一种变压器铁心叠片冲孔计算方法

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，特别是涉及一种变压器铁心叠片冲孔计算方法。

背景技术

变压器铁心打叠完成后需要进行线圈组套装，现有的技术通常是将铁心的上铁轭拆除，即“拔铁”。将线圈组套在心柱或旁柱后再将上铁轭叠片逐片插回，即“插铁”。“拔铁”和“插铁”的过程不仅耗费人力和工时，降低生产效率，增加生产成本，且在过程中容易造成硅钢片弯折或损伤，进而增加铁心的空载损耗，因此对变压器铁心最好采用不打叠上铁轭的生产方式。而对于框式铁心，由于其步进方式和片形不同于柱式铁心，不叠上铁轭时下铁轭片与心柱、旁柱片之间没有相互约束性，致使打叠时心柱片与旁柱片定位困难，可能造成心柱片或旁柱片歪斜、打叠尺寸有误差等问题，因而需要一定的辅助定位方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种变压器铁心叠片冲孔计算方法，取消上铁轭的冲孔，在框式铁心的心柱片和旁柱片靠近上铁轭的一端的同一水平高度上各增加一个冲孔，该冲孔用于对心柱片和旁柱片进行定位，防止心柱片和旁柱片歪斜、错位，且在实际生产中，必须要得到每个冲孔的具体位置，才能在硅钢片裁剪时精确地进行冲孔。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种变压器铁心叠片冲孔计算方法，在框式铁心不打叠上铁轭时，在心柱片和旁柱片靠近上铁轭的一端的同一水平高度上各增加一个冲孔，并取消上铁轭的冲孔，结合已知数据计算出每一级心柱片和旁柱片上冲孔的具体位置，其中心柱片包括左心柱片和右心柱片，旁柱片包括左旁柱片和右旁柱片。框式铁心不打叠上铁轭时心柱片与旁柱片的冲孔计算方法包括以下步骤：

S1，收集计算冲孔位置所需要的已知数据：铁心窗高H

S2，确定冲孔中心到上铁轭主级上边缘的垂直距离D和冲孔数量k，D的取值范围为300mm-600mm，k的计算公式为：

k＝2m+2 (1)，

其中，m是心柱数量；

S3，计算冲孔中心到窗高中心线的垂直距离H，H的计算公式为：

H＝H

S4，计算各个冲孔的具体位置，为方便定位，将各级的孔冲在末级叠片的中心线上，冲孔位置用冲孔中心到梯形片中位线端点的垂直距离L以及各级中心线与末级中心线的偏移距离w联合表示，L包括冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L+和冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L-，w包括心柱各级中心线与末级中心线的偏移距离w

其中，S4包括：

S41，L+在靠近上铁轭一端时，计算方法是上铁轭主级下边缘到窗高中心线的距离减去冲孔中心到窗高中心线的距离H，加上片形宽度的一半以及轭内级差的累加和，此时L-在靠近下铁轭一端，计算方法是窗高加上片形宽度以及两倍的轭内级差累加和，叠加由于步进结构产生的接缝的高度，再减去L+；L+在靠近下铁轭一端时，相应的L-在靠近上铁轭一端，此时应先计算L-，计算方法是上铁轭主级下边缘到窗高中心线的距离减去冲孔中心到窗高中心线的距离H，加上片形宽度的一半以及轭内级差的累加和，再叠加由于步进结构产生的接缝的高度，L+的计算方法是窗高加上片形宽度以及两倍的轭内级差累加和，叠加由于步进结构产生的接缝的高度，再减去L-；

S42，消除上下铁轭、旁柱末两级合级时的影响，对S41中的计算方法进行修正，针对心柱片，L+在靠近上铁轭一端时，在L+中叠加旁柱片形宽度与心柱片形宽度的差值，在L-中叠加旁柱片形宽度与心柱片形宽度差值的两倍；L+在靠近下铁轭一端时，在L-中叠加旁柱片形宽度与心柱片形宽度的差值，在L+中叠加旁柱片形宽度与心柱片形宽度差值的两倍；

S43，心柱片在框式油道一侧对齐，w

具体的，S4中第i级左心柱片第q叠冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L

第i级左心柱片第q叠冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L

第i级右心柱片第q叠冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L

第i级右心柱片第q叠冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L

第i级左旁柱片第q叠冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L

第i级左旁柱片第q叠冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L

第i级右旁柱片第q叠冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L

第i级右旁柱片第q叠冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L

在公式(3)至公式(10)中，i＝1,2,...,x,q＝1,2,...,n；

第i级心柱片中心线与末级中心线的偏移距离w

w

其中，B

第i级旁柱片中心线与末级中心线的偏移距离w

在公式(11)至公式(12)中，i＝1,2,...,x。

进一步的，公式(3)至公式(10)中L的计算方法适用于逆时针步进方向，当步进方向为顺时针时，按照步进方向和步进量对各公式进行修正。

进一步的，w的计算结果为正值时，以梯形片的中位线为分界线，冲孔在梯形片的短边侧，w为负值时，冲孔在梯形片的长边侧。

进一步的，旁柱片需要拼接时，在拼接的旁柱片上冲定位孔，拼接片上的冲孔计算方法包括以下步骤：

A1，确定旁柱片需要拼接的级数y，并收集计算拼接片上的冲孔位置所需要的已知数据：铁心窗高H

A2，确定拼接片的片形宽度，通常对旁柱片进行两片拼接，旁柱外侧片宽度为B

A3，确定冲孔中心到上铁轭主级上边缘的垂直距离D和到窗高中心线的垂直距离H，D的取值范围为300mm-600mm，H的计算公式为：

H＝H

A4，计算各冲孔的具体位置，为方便生产人员操作，将拼接片上的冲孔冲在旁柱外侧片即宽度为B

具体的，A4中第i级左旁柱外侧拼接片第q叠冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L

第i级左旁柱外侧拼接片第q叠冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L

第i级右旁柱外侧拼接片第q叠冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L

第i级右旁柱外侧拼接片第q叠冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L

在公式(14)至公式(17)中，i＝1,2,...,y,q＝1,2,...,n；

第i级旁柱外侧片中心线与宽度最小级中心线的偏移距离w

w

在公式(18)中，i＝1,2,...,y，B

进一步的，公式(14)至公式(17)中L

进一步的，w

进一步的，所述冲孔的直径可以为6mm、8mm、10mm、16mm、20mm、24mm等。

本发明的有益技术效果：本发明提供一种变压器铁心叠片冲孔计算方法，在框式铁心不打叠上铁轭时取消上铁轭的冲孔，在心柱片和旁柱片靠近上铁轭的一端各增加一个冲孔，并充分考虑旁柱片需要拼接的情况，生产时将定位销插入孔中作为各级叠片的辅助定位，防止心柱片和旁柱片歪斜、错位，工艺简单易实现，不需要复杂工装和定位装置，即可提高生产效率，减少所用工时。

增加本发明所述冲孔后，变压器铁心的制作工艺也发生改变，变更后的工艺为：首先将旁柱片、心柱片和下铁轭叠片形成一U形框架，然后将线圈套在U形框架内，最后将上铁轭叠片插在原上铁轭所在位置。变更后的工艺省去了“拔铁”的过程，减少人力和工时的消耗，同时避免“拔铁”过程中对硅钢片的弯折或损坏，降低铁心的空载损耗。

变更后的工艺难点在于，框式铁心的心柱片、旁柱片与下铁轭不具有相互约束性，打叠时心柱片与旁柱片定位困难，可能造成心柱片或旁柱片歪斜、打叠尺寸有误差等问题，同时带来冲孔位置如何确定、具体位置如何计算、如何精确冲孔的难题。因此本发明提出一种新的冲孔计算方法，在有效防止心柱片和旁柱片歪斜、错位的同时，为冲孔位置的精确计算提供了理论依据，具有较强的实用价值。

本方法充分考虑了铁心截面设计时的特殊情况，并对公式进行了相应的修正，在公式(3)至公式(6)中叠加了旁柱与心柱片形宽度的差值，消除了旁柱末级合级带来的尺寸上的影响，使该方法具有更强的通用性和普适性。本方法已应用于多台变压器的实际生产，取得了良好的应用效果。

附图说明

图1为实施例1中铁心结构及冲孔的局部示意图；

图2为实施例1中心柱与旁柱冲孔位置的A-A向视图；

图3为实施例1中心柱片与旁柱片冲孔位置示意图；

图4为实施例2中需要拼接的旁柱片的冲孔位置示意图；

附图标记说明：1、旁柱片；2、心柱片；3、上铁轭；4、冲孔；5、下铁轭；6、左旁柱片；7、左心柱片；8、右心柱片；9、右旁柱片；10、需要拼接的左旁柱片；11、左旁柱外侧片；12、右旁柱外侧片；13、需要拼接的右旁柱片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

参照图1-图4，一种变压器铁心叠片冲孔计算方法，在框式铁心不打叠上铁轭时，在心柱片和旁柱片靠近上铁轭的一端的同一水平高度上各增加一个冲孔，并取消上铁轭的冲孔，结合已知数据计算出每一级心柱片和旁柱片上冲孔的具体位置，本方法包括框式铁心不打叠上铁轭3时心柱片2与旁柱片1的冲孔4计算方法和旁柱片需要拼接时拼接片上的冲孔计算方法。心柱片2包括左心柱片7和右心柱片8，旁柱片1包括左旁柱片6和右旁柱片9。

实施例1

本实施例以一台四框五柱式的铁心为例对框式铁心不打叠上铁轭时心柱片与旁柱片的冲孔方法进行描述，具体包括以下步骤：

1.收集计算冲孔位置所需要的已知数据：铁心窗高H

表1已知数据(单位mm)

2.确定冲孔中心到上铁轭主级上边缘的垂直距离D和冲孔数量k。为方便生产人员将定位销插入冲孔中，D的取值范围为300mm-600mm。冲孔数量的计算公式为：

k＝2m+2 (1)，

其中，m是心柱数量。

在此实施例中，经多台产品实际生产验证，D的常用取值为400mm。四框五柱式铁心有3个心柱，因此m＝3，k＝2×3+2＝8。

3.计算冲孔中心到窗高中心线的垂直距离H，H的计算公式为：

H＝H

在此实施例中，H＝2220÷2+575-400＝1285(mm)。

4.计算各个冲孔的具体位置。为方便定位，将各级的孔冲在末级叠片的中心线上，冲孔位置用冲孔中心到梯形片中位线端点的垂直距离L以及各级中心线与末级中心线的偏移距离w联合表示。L包括冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L+和冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L-两部分。w包括心柱各级中心线与末级中心线的偏移距离w

具体的，第i级左心柱片第q叠冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L

第i级左心柱片第q叠冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L

第i级右心柱片第q叠冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L

第i级右心柱片第q叠冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L

第i级左旁柱片第q叠冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L

第i级左旁柱片第q叠冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L

第i级右旁柱片第q叠冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L

第i级右旁柱片第q叠冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L

在公式(3)至公式(10)中，i＝1,2,...,x,q＝1,2,...,n；

第i级心柱片中心线与末级中心线的偏移距离w

w

其中，B

第i级旁柱片中心线与末级中心线的偏移距离w

在公式(11)至公式(12)中，i＝1,2,...,x。

在此实施例中，根据公式(3)至公式(12)计算24级铁心第一叠至第六叠的心柱片、旁柱片冲孔数据，在表2中列出前3级第一叠的计算结果，其余层叠根据第一叠数据按照步进量和步进方向进行计算。

表2 1-3级心柱、旁柱第一叠冲孔数据(单位mm)

公式(3)-公式(10)关于L的计算方法适用于逆时针步进方向，此实施例也为逆时针步进，当步进方向为顺时针时，只需按照步进方向和步进量对各公式进行修正即可。

w的计算结果为正值时，以梯形片的中位线为分界线，冲孔在梯形片的短边侧，w为负值时，冲孔在梯形片的长边侧。此实施例中，w

实施例2

本实施例以一台单相双框式的铁心为例对旁柱片需要拼接时拼接片上的冲孔计算方法进行描述，并结合图4，具体包括以下步骤：

1.确定旁柱片需要拼接的级数y，并收集计算拼接片上的冲孔位置所需要的已知数据：铁心窗高H

表3已知数据(单位mm)

2.确定拼接片的片形宽度，通常对旁柱片进行两片拼接，旁柱外侧片宽度为B

表4拼接片的片形宽度(单位mm)

3.确定冲孔中心到上铁轭主级上边缘的垂直距离D和到窗高中心线的垂直距离H，计算方法与前述旁柱不拼接时相同。此实施例中，为避免冲孔太靠近梯形片的尖角处，D的取值为550mm。H仍然按照公式(2)进行计算，因此H＝2395÷2+570-550＝1217.5(mm)。

4.计算各冲孔的具体位置。为方便生产人员操作，将拼接片上的冲孔冲在旁柱外侧片即宽度为B

具体的，第i级左旁柱外侧拼接片第q叠冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L

第i级左旁柱外侧拼接片第q叠冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L

第i级右旁柱外侧拼接片第q叠冲孔中心与减步进方向中位线端点的距离L

第i级右旁柱外侧拼接片第q叠冲孔中心与加步进方向中位线端点的距离L

在公式(13)至公式(16)中，i＝1,2,...,y,q＝1,2,...,n；

第i级旁柱外侧片中心线与宽度最小级中心线的偏移距离w

w

在公式(17)中，i＝1,2,...,y，B

在此实施例中，B

表5 1-9级旁柱拼接片第一叠冲孔数据(单位mm)

公式(13)-公式(16)中关于L

w

以上所示，只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，特别是不以附图中的变压器铁心结构限制本专利的适用范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。