變壓器鐵心材料的發(fā)展

1、變壓器鐵心材料的發(fā)展 變壓器鐵心材料的發(fā)展創(chuàng)建時(shí)間：2008-08-02 第一節(jié)鐵心用軟磁材料鐵心是電機(jī)、變壓器的重要部件。電機(jī)、變壓器鐵心對材料的基本要求是，在一定頻率及磁通密度下具有低的鐵心損耗，和在一定磁場強(qiáng)度下具有高的磁通密度。在電機(jī)、變壓器的發(fā)展過程中，曾經(jīng)采用和目前應(yīng)用的鐵心材料有：1.純鐵、軟鋼和無硅鋼；2.硅鋼片；3.鐵鎳合金（坡莫合金）；4.鐵鋁合金；5.非晶態(tài)合金；6.微晶合金。下面分別介紹這些材料的發(fā)展情況。純鐵、軟鋼及無硅鋼最早的電機(jī)鐵心是直棒形或馬碲形的純鐵棒。1837年，斯特金（，17831850）首先用純鐵絲制作電機(jī)鐵心。1870年，A.佩勒斯等人首先用軟鐵片制作

2、鐵心。1879年，愛迪生發(fā)明軟鋼片疊成的鐵心。最早的變壓器鐵心（感應(yīng)線圈鐵心）是用鐵棒做成的，后來又改用鐵絲制作鐵心。1885年，匈牙利崗茨工廠開始采用薄鐵帶作變壓器鐵心；1887年，崗茨工廠出現(xiàn)用軟鐵片疊成的變壓器鐵心。19世紀(jì)90年代及以后，用軟鐵片疊成的變壓器鐵心逐漸推廣。同時(shí)一些工廠用軟鋼片取代軟鐵片，制成變壓器鐵心。但是，在19世紀(jì)末及20世紀(jì)初，用軟鐵或軟鋼制造的鐵心存在三大問題。一是當(dāng)時(shí)薄鐵片（薄鋼片）的價(jià)格昂貴，制約了它的推廣；二是鐵心損耗大，發(fā)熱嚴(yán)重；三是“鐵心老化”問題曾使許多人傷透腦筋，人們發(fā)現(xiàn)，電機(jī)、變壓器運(yùn)行一段時(shí)間后，鐵心損耗

3、迅速增加，發(fā)熱更為嚴(yán)重，迫使人們有時(shí)不得不更換鐵心或整臺電機(jī)、變壓器，這一問題給當(dāng)時(shí)迅速發(fā)展的交流系統(tǒng)投下了巨大的陰影。針對“鐵心老化”問題，許多人進(jìn)行了大量的研究、試驗(yàn)工作，直到1895年才基本搞清了它的機(jī)理，知道影響鐵心老化的主要因素是運(yùn)行溫度。總之，由于軟鐵或軟鋼具有導(dǎo)磁性高，矯頑力低、價(jià)格低廉、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，因此在1900年硅鋼片發(fā)明前及20世紀(jì)初一段時(shí)間里，電機(jī)、變壓器鐵心多是采用熱軋低碳軟鋼片或電磁純鐵片沖制而成的。但是，軟鐵及軟鋼存在電阻率低、渦流損耗大，特別是“鐵心老化”嚴(yán)重等先天不足，因此在硅鋼

4、片實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)后，逐漸退出了大部分電機(jī)及變壓器鐵心領(lǐng)域。盡管如此，人類仍孜孜不倦地對軟鐵、軟鋼進(jìn)行改進(jìn)。特別是希奧弗（Cioffi）和因森（Yensen）研究發(fā)現(xiàn)，純鐵在高溫氫中進(jìn)行除雜質(zhì)處理后可以顯著改善磁性能，使純鐵的u0達(dá)到20000，um達(dá)到340000。1940年后許多國家又推廣真空冶煉法，改進(jìn)軋制和熱處理工藝、使軟鐵、軟鋼的性能有所改善，使它們在硅鋼片風(fēng)行全球的時(shí)候仍在某些小型電機(jī)變壓器鐵心中有所應(yīng)用。特別是從50年代末期開始，情況開始發(fā)生變化。美、日、蘇、英等從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)際用途考慮，采用新的冶煉、軋制退火工藝，又開始大力發(fā)展冷軋無硅低碳電工鋼片和電磁純鐵電工片。美國從50年代末

5、期開始用無硅電工鋼片取代一般的低硅鋼片，用于生產(chǎn)日用電器、分馬力電機(jī)和一部分小電機(jī)，1972年，美國無硅鋼片的用量已占電工鋼片總量的50%。蘇聯(lián)60年代后開發(fā)出O00O300牌號的無硅鋼片，推廣用于小型電機(jī)、電器中；英國無硅鋼片發(fā)展很快，80年代初的產(chǎn)量與硅鋼片持平；日本無硅鋼片使用較少，一些不太重要的產(chǎn)品則多采用低級硅鋼片。無硅電工鋼片具有價(jià)格低、沖制性能好、磁感高等優(yōu)點(diǎn)，其最明顯的缺點(diǎn)是損耗太高，從而大大限制了它的應(yīng)用場合，所在在70年代能源危機(jī)后，無硅鋼片的生產(chǎn)又逐漸回落。2硅鋼片1822年，著名瑞典化學(xué)家伯爾瑟利烏斯（，17781848）首先制取出了硅（Si）。1889年，英國人巴萊特

6、（）、布朗（）和哈德菲爾德（）開始研究各種二元系和三元系合金的磁性能和電氣性能。他們在研究中發(fā)現(xiàn)，在軟鋼中加入硅（Si），可以提高鋼的電阻系數(shù)，降低鋼的渦流及磁滯損耗，而且鋼片的衰老現(xiàn)象也有改善。1900年，他們在上發(fā)表文章，介紹了研究成果，引起人們注意。1903年，美國開始生產(chǎn)這種加有硅的鋼片，并稱它為“Stalloy”（硅鋼片）。同年，德國也開始生產(chǎn)硅鋼片。不久，法國、英國、意大利等也開始生產(chǎn)硅鋼片，蘇聯(lián)在1915年、日本在1924年開始生產(chǎn)硅鋼片。熱軋硅鋼片早期硅鋼片是熱軋硅鋼片，含硅量較低，一般Si含量為12%（B級），多用于電動機(jī)中。以后硅含量

7、增加，1929年日本開始生產(chǎn)變壓器用T級硅鋼片（Si含量4%）。由于早期生產(chǎn)工藝不成熟，硅鋼片的損耗較高。圖1為1932年熱軋硅鋼片的損耗-磁通密度（W-B）曲線。1954年，開始制造采用焊接工藝將硅鋼板焊成卷狀的硅鋼片，從而使連續(xù)加工成為可能。圖1 1932年熱軋硅鋼片的損耗（W）-磁通密度（B）曲線（B級含Si12%；T級含Si4%）1954年后，隨著冷軋硅鋼片的出現(xiàn)，熱軋硅鋼片產(chǎn)量逐漸降低。美國60年代停止熱軋硅鋼片生產(chǎn)，1967年日本停止生產(chǎn)熱軋硅鋼片，英國、法國也于70年代淘汰了熱軋硅鋼片。美國、英國、日本30、40年代熱軋硅鋼片的性能比較見表1。美國 Alieg-heny Arma

8、-ture Elect-rical Dynamo Super Dynamo Dynamo Special Transf "D" Transf "C" Transf "B" Transf "A" Transf "A-1" Transf "AA" Armco Arma-ture Electric Special Electric Interm-ediate Transf Trancor 2 Trancor 3 Trancor 4 Trancor 6 AISI M-43 M 36

9、M-27 M-22 M-19 M-17 M-15 M-14 鐵損 W10/50 W15/50 磁化特性 B25 B50 B100 15,400 16,300 17,330 15,300 14,300 15,120 16,200 15,050 15,850 14,750 15,650 14,450 15,150 16,600 14,450 15,150 16,600 14,000 14,780 15,600 固有電阻率 μΩcm 22 28 45 53 54 65 68 68 含硅量 % 日本 B C D T145 T135 T120 鐵損 W10/50 W15/50 磁化特性 B25 B50 B100 B300 14,800 15,800 16,900 19,200 14,700 15,700 16,700 19,000 14,400 15,400 16,400 18,700 13,900 14,900 15,900 18,200 13,900 14,900 15,900 18,200 13,900 14,900 15,900 1