變壓器鐵芯的結構及特點
鐵芯與用途分類：
鐵芯既是變壓器的磁路，又是它的機械骨架。鐵芯由鐵芯和鐵軛兩部分組成。鐵芯柱上套裝繞組，鐵軛將鐵芯連接起來，使之形成閉合磁路。鐵軛又分為上鐵軛、下鐵軛和旁鐵軛。
為了減少鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗，鐵芯一般用高磁導率的硅鋼片疊成。硅鋼片分熱軋和冷軋兩種，其厚度有0.35MM和0.5MM兩種，硅鋼片的兩面涂以厚0.01-0.13的漆膜，使片與片之間絕緣。
根據結構形式和工藝特點，變壓器鐵芯可分為疊片式和漸開線式兩種，疊片式鐵芯又可分為芯式和殼式兩類。
疊片式鐵芯分類：
1.殼式結構
殼式結構是鐵軛包圍繞組的頂面、底面和側面，即殼式變壓器的特點是有既有上鐵軛、下鐵軛，又有旁鐵軛。
大容量的三相變壓器由于運輸的限制，需要降低鐵芯高度，把普通的三相芯片變壓器的上下鐵軛的一部分搬到兩個邊柱的外側，這就是三相五柱式鐵芯結構。
2.芯式結構
芯式結構的是鐵軛靠著繞組的頂面和底面，但不包圍繞組的側面，殼式結構機械強度較好，但制造復雜，鐵芯用材較多。芯式結構比較簡單，繞組的裝配與絕緣的處理也較容易。因此國產電力變壓器均采用芯式結構。
漸開線式鐵芯：
漸開線式鐵芯是由鐵芯柱和鐵軛兩部分組成，鐵芯柱是將同一種規格的漸開線形狀的硅鋼片一片一片的插裝而成為一個圓柱形的鐵芯柱。鐵芯柱外徑與內孔直徑之比為4.5-6，這種漸開線形的硅鋼片是在專門的成形機上采用冷擠壓塑性變形原理一片一片軋制成的。對于三相變壓器來說，漸開線式鐵芯比疊片式的優點在于，三相磁路完全是對稱的，而且還可以節省硅鋼材。
變壓器材料鐵芯的分類
鐵芯從用途上分高、低頻、COIL三種：
1、高頻類：鐵粉芯Ferritecore
Ferritecore用于高頻變壓器它是一種帶有尖晶石結晶狀結構的陶磁體，此種尖晶石為氧化鐵和其它二價的金屬化合物。如kFe2O4（k代表其它金屬），目前常使用的金屬有錳（Mn）、鋅（Zn）、鎳（Ni）、鎂（Ng）、銅（Cu）。
其常用組合如錳鋅（MnZn）系列、鎳鋅（NiZn）系列及鎂鋅（MgZn）系列。此種材具有高導磁率和阻抗性的物性，其使用頻率范圍由1kHz到超過200kHz。
2、低頻類：硅鋼片（LAMINATION）
硅鋼片用于低頻變壓器，其種類很多，按其制作工藝不同可分為
A：鍛燒（黑片）
N：無鍛燒（白片）兩種。
按其形狀不同可分為：EI型、UI型、C型、口型。
口型硅鋼片常在功率較大的變壓器中使用，它絕緣性能好，易于散熱，同時磁短路，主要用于功率大于500~1000W和大功率變壓器中。
由兩個C型硅鋼片組成一套硅鋼片稱為CD型硅鋼片，用CD型硅鋼片制作的電源變壓器在截面積相同的條件下，窗口愈越高，變壓器功率越大。于鐵芯兩側可以分別安裝線圈，因此變壓器的線圈匝數可分配在兩個線包上，從而使每個線包的平均匝長較短，線圈的銅耗減小。另外如果把要求對稱的兩個線圈分別繞在兩個線包上，可以達到完全對稱的效果。
由四個C型硅鋼片組成一套硅鋼片稱為ED型硅鋼片。ED型硅鋼片制成的變壓器外形呈扁寬形，在功率相同的條件下ED型變壓器比CD型變壓器矮些，寬度大些，另外由于線圈安裝在硅鋼片中間，有外磁路，因此漏磁小，對整體干擾小。但是它所有線圈都繞在一個線包上，線包較厚，故平均匝長較長，銅耗較大。
C型鐵芯性能優異所制作之變壓器體積小、重量輕、效率高，裝配的角度來看，C型硅鋼片零件很少，通用性強，因此生產效率高，但是C型硅鋼片加工工序較多，作較復雜，需用專用設備制造，因而目前成本還較高。
我們主要使用的是EI型硅鋼片。E型硅鋼片又稱殼型或日型硅鋼片，它的主要優點是初、次級線圈共同一個線架，有較高的窗口占空系數（占空系數Km：銅線凈截面積和窗口面積比）；硅鋼片對繞組形成保護外殼，使繞組不易受到機械傷損傷；同時硅鋼片散熱面積較大，變壓器磁場發散較少。但是它的初次級漏感較大，外來磁場干擾也較大，此外，由于繞組平均周長較長，在同樣圈數和鐵芯截面積條件下，EI型鐵芯的變壓器所用的銅線較多。
硅鋼片的厚度常用的有0.35mm、0.5mm兩種。
硅鋼片的組裝方式有交疊法和對疊法兩種。交疊法是將硅鋼片的開口一對一交替地分布在兩邊，這種疊法比較麻煩，但硅鋼片間隙小，磁阻小，有利于增大磁通，因此電源變壓器都采用這種方法。對疊法常用于通有直流電流的場合，為避免直流電流引起飽和，硅鋼片之間需要留有空隙，因此對疊法將E片與I片各放一邊，兩者之間的空隙可用紙片來調節
3、COIL類：分三種類型
A．TOROID環形鐵芯：將O型疊片而成，或由硅鋼片卷繞而成。此種鐵芯對繞線來說非常不易。
C．DRUMCORE：鼓形鐵芯
變壓器材料鐵芯作用
變壓器鐵芯的作用主要在兩個方面：分別為磁滯損耗跟渦流損耗：
1、磁滯損耗，它是指變壓器在交流狀態中工作時會因為磁滯現象而出現鐵損的情況，而變壓器鐵芯的使用就可以在一定的程度上改變這個現象。并且也可以緩解變壓器在工作時表面的上升。
2、渦流損耗，指的是變壓器在工作時產生的交變電流，它與磁通在鐵芯中產生的感應電流是會發生變化的，這個變化我們就將其稱為渦流。而渦流在損耗的時候，會讓鐵芯表面的溫度上升，但是因為鐵芯的材質（硅）而使得在此過程中，我們的電阻率會增大，從而可以減少渦流的作用。
變壓器鐵芯故障排除
變壓器的繞組和鐵芯是傳遞、變換電磁能量的主要部件。保證它們的可*運行是人們所關注的問題。統計資料表明因鐵芯問題造成故障，占變壓器總事故中的第三位。制造部門對變壓器鐵芯缺陷已引起重視，并在鐵芯可*接地、鐵芯接地監視，以及保證一點接地方面都進行了技術改進。運行部門也把檢測和發現鐵芯故障提到相當高度。然而，變壓器鐵芯故障仍屢有發生，其原因主要是由于鐵芯多點接地和鐵芯接地不良造成。現對兩種故障情況的判斷及處理方法作一介紹。
1、鐵芯正常時需要一點接地的原因
變壓器正常運行時，帶電的繞組和油箱之間存在電場，而鐵芯和其他金屬構件處于該電場中。由于電容分布不均，場強各異，如果鐵芯不可*接地，則將產生充放電現象，破壞固體絕緣和油的絕緣強度，所以鐵芯必須有一點可*接地。
鐵芯由硅鋼片組成，為減小渦流，片間有一定的絕緣電阻（一般僅幾歐姆至幾十歐姆），由于片間電容極大，在交變電場中可視為通路，因而鐵芯中只需一點接地即可將整疊的鐵芯疊片電位箝制在地電位。
當鐵芯或其金屬構件如有兩點或兩點以上（多點）接地時，則接地點間就會造成閉合回路，它鍵鏈部分磁通，感生電動勢，并形成環路，產生局部過熱，甚至燒毀鐵芯。
變壓器鐵芯只有一點接地，才是可*的正常接地。即鐵芯必須接地，且必須是一點接地。
鐵芯故障主要由兩個方面原因引起，一是施工工藝不良造成短路，二是由于附件和外界因素引起多點接地。
2、鐵芯多點接地類型
（1）安裝變壓器竣工后，未將油箱頂蓋上運輸的定位銷翻轉過來或去除掉，構成多點接地。
（2）由于鐵芯夾件肢板距芯柱太近、鐵芯疊片因某種原因翹起后，觸及到夾件肢板，形成多點接地。
（3）鐵軛螺桿的襯套過長，和鐵軛疊片相碰，構成了新的接地點。
（4）鐵芯下夾件墊腳和鐵軛間的絕緣紙板脫落或破損，使墊腳鐵軛處疊片相碰造成接地。
（5）具有潛油泵裝置的大中型變壓器，由于潛油泵軸承磨損，金屬粉末進入油箱中，淤積油箱底部，在電磁力作用下形成橋路，將下鐵軛和墊腳或箱底接通，形成多點接地。
（6）油浸變壓器油箱蓋上的溫度計座套過長，和上夾件或鐵軛、旁柱邊沿相碰，構成新的接地點。
（7）油浸變壓器油箱中落入了金屬異物，這類金屬異物使鐵芯疊片和箱體構通，形成接地。
（8）下夾件和鐵軛階梯間的木墊塊受潮或表面不清潔，附有較多的油泥，使其絕緣電阻值降為零時，構成了多點接地。
3、多點接地時出現的異常現象
（1）在鐵芯中產生渦流，鐵損增加，鐵芯局部過熱。
（2）多點接地嚴重時，又較長時間未處理，變壓器連續運行將導致油及繞組也過熱，使油紙絕緣逐漸老化。會引起鐵芯疊片兩片絕緣層老化而脫落，將引起更大的鐵芯過熱，鐵芯將燒毀。
（3）較長時間多點接地，使油浸變壓器油劣化而產生可燃性氣體，使氣體繼電器動作。
（4）因鐵芯過熱使器身中木質墊塊及夾件碳化。
（5）嚴重的多點接地會使接地線燒斷，使變壓器失去了正常的一點接地，后果不堪設想。
（6）多點接地也會引起放電現象。
4、多點接地故障的檢測
鐵芯多點接地故障判斷方法通常從兩方面檢測：
（1）進行氣相色譜分析。色譜分析中如氣體中的甲烷及烯烴組分含量較高，而一氧化碳和二氧化碳氣體含量和已往相比變化不大，或含量正常，則說明鐵芯過熱，鐵芯過熱可能是由于多點接地所致。
色譜分析中當出現乙炔氣體時，說明鐵芯已出現間歇性多點接地。
（2）測量接地線有無電流。可在變壓器鐵芯外引接地套管的接地引線上，用鉗形表測量引線上是否有電流。變壓器鐵芯正常接地時，因無電流回路形成。接地線上電流很小，為毫安級（一般小于0.3A）。當存在多點接地時，鐵芯主磁通周圍相當于有短路匝存在，匝內流過環流，其值決定于故障點和正常接地點的相對位置，即短路匝中包圍磁通的多少。一般可達幾十安培。利用測量接地引線中有無電流，很準確地判斷出鐵芯有無多點接地故障。
5、多點接地故障的排除
（1）變壓器不能停運時的臨時排除方法：
①有外引接地線，如果故障電流較大時，可臨時打開地線運行。但必須加強監視，以防故障點消失后使鐵芯出現懸浮電位。
②如果多點接地故障屬于不穩定型，可在工作接地線中串入一個滑線電阻，使電流限制在1A以下。滑線電阻的選擇，是將正常工作接地線打開測得的電壓除以地線上的電流。
③要用色譜分析監視故障點的產氣速率。
④通過測量找到確切的故障點后，如果無法處理，則可將鐵芯的正常工作接地片移至故障點同一位置，用以較大幅度地減少環流。
（2）徹底檢修措施。監測發現變壓器存在多點接地故障后，對于可停運的變壓器，應及時停運，退出后徹底消除多點接地故障。排除此類故障的方法，根據多點接地類型及原因，應采取相應的檢修措施。但也有某些情況，停電吊芯后找不到故障點，為了能確切找到接地點，現場可采用如下方法。
①直流法。將鐵芯和夾件的連接片打開，在軛兩側的硅鋼片上通入6V的直流，然后用直流電壓表依次測量各級硅鋼片間的電壓，當電壓等于零或者表指示反向時，則可認為該處是故障接地點。
②交流法。將變壓器低壓繞組接入交流電壓220～380V，此時鐵芯中有磁通存在。如果有多點接地故障時，用毫安表測量會出現電流（鐵芯和夾件的連接片應打開）。用毫安表沿鐵軛各級逐點測量，當毫安表中電流為零時，則該處為故障點。