背景技术

传统的含有励磁铁芯的变压器等电力设备，其导磁铁芯芯柱均为多片硅钢片叠积而成，具体的截面形状如图1、图2、图3、图4和图5所示，图中硅钢片1 叠片方向有平叠式、立体式和渐开式之分。现有技术的励磁铁芯变压器等电力设备存在下述问题：

一、铁芯涡流损耗(负载损耗)大

由于导电体集肤效应和导磁体边衍化效应的存在，磁励铁芯在没有达到额定功率时其励磁特性就无法得以充分体现，励磁特性反应很弱，励磁线对铁芯柱的影响也非常小，传统的测试方法只加阻抗电压和短路额定电流根本无法测到变压器带负荷状态下的实际损耗；当设备带上额定负荷时，励磁特性才得以体现反应非常强烈。铁心柱作为一个带线圈独立的导磁体，在强大的励磁特性反应后所产生的磁励线穿过导磁铁芯的硅钢片平面(如图6所示)：当磁励线2穿过硅钢片平面时，磁励线衍射方向3与硅钢片平面的垂直度越高，造成的涡流损耗也就越大，该区域片中的涡流损耗骤增。经验证，变压器在长期满负荷运行状态下，导磁铁芯在边衍化效应的作用下与磁励线2相垂直区域内的硅钢片涡流损耗极大，该区域发热现象严重，形成该区域硅钢片铁芯发红及硅钢片表面绝缘炭化(铁芯发热炭化处4、41)，造成该区域的硅钢片片间短路，使得涡流损耗呈平方急剧增长。而靠近铁芯柱主级区域的硅钢片，由于与磁励线2平行很少有磁励线穿过硅钢片平面则连漆膜都完好无损。由此可见，当大量的磁励线穿过硅钢片平面时，高垂直度区域内的硅钢片将产生非常大的涡流损耗，导致硅钢片发热，甚至发红而烧毁变压器。

二、线圈局部温度过高加速线圈绝缘体老化

在额定负荷下铁芯柱磁衍化过程中，在边衍化作用下，整个导磁铁芯柱磁励线强弱不一致，导致线圈接受的感应电势不一致，造成线圈局部过热(如图11、图12所示)：发热点在线圈10自上而下成条状绝缘炭化现象(线圈发热炭化处 42)，此时尚有大量的漏磁衍化到附近的金属体上，如油箱箱壁，导致附近的金属体发热增加附加损耗，直至烧毁变压器线圈。

三、生产成本高材料利用率低。传统的变压器铁芯生产至今，由于受条件限制，不能检测到铁芯在额定负荷下励磁特性的实际状况，因此连原材料的改良方向也被误导了，业内一味的认为与硅钢片的厚度有关系，使得材料厂家以降低硅钢片厚度作为主攻目标，出现了超薄硅钢片。结果如何呢，在额定负荷的励磁特性下，由此带来的少量变化与材料生产成本相比根本无性价比而言，反而出现了因原材料过薄致使变压器电磁噪声增大、铁芯机械力严重下降和铁芯生产难度系数上升2－3倍等不良后果，也给专用设备厂家带来了苛刻的精度要求，使专业设备制造成本上升300％以上，给全球变压器及带励磁铁芯的电力设备生产企业增加了无法估量的经济资源损失。

另外，为降低传统变压器铁芯所谓的空载损耗，现有生产企业试图通过不断改进铁芯片型来达到目的，或由原来的几张硅钢片一叠改为单张交错积叠，或由原来的直接缝改为斜接缝，片型越改越多，而原材料的利用率却越改越低。例如目前市场上流行的非晶合金变压器，其铁芯只能挂在线圈上，致使其稳定性急剧下降；当满负荷运行时，电磁噪声达90分贝以上且不可控，由此引起的电磁振动超过200-300um以上。所以改良的产品根本上是方向性的错误，片型越多必然导致材料利用率低、结构复杂、组装困难、生产成本高，进而使可靠性下降、经济指标下降和先进性差(如图7所示:上下铁轭片6、9，以及铁芯柱7、71、72分别有不同硅钢片形8组成)。

四、铁芯柱机械力差易变形，设计绝缘距离难以保证。

传统的变压器励磁铁芯特别是大容量铁芯，硅钢片均在叠装平台16上平叠而成，平叠时，由于硅钢片的自重较为平整，当叠装平台16在外力作用下翻转铁芯，铁芯由平躺而起立时(如图9所示)，组成铁芯柱7(如图8所示)往往在翻转过程中，受自重作用而变形，使铁芯柱附加损耗增大而影响变压器的长期可靠运行。不但增加了装配难度，还使设计绝缘距离得不到保证。

铁芯成台后再进行线圈和铁芯的套装，如图10所示：此时必需把铁芯的上铁轭6的硅钢片，行业内叫上铁轭片，一张一张折出，劳动强度极高，目前还没有机械能够替代。然后再套装线圈10，线圈套装后又要将上铁轭片一张一张插入，小心对齐每张片，方能完整插入上铁轭6的硅钢片，难度可想而知，限制了产能的提升，劳动效率低下，严重制约了产业发展。