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变压器铁心材料的发展综述

变压器铁心材料的发展

第一节铁心用软磁材料

铁心是电机、变压器的重要部件。电机、变压器铁心对材料的基本要求是，在一定频率及磁通密度下具有低的铁心损耗，和在一定磁场强度下具有高的磁通密度。在电机、变压器的发展过程中，曾经采用和目前应用的铁心材料有:1.纯铁、软钢和无硅钢;2.硅钢片;3.铁镍合金(坡莫合金);4.铁铝合金;5.非晶态合金;6.微晶合金。下面分别介绍这些材料的发展情况。纯铁、软钢及无硅钢

最早的电机铁心是直棒形或马碲形的纯铁棒。1837年，斯特金(W.Sturgeon，1783,1850)首先用纯铁丝制作电机铁心。1870年，A.佩勒斯等人首先用软铁片制作铁心。1879年，爱迪生发明软钢片叠成的铁心。

最早的变压器铁心(感应线圈铁心)是用铁棒做成的，后来又改用铁丝制作铁心。1885年，匈牙利岗茨工厂开始采用薄铁带作变压器铁心;1887年，岗茨工厂出现用软铁片叠成的变压器铁心。19世纪90年代及以后，用软铁片叠成的变压器铁心逐渐推广。同时一些工厂用软钢片取代软铁片，制成变压器铁心。但是，在19世纪末及20世纪初，用软铁或软钢制造的铁心存在三大问题。一是当时薄铁片(薄钢片)的价格昂贵，制约了它的推广;二是铁心损耗大，发热严重;三是“铁心老化”问题曾使许多人伤透脑筋，人们发现，电机、变压器运行一段时间后，铁心损耗迅速增加，发热更为严重，迫使人们有时不得不更换铁心或整台电机、变压器，这一

问题给当时迅速发展的交流系统投下了巨大的阴影。针对“铁心老化”问题，许多人进行了大量的研究、试验工作，直到1895年才基本搞清了它的机理，知道影响铁心老化的主要因素是运行温度。

总之，由于软铁或软钢具有导磁性高，矫顽力低、价格低廉、工艺性好等优点，因此在1900年硅钢片发明前及20世纪初一段时间里，电机、变压器铁心多是采用热轧低碳软钢片或电磁纯铁片冲制而成的。但是，软铁及软钢存在电阻率低、涡流损耗大，特别是“铁心老化”严重等先天不足，因此在硅钢片实现工业化生产后，逐渐退出了大部分电机及变压器铁心领域。

尽管如此，人类仍孜孜不倦地对软铁、软钢进行改进。特别是希奥弗(Cioffi)和因森(Yensen)研究发现，纯铁在高温氢中进行除杂质处理后可以显著改善磁性能，使纯铁的u0达到20000，um达到340000。1940年后许多国家又推广真空冶炼法，改进轧制和热处理工艺、使软铁、软钢的性能有所改善，使它们

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在硅钢片风行全球的时候仍在某些小型电机变压器铁心中有所应用。特别是从50年代末期开始，情况开始发生变化。美、日、苏、英等从经济性和实际用途考虑，采用新的冶炼、轧制退火工艺，又开始大力发展冷轧无硅低碳电工钢片和电磁纯铁电工片。美国从50年代末期开始用无硅电工钢片取代一般的低硅钢片，用于生产日用电器、分马力电机和一部分小电机，1972年，美国无硅钢片的用量已占电工钢片总量的50%。苏联60年代后开发出ЭO00,ЭO300牌号的无硅钢片，推广用于小型电机、电

器中;英国无硅钢片发展很快，80年代初的产量与硅钢片持平;日本无硅钢片使用较少，一些不太重要的产品则多采用低级硅钢片。

无硅电工钢片具有价格低、冲制性能好、磁感高等优点，其最明显的缺点是损耗太高，从而大大限制了它的应用场合，所在在70年代能源危机后，无硅钢片的生产又逐渐回落。

2硅钢片

1822年，著名瑞典化学家伯尔瑟利乌斯(J.J.Berzelius，1778,1848)首先制取出了硅(Si)。1889年，英国人巴莱特(W.F.Barett)、布朗(W.Brown)和哈德菲尔德(R.A.Hadfield)开始研究各种二元系和三元系合金的磁性能和电气性能。他们在研究中发现，在软钢中加入硅(Si)，可以提高钢的电阻系数，降低钢的涡流及磁滞损耗，而且钢片的衰老现象也有改善。1900年，他们在《Sci.Trans.Roy.DublinSoc.》上发表文章，介绍了研究成果，引起人们注意。1903年，美国开始生产这种加有硅的钢片，并称它为“Stalloy”(硅钢片)。同年，德国也开始生产硅钢片。不久，法国、英国、意大利等也开始生产硅钢片，苏联在1915年、日本在1924年开始生产硅钢片。

2.1热轧硅钢片

早期硅钢片是热轧硅钢片，含硅量较低，一般Si含量为1,2%(B级)，多用于电动机中。以后硅含量增加，1929年日本开始生产变压器用T级硅钢片(Si含量4,4.5%)。由于早期生产工艺不成熟，硅钢片的损耗较高。图1为1932年热轧硅钢片的损耗-磁通密度(W-B)曲线。1954年，开始制造采用焊接工艺将硅钢板焊成卷状的硅钢片，从而使连续加工成为可能。

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图11932

年热轧硅钢片的损耗(W)-磁通密度(B)曲线

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