摘要：  文章介绍三则非晶合金铁心变压器结构设计若干改进的例子。

关键字：  变压器，非晶合金

文章介绍三则非晶合金铁心变压器结构设计若干改进的例子。
一、非晶合金卷绕型铁心变压器通常是浸没在绝缘油中运作的。
非晶合金磁性材料在退火以后极脆，将铁心插入线圈时造成破碎而产生的非晶碎片常常会从线圈端平面进入线圈内部，使线圈的绝缘性能下降；同时，在运输途中的振动以及变压器工作时产生的冲击也会使铁心的端面开裂，其造成的细碎粉末会飞散到油中破坏线圈的绝缘性能。
原来的设计试用过树脂材料包覆除了卷绕铁心搭接部件以外的铁心端面，甚至整个铁心的端面以防止非晶合金材料开裂破碎产生的细粉进入油中。但是，这种方法将使非晶合金卷绕铁心产生局部应力而增大铁损，使磁性能变差。而且，即使用树脂包覆铁心端面，仍然存在线圈内侧附着的非晶合金碎片在运输过程中落入绝缘油中的可能性。
为了克服以上缺点，对非晶合金卷绕铁心变压器的结构设计进行了一系列改进：
(1)在圆筒状线圈的内表面贴上如图1中所示的第1种绝缘材料，同时在至少一侧端面上覆盖第2种绝缘材料，并且确保在非晶合金卷绕铁心插入线圈时，上述两种绝缘材料能够紧密地镶嵌在一起；
(2)把第2种绝缘材料捆扎在一起，包裹住组装好的非晶合金卷绕铁心的轭铁部位。
图1所示为改进设计的非晶合金卷绕铁心变压器的立体结构图。图中1代表非晶合金卷绕铁心变压器的主体结构，2是线圈，3是第2种绝缘材料，4是第一种绝缘材料，5是非晶合金卷绕铁心，7是铁心增强材料。线圈的内表面贴满了第一种绝缘材料（图中4），使非晶合金卷绕铁心5的柱脚与线圈2内表面之间相绝缘。
图2是把U字形非晶合金卷绕铁心5插入到一对线圈2时的组装工序示意图。从图2中可以看到，第二种绝缘材料3设置了配合部位3a、组装时线圈2的端面孔2a与该配合部位能够相互配合。首先，在线圈2的两端面分别水平地放置第二种绝缘材料3，把U字形的非晶合金卷绕铁心5的开放端面朝下插入线圈2内（图中①②）。其二，在保持插入状态的前提下将铁心整体翻转180°（图中③）。其三，将非晶合金卷绕铁心5的开放端搭接，形成闭环，最后，将平置的绝缘材料3捆扎、折叠，包住线圈2的上面的轭铁部位和下面的轭铁5a。
将结构与制造工序作了以上改进后，插入非晶合金卷绕铁心5时，除了端面孔2a外，线圈2的端面完全被绝缘材料3覆盖，这样可以防止非晶碎片粉末落到线圈内。组装的最后一道工序又用绝缘材料3包住非晶合金卷绕铁心5的上下轭铁部位5a的两个层压面，从而完全防止了非晶碎片落入绝缘油中。[#page#]
二、用非晶磁性合金薄带制作的变压器铁心大多数采用卷绕铁心结构，即上下的磁轭部分与左右的柱脚部分构成矩形的形状，并且至少在其中的一个柱脚上镶有线圈。为了便于安装线圈，铁心的磁轭部位与柱脚部位设置有结合部，打开该联接部位即可把铁心柱脚插在线圈的骨架内。在实际操作中，若联接部位设立在磁轭处，则采用平接（构成铁心的薄带两端不重叠）或搭接（薄带的两个端头部分重叠）的方式。若联接部位设在柱脚上，通常需要把左右的柱脚在中间切开，形成两个U字形状的半截铁心，然后把切割好的端面插入线圈骨架内对接起来，构成所谓的切割环形铁心。
图3是切割环形铁心的结构示意图。这种铁心具有上下磁轭部位1a、1b和左右柱脚部位1c、1d。将柱脚部位1c、1d从中间切开，分成两个半截的铁心1A、1B。1A和1B柱脚插入线圈2的骨架内对接起来。铁心1的外面设置有夹具3，其作用是将铁心的对接部位j固定。图中的4是使夹具3的两端拉紧的紧固件。用这种铁心制作的变压器，在夹具3的侧边部位3b与柱脚1c、1d之间存在着空气隙g。由于非晶磁性合金铁心容易产生磁致伸缩振动，所以，该类变压器工作时的激磁会引发较强烈的振动。这种振动又会导致夹具3侧边部位3b的共振，使得变压器出现很大的噪音。
以前，为了防止夹具3的振动，通常是把线圈卷绕在铁心柱脚上，并在安装好夹具3之后连同整个铁心浸没在清漆中，利用清漆的固化使夹具3固定在铁心1上。但是，有可能出现以下情况，当清漆的粘度高时，清漆将难以进入夹具3与铁心之间的缝隙g处，则不能产生预想的固定作用。而清漆的粘度低时，在清漆还没有硬化时，铁心已从中取出，待硬化后，清漆不能完全充满缝隙g，这样就难以抑制夹具3的振动。
对此，改进的方法是，在非晶铁心与固定铁心用的夹具之间之缝隙处放置减振介质——通常用预浸树脂玻璃布（以纸或布等为衬底浸泡半硬化状态的热固化树脂），以此把铁心与夹具接合在一起，这样可以起到防止夹具振动、降低噪音的作用。值得提醒的是，当缝隙g较大时，最好使用硬化前粘度高、呈现为糊状的树脂，如室温固化型RTTV硅橡胶。
三、采用非晶合金薄带制作三相三柱变压器铁心时，如果采用叠层结构，因其连接部位多，将使铁心损耗增大。如果像用硅钢带那样制作三相三柱卷绕铁心，则内外铁心需要单独制造、单独激磁退火。由于退火后的非晶合金材料非常脆，内外铁心组装在一起时很容易破损，这将产生很多碎片。此外，将铁心插到线圈中时，为了保证无偏差地一次插入成功，各铁心之间需要存在一定的间隙，这将使整个铁心的体积增大。还有，三相同时进行激磁退火，内外铁心中央产生的磁场被左右两侧电流产生的磁场抵消，使激磁退火难以实施。
一种整体结构的三相三柱非晶合金卷绕铁心较好地解决了以上问题。图4所示为这种卷绕铁心的截面示意图。图中表示：1、2是预先制作好的内铁心；5、6是矩形的芯铁，其上层压有非晶磁性合金薄带，并带有一对柱脚1a、2a，一对轭铁1b、2b以及由柱脚和轭铁围成的框架1c、2c。在每个内铁心的内侧卷绕有金属带3（为硅钢带或易变形的厚钢带或不锈钢带），产生保护非晶合金薄带的作用。同时，每个内铁心的外侧覆盖有非磁性材料4（最好使用不锈钢带）。在内铁心1、2的外面用层压非晶薄带的方法形成外铁心7（与内铁心的形状相同，也是矩形），它具有一对柱脚7a，一对轭铁7b和骨架7c，最里面卷绕有金属带8，最外面覆盖有金属带9，它们都起保护非晶带的作用，其材料与金属带3相同。
用夹具11、12、13和螺栓10把内外铁心固定成一体，然后进行激磁退火处理。退火后要取下夹具、螺栓和芯铁，再用保护材料17（牛皮纸、聚酯薄膜等）包住除了轭铁部位以外的内铁心和外铁心的端面，这样即可防止插入线圈时铁心被破损。
接下来，把外铁心7的一个柱脚和内铁心1的一个柱脚插在第一个线圈18A之内，外铁心7的另一个柱脚和内铁心2的一个柱脚插在第二个线圈18B内，相邻放置的内铁心1、2的另一个柱脚插在第三个线圈18c内。插好后，用与保护材料17相同的保护材料19包住带有结合部位的轭铁，如图5所示。
由于这种铁心结构的表面覆盖了保护材料17和19，即使非晶薄带出现破损，一般也不会散落到绝缘油中，这就提高了变压器的可靠性，同时减小了噪音。另外，由于内外铁心是同时插入线圈内的，铁心之间没有空隙，因此，线圈的插入口小，也减小了铁心的体积。