电源中电磁元件的铁心结构

卷绕式铁心是把硅钢带材剪切成需要的宽度后，卷绕成一定结构形式的铁心。从卷绕成的铁心形状发展来看（图4），最早为环形，后来为了便于绝缘结构设计和线圈绕制，发展成方框形。方框形包括：用于单相电源变压器的单框式和双框式，用于三相电源变压器的三框式和四框式。三框式又分为两种：一种是合成的，由两个小框外套一个大框组成；一种是独立的，由互相成120°角布置的三个方框组成。为了使铁心截面逐渐趋向圆形，和叠片式铁心一样，卷绕式铁心截面也从矩形，经过三阶梯形、多阶梯形，发展成铁心截面基本上是圆形的R形铁心。截面是R形的卷绕式环形铁心，称为O形铁心。既可充分利用铁心材料，又可以减少线圈平均匝长，是比较理想的卷绕式铁心结构。

图3硅钢叠片式铁心结构柱数

(a)两柱式(b)三柱式(c)五柱式

图4硅钢卷绕式铁心结构形状

(a)环形(b)单框形(c)双框形(d)合成三框形(e)120°布置三框形

图5硅钢CD形和XD形铁心结构

(a)CD形(b)XD形

卷绕式铁心和叠片式铁心比较，卷绕式铁心可以使磁路中的磁力线完全与硅钢取向一致，而且不存在气隙，因此激磁能量和铁心损耗将减小10％～25％，噪声也低一些。其铁心加工工艺比较简单，便于用机械加工代替手工叠装。但是线圈绕制比叠片式铁心难度大，必须用专门的绕线设备，如果线圈损伤则整体报废，不能返修。为了补偿这些缺点，把卷绕式铁心切开成两半，变成CD形和XD形铁心（图5）。这种结构虽然有两个或三个气隙，但仍然保持卷绕式铁心的优点，激磁能量和铁心损耗增加不多，噪声也增加不大。铁心加工除增加铁心切割加工和气隙磨光工序而外，加工工艺也不复杂，仍能采用机械加工。同时又象叠片式铁心那样线圈绕制比较容易。线圈损伤也便于拆卸更换。还有，CD形和XD形铁心对于必须有气隙的电抗器来说，更是一种比较理想的铁心结构。

图6铁基非晶合金单I形叠片式铁心结构

图7铁基非晶合金搭接式铁心结构

3非晶和微晶合金铁心

铁基非晶合金可以用在50Hz～60Hz工频和400Hz～20kHz中频电源中作为电磁元件的铁心材料。20世纪80年代末，日本大阪变压器厂的研究结论认为：铁基非晶合金铁心在150Hz以上的综合性能，比硅钢铁心好。经过十多年的研究，铁基非晶合金铁心正在向50Hz～60Hz工频领域扩展，和硅钢铁心进行竞争。

铁基非晶合金铁心结构也分为叠片式和卷绕式两种。叠片式铁心是比较早期的结构，是把铁基非晶合金带材剪切成一定的铁心片后，再叠装成一定结构形状的铁心。铁基非晶合金带材厚度一般为20μm～40μm，叠装起来既费时又不容易叠好。为了缩短工时和增加铁心强度，把几片和十几片薄铁心片粘接在一起，成为0.1mm～0.25mm厚的铁心片，但是损耗也有所增加。铁基非晶合金磁性不存在取向问题，但是剪切加工困难，一般铁心片形状都为单I形（图6），叠装后的铁心截面都为矩形。铁心柱数也分为单相电磁元件用的两柱式和三相电磁元件用的三柱式两种。由于需要大量的工时，叠装式铁基非晶合金铁心结构现在已很少使用。但是在150μm铁基非晶合金带材工艺成熟之后，仍然有可能采用叠装式铁心结构。

卷绕式铁心是把铁基非晶带材剪切或喷制成一定宽度后，再卷绕成一定结构形式的铁心。最早是环形，后来为了绕线方便，发展成方框形，包括单框形、双框形、三框形和四框形。再后来为了简化绕线和装卸工艺，便于更换线圈，发展成CD形和XD形。和硅钢卷绕式铁心结构不同，铁基非晶合金铁心在20世纪90年代初，出现一种新型的搭接式方框形铁心结构（图7）。在铁心的接缝部分，铁心带互相搭接在一起，而且接缝部分不在一条直线上，因此气隙比CD形铁心小。激磁能量和铁心损耗与卷绕式方框形铁心基本相同。但是它可以逐层打开，在装入线圈后，再逐层合上。线圈绕制、装卸和更换都比较容易。现在普遍认为，这种搭接式方框形铁心结构是综合了卷绕式方框形和CD形铁心结构优点的、比较好的铁心结构。不但可以用于低频，而且可以用于中高频电磁元件。在配电变压器中已经大量使用，既缩短了铁心加工和装配工时，又可以发挥非晶合金材料的优良性能。

钴基非晶合金和铁基微晶合金用于20kHz～500kHz中高频电源中的电磁元件，主要是卷绕式环形铁心结构，个别的采用CD形铁心结构。CD形铁心结构主要用于20kHz～50kHz的电磁元件，在超过100kHz时，由于线圈匝数少，主要用环形铁心结构。在大容量的电源中，20kHz～50kHz的电磁元件将来有可能采用搭接式铁心结构。

4高导磁合金（坡莫合金）铁心

为了充分发挥高导磁合金的高导磁特性，一般都采用卷绕式