无功功率和噪声。其中，铁芯噪声的研究应提到议事日程上，应从铁芯噪声的产生、铁芯噪声的降低及铁芯噪声的量级等三方面开展工作。特别是如何减小中频段（400～4000Hz）铁芯（即薄带铁芯）的噪声是值得研究的课题。
④开发薄带C形铁芯，研究薄带C形铁芯的加工工艺，并制定相应的产品性能标准，扩大C形铁芯应用范围。
⑤与环形和R型铁芯相结合，形成完整的卷绕铁芯的生产、研究体系。
我国是C形铁芯生产和使用大国，在当前的大形势下，要努力把我国的C形铁芯产品水平提高到一个新的高度，以适应市场的需要，扩大在国际市场中的份额，在与国外产品竞争中立于不败之地。