变压器铁芯和线圈制造工艺优化方法

变压器铁芯和线圈制造工艺优化方法

李祖  何硕

保定天威集团特变电气有限公司   河北保定     071000

摘要：在激烈的市场竞争中，电力变压器制造商面临着巨大的竞争压力。企业的顾客要求比较分散，个别订货数量很少。在这样的外界条件下，生产企业迫切需要降低成本、提高效率，这给生产过程提出了新的课题。本文以电力系统中的核心元器件铁芯、线圈为研究对象，对其加工技术进行了研究。

关键词：制造工艺；变压器；生产制造

变压器产品从问世到现在，已经走过了上百年的历程。其基本原理是：通过绕组线圈绕组，使磁场内产生不同的电压，实现变压。在实际应用中，可将其划分为升压型和降压型两类。在电力系统中，一般都是采用升压式变压器，而用电端则是降压式变压器。在市场竞争中，各公司均面临着生产成本控制的压力。与此同时，在碳中和的大环境下，各个企业都面临着节能减排的迫切需求。

1.铁芯工艺问题分析与改进方案

1.1铁芯工艺问题分析

变压器生产应从铁芯工艺着手，铁芯是其无载损耗的主要因素。在铁芯生产过程中，有两大要点：一是铁芯堆的平整度，反映在铁芯变形上；二是芯片间的缝隙尺寸。铁芯加工过程中出现的问题主要由四个方面组成，具体如下。

（1）型芯落料孔问题。为便于铁芯柱的自动堆垛，在生产中需要对两个下料孔进行冲孔。落料孔尺寸对铁芯的充填率有很大的影响，落料孔较大，充填率较小，造成了较大的空载损耗。下料孔的精度对芯柱堆积的均匀性有直接的影响；下料孔边毛刺对铁芯柱的壁厚有直接的影响。

（2）对铁芯槽的毛刺进行超差处理，对铁芯槽的毛刺要严格控制。过大的毛刺会使铁芯层和芯层间产生空隙，进而影响芯柱的整体厚度。

（3）铁芯接头偏大，铁芯和硅钢片成45度角对焊。如果间隙过大，则会影响铁芯的磁路，使铁芯的磁损增大，从而使变压器的损耗增大。

（4）铁芯厚度问题，前三种情况均会对铁芯的叠厚产生影响，铁芯的厚度对铁芯的外部尺寸有很大的影响。叠厚超差会引起铁芯的超差，并对后续工艺的组装产生直接的影响。

此外，芯柱在加工时易发生受力扭曲变形。铁芯的扭转对其无载损耗有很大的影响。所以，如何抑制芯棒的扭转就成了铁芯加工中的一个重要环节。为了防止铁芯圆柱扭转，在生产前需对铁芯进行有效的紧固，防止铁芯在缠绕时发生错位。

1.2铁芯工艺改进方案

首先从减少铁芯空载损耗的角度出发，找到了造成铁芯空载损耗的三大因素，并有针对性地提出了相应的对策。

（1）落料孔偏大；落料孔是在铁芯上冲出的圆形孔洞，孔洞愈大，则无负荷损失愈大。在此基础上，对落料孔由12毫米减至8毫米进行了优化。铁芯的空载损耗得到了有效的减小。

（2）在铁芯中存在较大的剪切毛刺。为了保证设备的低成本、高效率运行，工艺部研制了一种国产刀具，在保证刀具质量不下降的同时，为企业节省了成本。

（3）铁芯间隙过大。通过减少过切量、研制新型更稳定的铁芯胶、制造新型导针等三个方面进行改善，可使铁芯接头明显减少。

2.线圈工艺问题分析与改进方案

2.1线圈工艺问题分析

在线圈制作过程中，对线圈加工过程失稳的原因进行剖析。影响卷制过程稳定性的原因有：首先，卷制过程中线圈尺寸不稳定，其原因是旧制模外轮廓采用硬纸板填充，使其外形形状不均匀，进而引起线圈内部外形不规则，进而引起线圈尺寸不稳定。根据线圈的制作方法，先将低压线圈绕制好，然后再将其缠绕到低压线圈上。在绕制高压线圈时，由于低压绕组不断随着转轴移动，极易造成低压绕组松弛，低压绕组头部偏斜。其次，传统的模具装配难度大，装配耗时较长。每台模具的装配需要大约0.5个小时的时间，这极大地降低了生产速度。传统的卷绕模采用两个固定半模，长轴为静止、不可调，为适应卷绕体长轴内径的改变，需在外廓上贴一层纸，以适应卷绕变形的要求，但贴合后的叠合纸板难以实现外形规整的长圆。

2.2线圈工艺改进方案

根据实际生产中遇到的问题，提出了相应的解决方案。特别是原模具存在的突出问题，进行了模具的改造。首先，透过变压器研究与开发部，制定出一套较小的线圈规格。在短轴方向上，仅有4种规格可供选择。也就是130毫米、140毫米、150毫米、160毫米。但在主轴上，根据不同的产品规格需要，需要有一定的变动，变动幅度见表1。

为了适应研发部对线圈大小的要求，原有的固定模已不能满足要求。为此，对线圈的大小进行了重新设计。特别是对线圈端面尺寸要求可调，这也是模具设计中的一个重点与难点。在重新进行模具设计时，充分考虑到了研发部对变压器的改造要求，首先将模具长度定为500毫米，以达到460毫米的线圈有效高度。在设计上对其进行了较大改进，使其符合线圈端面尺寸的要求。为了满足在短轴方向上的要求，还分别为130毫米、140毫米、150

毫米、160毫米等4个尺寸。在长轴方向，为满足卷绕体端面长轴可变的要求，采用创新的齿条啮合方式，通过改变齿条的啮合位置，实现对端面长轴尺寸的调控。通过以上创新的模具结构设计，达到了一套模具就能满足不同规格线圈尺寸的要求，从而大幅度减少了模具用量。

在重新设计模具的同时，对缠绕过程进行了技术上的改进。在原缠绕过程中，线圈缠绕完毕后，直接进行脱模。由于线圈一般由铜线缠绕而成，在缠绕时，铜线要一圈一圈地弯曲，从而在铜线内部形成一种预压力。线圈在脱模后由于预紧而产生变形。结果表明，随着时间的推移，线圈的长度逐渐增大，而在长度方向上逐渐减小。由于线圈的变形，使其难以组装，严重地降低了产品的质量，降低了生产效率。为解决卷绕件在脱模后的变形问题，将卷绕件与卷绕件一起送到烘房中进行加热。这种方法有两方面的优点：第一，可以消除金属丝内的预拉力，防止卷绕在脱模后发生变形。第二，在烘房内对线圈进行加热，将绝缘部件内的湿气蒸发掉，从而达到提前烘干的目的，从而改善了产品的性能。这个设计的不足之处也是显而易见的，那就是线圈要经常出入烘房，这就需要额外的工作时间。

结束语：

综上所述，通过以上措施，使线圈的稳定性得到了很好的解决。在对线圈进烘房进行加热的基础上，成功地解决了线圈在脱模过程中由于电线预紧而引起的线圈变形问题。采用自主研发的模具，较好地解决了线圈尺寸不稳、预装难度大、数量多、管理困难等难题。

参考文献

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