摘(zhai)要：變(bian)壓器是整個電(dian)網中重(zhong)要的(de)(de)(de)電(dian)力(li)設(she)備，變(bian)壓器的(de)(de)(de)本身效率非(fei)常(chang)的(de)(de)(de)高，但是由(you)于容(rong)量(liang)大、數量(liang)多的(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)導(dao)致(zhi)變(bian)壓器的(de)(de)(de)損耗也非(fei)常(chang)的(de)(de)(de)高，變(bian)壓器的(de)(de)(de)損耗主要來源于變(bian)壓器中的(de)(de)(de)鐵芯的(de)(de)(de)鐵損和繞組(zu)的(de)(de)(de)銅損，據統計全(quan)國變(bian)壓器的(de)(de)(de)總損耗大概(gai)占系統發電(dian)量(liang)的(de)(de)(de)百分之十左(zuo)右。
損耗每(mei)(mei)降低百分之一每(mei)(mei)年可以節約上百億的(de)(de)電(dian)(dian)量(liang)，所以采用低損耗的(de)(de)的(de)(de)鐵(tie)磁材料(liao)(liao)能(neng)夠降低變壓器的(de)(de)空載損耗，利用低損耗鐵(tie)芯材料(liao)(liao)的(de)(de)節能(neng)變電(dian)(dian)器是整個電(dian)(dian)力行(xing)業的(de)(de)發(fa)展(zhan)方向(xiang)。本文就淺析節能(neng)型變電(dian)(dian)器鐵(tie)芯材料(liao)(liao)激光切割，減(jian)少(shao)硅鋼片毛刺，注(zhu)塑加工降低損(sun)(sun)(sun)耗(hao)(hao)，從而(er)(er)達到降低鐵芯(xin)損(sun)(sun)(sun)耗(hao)(hao)，進而(er)(er)降低電力變壓(ya)器損(sun)(sun)(sun)耗(hao)(hao)工藝探究。
引言
變(bian)壓(ya)器中的硅鋼(gang)片(pian)的性(xing)能好壞不僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)是(shi)影響(xiang)到電(dian)能的損耗(hao)，還(huan)關(guan)系(xi)到電(dian)機和變(bian)壓(ya)器的性(xing)能、體積、重(zhong)(zhong)量和各(ge)(ge)種各(ge)(ge)樣的材(cai)料的節(jie)約(yue)，所以說硅鋼(gang)片(pian)的剪(jian)切工藝非常的重(zhong)(zhong)要，硅鋼(gang)片(pian)的剪(jian)切是(shi)利用激光(guang)切割(ge)的。
但是切割的(de)過程中產(chan)生硅(gui)(gui)鋼(gang)片的(de)毛刺會影響電(dian)磁的(de)特(te)性、電(dian)機輸出功率、發電(dian)機壽命，疊片的(de)時候毛刺會造成片間搭接短路引起漩(xuan)渦損耗的(de)增(zeng)加，我們要通過改(gai)善激光切割工藝，減(jian)少硅(gui)(gui)鋼(gang)片毛刺，降(jiang)低損耗。
一、變壓器鐵(tie)芯材料的發展
早期的變壓器鐵芯采用(yong)的是(shi)低碳(tan)鋼的材料，現在使(shi)用(yong)的硅鋼片(pian)有兩種(zhong)規格，一種(zhong)是(shi)零點(dian)三(san)五(wu)毫米硅鋼片(pian)和另一種(zhong)是(shi)零點(dian)五(wu)毫米硅鋼片(pian)，跟低碳(tan)鋼相比，硅鋼片(pian)的電阻幾乎不變。
只是將整塊的(de)(de)(de)鐵芯(xin)分割成(cheng)許多金屬薄(bo)片(pian)(pian)，并且薄(bo)片(pian)(pian)之間是絕緣(yuan)的(de)(de)(de)，這(zhe)樣就提(ti)高了磁(ci)性材料的(de)(de)(de)利用率(lv)，增加交流抗阻，降(jiang)低鐵芯(xin)的(de)(de)(de)渦流損耗。硅鋼片(pian)(pian)的(de)(de)(de)發展經(jing)歷了三(san)個階段，早期的(de)(de)(de)是熱(re)軋硅鋼片(pian)(pian)，它的(de)(de)(de)含硅量低，損耗高。
在二(er)十世紀四十年(nian)代左右(you)就出現了冷(leng)軋無(wu)取向硅(gui)鋼(gang)片，這種硅(gui)鋼(gang)片含硅(gui)量高，而且(qie)損耗(hao)低，一推出就得(de)到廣(guang)泛(fan)的應用，隨著研究(jiu)的不(bu)斷深入，科學(xue)界(jie)發(fa)現鐵(tie)的結晶方向容易(yi)磁化。
1934年美國采(cai)用冷軋(ya)和(he)高(gao)溫熱處理結(jie)合的(de)(de)(de)方法使(shi)(shi)得硅(gui)鋼(gang)片(pian)(pian)中(zhong)的(de)(de)(de)晶體沿著方向有(you)規(gui)律(lv)的(de)(de)(de)排序，使(shi)(shi)得它具有(you)優良的(de)(de)(de)磁性，并(bing)且逐步向工(gong)業化生產(chan)，雖然到目前為止硅(gui)鋼(gang)片(pian)(pian)的(de)(de)(de)鐵損(sun)較(jiao)大，鐵芯(xin)容易(yi)飽和(he)，但因(yin)為它的(de)(de)(de)生產(chan)工(gong)藝相對簡單(dan)，成本(ben)不高(gao)，所以現在硅(gui)鋼(gang)片(pian)(pian)仍然是電力(li)變壓器比較(jiao)常(chang)見的(de)(de)(de)鐵芯(xin)材料。
二、硅鋼片(pian)的剪切要(yao)求
發電(dian)機、變壓器、電(dian)動機上用的硅鋼片的毛(mao)刺(ci)對它的電(dian)磁(ci)性有影響，硅鋼片的毛(mao)刺(ci)會(hui)影響電(dian)磁(ci)的特(te)性、電(dian)機輸出功率、發電(dian)機壽命，疊片的時候毛(mao)刺(ci)會(hui)造成(cheng)片間搭(da)接短路(lu)引起漩渦損耗的增加。
同時要降(jiang)低疊片(pian)填充(chong)系(xi)數，所以(yi)要保證(zheng)剪(jian)(jian)切后的硅(gui)鋼(gang)片(pian)基本上沒(mei)有毛刺(ci)。硅(gui)鋼(gang)片(pian)經過沖(chong)壓剪(jian)(jian)裁會產生內應(ying)(ying)力，導(dao)致(zhi)晶粒變(bian)形磁(ci)導(dao)率(lv)下降(jiang)，比鐵損增加，所以(yi)要保證(zheng)消除內應(ying)(ying)力，保證(zheng)原有性。
硅(gui)鋼(gang)(gang)片在剪(jian)切(qie)的范圍內不允許帶有(you)(you)材料的表面有(you)(you)絕緣損(sun)傷，片料邊(bian)緣不能有(you)(you)損(sun)傷，因為會影(ying)響鐵芯的質量。剪(jian)切(qie)以后的硅(gui)鋼(gang)(gang)片必須(xu)沒有(you)(you)明顯的波浪，否則硅(gui)鋼(gang)(gang)片會嚴重變形，磁疇(chou)結構(gou)被破壞，損(sun)耗會增(zeng)加。
硅(gui)鋼(gang)下料(liao)工作(zuo)一(yi)般在機(ji)械(xie)壓(ya)力機(ji)上(shang)利(li)用沖(chong)(chong)壓(ya)磨(mo)具進行，硅(gui)鋼(gang)片(pian)的(de)沖(chong)(chong)壓(ya)磨(mo)具是有(you)凹(ao)凸磨(mo)具組成，安裝在沖(chong)(chong)壓(ya)機(ji)上(shang)，將硅(gui)片(pian)沖(chong)(chong)壓(ya)成電機(ji)或變壓(ya)器的(de)定子和轉(zhuan)子的(de)鐵芯(xin)片(pian)上(shang)，刃口部分要(yao)承受(shou)(shou)沖(chong)(chong)擊力、剪(jian)切力、彎曲力，同時(shi)又受(shou)(shou)到硅(gui)鋼(gang)片(pian)的(de)擠壓(ya)和摩擦(ca)，硅(gui)鋼(gang)片(pian)的(de)表面(mian)有(you)特殊涂料(liao)，這樣又加強(qiang)了(le)刃口的(de)摩擦(ca)和磨(mo)損，造成磨(mo)具制造間(jian)隙過(guo)大(da)，當磨(mo)具制造間(jian)隙過(guo)大(da)時(shi)。
在沖裁的(de)時候硅(gui)鋼片會受到擠(ji)壓產生變形，沖片的(de)邊沿就會形成(cheng)毛刺。硅(gui)鋼片的(de)沖模的(de)正常失(shi)效主要的(de)原因(yin)就是刃(ren)口的(de)磨損，而且(qie)磨具制造的(de)花費高(gao)，研制周期長(chang)，這就引起了一種新的(de)切(qie)(qie)割(ge)(ge)技術的(de)，那就是激光切(qie)(qie)割(ge)(ge)。
三(san)、激光(guang)切割
激光(guang)(guang)切割(ge)是一(yi)(yi)個熱作(zuo)用(yong)的過程，操作(zuo)的難易程度由材(cai)料(liao)的物理性能(neng)決(jue)定，與機械性能(neng)沒(mei)有直(zhi)接的聯系，激光(guang)(guang)切割(ge)是一(yi)(yi)種不用(yong)接觸的加(jia)工方法(fa)，沒(mei)有沖擊的加(jia)工過程，不存在(zai)刀具的磨損和(he)斷裂，材(cai)料(liao)受力變形等等問題。
激光切割(ge)硅(gui)鋼(gang)片技術(shu)可以簡化沖(chong)片的(de)步驟，減少生(sheng)產(chan)工(gong)序降低(di)生(sheng)產(chan)成本，容易實現生(sheng)產(chan)工(gong)程(cheng)的(de)自(zi)動化，能夠(gou)滿(man)足硅(gui)鋼(gang)片剪(jian)裁的(de)要求，增(zeng)加鐵芯(xin)的(de)有(you)效(xiao)導磁面積，減少渦流漏磁的(de)損失，改善性能，減少硅(gui)鋼(gang)片毛刺(ci)，降低(di)損耗，從而達到降低(di)鐵芯(xin)損耗，進而降低(di)電力(li)變(bian)壓器的(de)損耗。
但是(shi)利用激(ji)光(guang)切(qie)割還需(xu)要解決的問題是(shi)掛渣，硅的存在將會導致(zhi)切(qie)割速(su)度的降低和底(di)邊容(rong)易形(xing)成掛渣現象(xiang)，因此要考慮切(qie)割效(xiao)率(lv)和尺寸(cun)精度控制，下(xia)面我們(men)就硅鋼片(pian)進行激(ji)光(guang)切(qie)割工藝的實(shi)驗研(yan)究。
3.1實驗方法
激光切(qie)割(ge)硅(gui)鋼片工藝的(de)實(shi)施主(zhu)要目(mu)的(de)是解決掛渣問題，達到剪切(qie)工藝中產生毛刺的(de)問題，所以實(shi)驗(yan)針對熔渣形成的(de)原因進行設計(ji)。我(wo)們(men)根據硅(gui)鋼片的(de)特性(xing)，激光切(qie)割(ge)試驗(yan)用高壓供氣系統，氣體噴(pen)嘴的(de)壓強超過(guo)兩千(qian)五百千(qian)帕，氣流量超過(guo)每小時八十(shi)立(li)方(fang)米，實(shi)驗(yan)的(de)固定功率在三千(qian)瓦，分別用氧氣和(he)純度高的(de)氮氣輔(fu)助(zhu)切(qie)割(ge)，先固定輔(fu)助(zhu)切(qie)割(ge)氣體，分別改變(bian)切(qie)割(ge)速度和(he)輸出功率，用電子(zi)探針監(jian)測。
3.2實驗的結果
經過實驗發現，用(yong)(yong)氧氣輔(fu)助切割的(de)(de)(de)(de)時候無論(lun)采用(yong)(yong)什么樣的(de)(de)(de)(de)切割速(su)度(du)和輸出(chu)(chu)功率都會產生嚴重的(de)(de)(de)(de)掛渣(zha)，用(yong)(yong)高(gao)純度(du)氮(dan)氣輔(fu)助切割的(de)(de)(de)(de)時候，輸出(chu)(chu)功率相(xiang)對固(gu)定(ding)時，隨著(zhu)切割速(su)度(du)的(de)(de)(de)(de)提升(sheng)，能夠得到(dao)光(guang)(guang)滑沒(mei)有熔(rong)渣(zha)的(de)(de)(de)(de)切口，切割速(su)度(du)相(xiang)對固(gu)定(ding)時，隨著(zhu)激光(guang)(guang)輸出(chu)(chu)功率的(de)(de)(de)(de)增加(jia)，也能夠得到(dao)光(guang)(guang)滑沒(mei)有熔(rong)渣(zha)的(de)(de)(de)(de)切口。
3.3產生結果的原因(yin)
經過電子(zi)探針的(de)檢測之(zhi)后發現(xian)，熔(rong)渣(zha)的(de)成分主(zhu)要是(shi)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)和(he)(he)鐵(tie)硅(gui)(gui)氧(yang)化(hua)(hua)物，實驗(yan)能夠表明切割過程中的(de)硅(gui)(gui)元素(su)容易和(he)(he)氧(yang)氣化(hua)(hua)學(xue)作用下生成二(er)氧(yang)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)和(he)(he)鐵(tie)硅(gui)(gui)氧(yang)化(hua)(hua)物，二(er)氧(yang)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)的(de)密(mi)度比氧(yang)化(hua)(hua)鐵(tie)密(mi)度低就會在(zai)熔(rong)融(rong)區(qu)形成一個表面層。
熔(rong)融態的(de)(de)氧化物具有強大的(de)(de)粘滯系數形成熔(rong)渣(zha)之后不容易被切割氣體吹走，導致表面層嚴重(zhong)的(de)(de)掛渣(zha)，這樣硅鋼片的(de)(de)毛刺就(jiu)會增(zeng)(zeng)加，損(sun)耗增(zeng)(zeng)大，那么鐵芯的(de)(de)損(sun)耗就(jiu)會增(zeng)(zeng)大，電力變(bian)壓器的(de)(de)損(sun)耗增(zeng)(zeng)加，沒有起(qi)到節能的(de)(de)作用。
用高純度的(de)氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)復制切割硅鋼片的(de)時候，氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)能(neng)夠阻隔氧(yang)氣(qi)(qi)，這樣(yang)就(jiu)沒有(you)辦法生(sheng)成二(er)氧(yang)化硅，高純度的(de)氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)能(neng)夠吹(chui)走熔融態的(de)殘渣，就(jiu)能(neng)夠有(you)一(yi)個精(jing)細的(de)切口(kou)，不會有(you)掛渣形成。
但是因為用(yong)這個(ge)方(fang)法會使得高(gao)壓的氣體(ti)消耗(hao)量非(fei)常大(da)，氮(dan)氣的成本又非(fei)常高(gao)，生產成本就會增(zeng)加，所以應該采取其(qi)他(ta)的手段防(fang)止硅氧化(hua)物(wu)的形(xing)成，或(huo)者在形(xing)成硅氧化(hua)物(wu)之(zhi)后能夠吹(chui)走熔(rong)融態的硅氧化(hua)物(wu)。
這個實驗做完之后對它(ta)的(de)(de)尺寸進(jin)行(xing)檢測測量，尺寸的(de)(de)精度(du)完全滿足要求，所以(yi)說激光的(de)(de)切割精度(du)容(rong)易控(kong)制，減少(shao)了硅(gui)鋼(gang)片的(de)(de)毛刺，降低(di)了損(sun)耗(hao)，降低(di)了鐵芯(xin)的(de)(de)損(sun)耗(hao)，能夠使得變壓器(qi)更加的(de)(de)節能。
四、總結
就目前來說(shuo)，倡(chang)導節(jie)能環(huan)保(bao)產品(pin)，鼓勵節(jie)能技術的(de)(de)發(fa)展，變(bian)壓(ya)器的(de)(de)損耗主(zhu)要(yao)來源于變(bian)壓(ya)器中的(de)(de)鐵芯(xin)的(de)(de)鐵損和(he)繞(rao)組(zu)的(de)(de)銅損，電機和(he)變(bian)壓(ya)器的(de)(de)性能、體積、重量和(he)各種各樣的(de)(de)材料(liao)的(de)(de)節(jie)約都和(he)硅鋼片(pian)的(de)(de)切(qie)割(ge)有關(guan)。
我們(men)對(dui)電力(li)變壓(ya)器的(de)鐵芯材料硅鋼片進行激光(guang)切割工藝(yi)的(de)實驗研(yan)究，通過改善激光(guang)切割工藝(yi)，減少硅鋼片毛(mao)刺，降(jiang)低損(sun)耗(hao)(hao)，從而達(da)到降(jiang)低鐵芯損(sun)耗(hao)(hao)，進而降(jiang)低電力(li)變壓(ya)器的(de)損(sun)耗(hao)(hao)，符合節(jie)能降(jiang)耗(hao)(hao)的(de)政策(ce)。
使得變壓器(qi)更(geng)(geng)具有安全性(xing)(xing)、可靠性(xing)(xing)、經濟性(xing)(xing)等特點，能夠使得農村等經濟不(bu)發達(da)地區(qu)盡快進(jin)行節能降耗變壓器(qi)更(geng)(geng)新(xin)換(huan)代。
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