肖洪梅 蘇紅元 劉慈堃 劉慈增

[摘要]變壓器是電力系統(tǒng)當(dāng)中的關(guān)鍵設(shè)備，變壓器的節(jié)能情況是電力系統(tǒng)是否節(jié)能環(huán)保、節(jié)約能源的直接因素。變壓器鐵芯振動(dòng)是導(dǎo)致變壓器在運(yùn)行中產(chǎn)生磁損耗的主要原因，而磁損耗造成的能量損耗是相當(dāng)嚴(yán)重的。當(dāng)硅鋼片處于交變的磁場(chǎng)的時(shí)候硅鋼片的尺寸將隨著磁場(chǎng)的變化而伸縮，產(chǎn)生一個(gè)周期性的振動(dòng)，在周期性的振動(dòng)下硅鋼片就會(huì)產(chǎn)生鐵損，鐵損的越厲害周期性振動(dòng)就越厲害，周期性振動(dòng)越厲害就會(huì)導(dǎo)致變壓器的磁損耗產(chǎn)生越厲害。本文就電力變壓器的硅鋼片進(jìn)行激光處理工藝的實(shí)驗(yàn)研究，探究降低變壓器磁損耗的方法。

[關(guān)鍵詞]變壓器損耗；硅鋼片；激光處理

引言

近幾年我們國(guó)家非常重視節(jié)能環(huán)保，市場(chǎng)也在大力推廣節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。硅鋼片作為鐵芯材料的變壓器在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)噪聲增大，損耗增加等問(wèn)題，這樣就會(huì)造成能源浪費(fèi)，而減少硅鋼片的磁損就會(huì)減少變壓器損耗，就會(huì)降低能源消耗，因此如何處理硅鋼片改善損耗問(wèn)題成了我們研究的一個(gè)重點(diǎn)。

一、變壓器噪聲和硅鋼片的聯(lián)系

變壓器產(chǎn)生損耗的主要原因有硅鋼片磁致伸縮引起的鐵芯振動(dòng)、硅鋼片接縫處和疊片間的漏磁引起的鐵芯的振動(dòng)等等，磁致伸縮是鐵磁材料的基本物理效應(yīng)，當(dāng)硅鋼片處于外加的磁場(chǎng)的時(shí)候，硅鋼片的尺寸會(huì)伸長(zhǎng)，但是垂直外加磁場(chǎng)的尺寸要縮小，當(dāng)硅鋼片處于交變的磁場(chǎng)的時(shí)候硅鋼片的尺寸將隨著磁場(chǎng)的變化而伸縮，產(chǎn)生一個(gè)周期性的振動(dòng)，這是產(chǎn)生變壓器損耗的主要原因。近年來(lái)，隨著電力產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)和變壓器的低損耗高效節(jié)能的需求不斷上升，那么如何降低硅鋼片的鐵損值進(jìn)而降低變壓器的損耗是本行業(yè)一個(gè)重要的研究方向。其中利用激光對(duì)硅鋼片進(jìn)行處理從而降低其鐵損值是一個(gè)非常有效手段。我們理論分析了非耐熱型磁疇細(xì)化激光處理的理論基礎(chǔ)，然后分析耐熱型磁疇細(xì)化激光處理及取向硅鋼片表面引入線狀溝槽后對(duì)磁疇細(xì)化的效果。下面我們來(lái)介紹如何對(duì)電力變壓器的硅鋼片進(jìn)行激光處理工藝的實(shí)驗(yàn)研究。

二、對(duì)電力變壓器的硅鋼片進(jìn)行激光處理

在輸電配電的過(guò)程中，變壓器的鐵磁損耗造成的能量損耗非常的嚴(yán)重，最近幾年降低硅鋼片損耗的研究工作比較活躍，但是后來(lái)研究的方法都受到了各個(gè)工藝過(guò)程的限制，現(xiàn)在的趨勢(shì)是利用非金屬學(xué)的方法來(lái)改善磁損耗，以前研究發(fā)現(xiàn)在硅鋼片表面機(jī)械劃線和利用脈沖激光處理普通取向性的硅鋼片，但是激光的瞬時(shí)峰值功率和機(jī)械劃傷容易劃破硅鋼片的絕緣涂層，甚至產(chǎn)生變形，所以發(fā)展到現(xiàn)在正在采用連續(xù)激光處理硅鋼片，我們利用連續(xù)的二氧化碳激光處理硅鋼片，研究激光處理后磁疇結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律以及對(duì)磁損耗的影響。

2.1實(shí)驗(yàn)的方法

使用照射能量為幾個(gè)MJ的半寬脈沖或者連續(xù)激光束，用點(diǎn)狀或者線狀沿著與軋向垂直的方向大概五毫米的間距照射，加工的平臺(tái)可以在水平面內(nèi)做二維運(yùn)動(dòng)選擇不同的激光工藝參數(shù)對(duì)樣品激光處理，實(shí)驗(yàn)的激光變化功率為二百瓦到七百百瓦，掃描速度為每分鐘十毫米到每分鐘六百毫米，用0.3毫米的取向性硅鋼，激光掃描方向垂直于硅鋼片的軋向，分為四個(gè)實(shí)驗(yàn)組，用顯微鏡觀察，在不同激光工藝參數(shù)處理過(guò)的樣品上切下五毫米的圓片試樣，用155型的震動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)順軋向測(cè)磁滯回線，進(jìn)而計(jì)算磁損耗。

2.2實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

經(jīng)過(guò)低功率的激光處理后，磁疇明顯的細(xì)化了，增加激光功率密度時(shí)磁疇結(jié)構(gòu)的變化更大，在合適的激光功率密度下，磁疇結(jié)構(gòu)的間距減小，出現(xiàn)了亞磁疇結(jié)構(gòu)，同時(shí)測(cè)量另外三組經(jīng)過(guò)不同激光功率的掃描樣品的磁滯回線，與原始的硅鋼片相比較，沒(méi)有經(jīng)過(guò)激光處理的樣品磁滯回線包圍的面積設(shè)為百分之百，那么經(jīng)過(guò)激光處理后的損壞降低了百分之十左右。在激光劃線的時(shí)候，劃線區(qū)在瞬間發(fā)生膨脹，然后是冷卻收縮使得硅鋼片晶體向各異性的硅鋼片的磁化方向改變，使得磁疇方向發(fā)生傾斜，增加激光功率的密度以后，熱影響區(qū)的磁疇也發(fā)生了細(xì)化，在條件合適的工藝條件下面，處理區(qū)的亞磁疇節(jié)后的疇壁間距變小，大概是零點(diǎn)零三毫米，大約是原來(lái)的疇壁間距的五分之一，形成了新的尖形疇。形成了尖形疇之后，尖形疇會(huì)向外延伸和長(zhǎng)大，在延伸的過(guò)程中尖形疇受到了自身的相互作用和原來(lái)的疇壁的作用整齊的排列之后會(huì)形成一百八十度主疇壁，如果在原來(lái)的疇中形成了兩個(gè)尖形疇，那么原疇就會(huì)分成三份變成三個(gè)尖形疇形成五個(gè)新的疇壁，再加上激光的能量足夠大的話，尖形疇將會(huì)一直延伸到晶粒的邊緣并且在邊緣消失，如果激光的能量一直增大晶粒邊界的另一邊也會(huì)形成新的尖形疇。利用幾種不同的激光功率劃線處理的硅鋼片，發(fā)現(xiàn)磁滯損耗都有降低，最大的降低量達(dá)到了百分之二十七，說(shuō)明磁疇細(xì)化和亞疇結(jié)構(gòu)能夠使磁損降低，磁疇越細(xì)磁滯損耗越小，磁損耗減低的幅度和激光的工藝參數(shù)材料性質(zhì)密切相關(guān)。

三、總結(jié)

變壓器的損耗對(duì)電壓的變換和電能的分配有著至關(guān)重要的影響，對(duì)電力變壓器的硅鋼片進(jìn)行激光處理工藝的實(shí)驗(yàn)研究，在激光的作用下，硅鋼磁疇的細(xì)化、亞疇結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)、新磁疇和原磁疇的垂直一定會(huì)引起精細(xì)磁場(chǎng)的變化，研究這種精細(xì)磁場(chǎng)的變化，降低變壓器的損耗，對(duì)我們進(jìn)一步掌握硅鋼片磁性能的變化規(guī)律和設(shè)法降低磁損耗有重要的意義。

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