变压器铁芯的结构及特点
铁芯与用途分类：
铁芯既是变压器的磁路，又是它的机械骨架。铁芯由铁芯和铁轭两部分组成。铁芯柱上套装绕组，铁轭将铁芯连接起来，使之形成闭合磁路。铁轭又分为上铁轭、下铁轭和旁铁轭。
为了减少铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，铁芯一般用高磁导率的硅钢片叠成。硅钢片分热轧和冷轧两种，其厚度有0.35MM和0.5MM两种，硅钢片的两面涂以厚0.01-0.13的漆膜，使片与片之间绝缘。
根据结构形式和工艺特点，变压器铁芯可分为叠片式和渐开线式两种，叠片式铁芯又可分为芯式和壳式两类。
叠片式铁芯分类：
1.壳式结构
壳式结构是铁轭包围绕组的顶面、底面和侧面，即壳式变压器的特点是有既有上铁轭、下铁轭，又有旁铁轭。
大容量的三相变压器由于运输的限制，需要降低铁芯高度，把普通的三相芯片变压器的上下铁轭的一部分搬到两个边柱的外侧，这就是三相五柱式铁芯结构。
2.芯式结构
芯式结构的是铁轭靠着绕组的顶面和底面，但不包围绕组的侧面，壳式结构机械强度较好，但制造复杂，铁芯用材较多。芯式结构比较简单，绕组的装配与绝缘的处理也较容易。因此国产电力变压器均采用芯式结构。
渐开线式铁芯：
渐开线式铁芯是由铁芯柱和铁轭两部分组成，铁芯柱是将同一种规格的渐开线形状的硅钢片一片一片的插装而成为一个圆柱形的铁芯柱。铁芯柱外径与内孔直径之比为4.5-6，这种渐开线形的硅钢片是在专门的成形机上采用冷挤压塑性变形原理一片一片轧制成的。对于三相变压器来说，渐开线式铁芯比叠片式的优点在于，三相磁路完全是对称的，而且还可以节省硅钢材。
变压器材料铁芯的分类
铁芯从用途上分高、低频、COIL三种：
1、高频类：铁粉芯Ferritecore
Ferritecore用于高频变压器它是一种带有尖晶石结晶状结构的陶磁体，此种尖晶石为氧化铁和其它二价的金属化合物。如kFe2O4（k代表其它金属），目前常使用的金属有锰（Mn）、锌（Zn）、镍（Ni）、镁（Ng）、铜（Cu）。
其常用组合如锰锌（MnZn）系列、镍锌（NiZn）系列及镁锌（MgZn）系列。此种材具有高导磁率和阻抗性的物性，其使用频率范围由1kHz到超过200kHz。
2、低频类：硅钢片（LAMINATION）
硅钢片用于低频变压器，其种类很多，按其制作工艺不同可分为
A：锻烧（黑片）
N：无锻烧（白片）两种。
按其形状不同可分为：EI型、UI型、C型、口型。
口型硅钢片常在功率较大的变压器中使用，它绝缘性能好，易于散热，同时磁短路，主要用于功率大于500~1000W和大功率变压器中。
由两个C型硅钢片组成一套硅钢片称为CD型硅钢片，用CD型硅钢片制作的电源变压器在截面积相同的条件下，窗口愈越高，变压器功率越大。于铁芯两侧可以分别安装线圈，因此变压器的线圈匝数可分配在两个线包上，从而使每个线包的平均匝长较短，线圈的铜耗减小。另外如果把要求对称的两个线圈分别绕在两个线包上，可以达到完全对称的效果。
由四个C型硅钢片组成一套硅钢片称为ED型硅钢片。ED型硅钢片制成的变压器外形呈扁宽形，在功率相同的条件下ED型变压器比CD型变压器矮些，宽度大些，另外由于线圈安装在硅钢片中间，有外磁路，因此漏磁小，对整体干扰小。但是它所有线圈都绕在一个线包上，线包较厚，故平均匝长较长，铜耗较大。
C型铁芯性能优异所制作之变压器体积小、重量轻、效率高，装配的角度来看，C型硅钢片零件很少，通用性强，因此生产效率高，但是C型硅钢片加工工序较多，作较复杂，需用专用设备制造，因而目前成本还较高。
我们主要使用的是EI型硅钢片。E型硅钢片又称壳型或日型硅钢片，它的主要优点是初、次级线圈共同一个线架，有较高的窗口占空系数（占空系数Km：铜线净截面积和窗口面积比）；硅钢片对绕组形成保护外壳，使绕组不易受到机械伤损伤；同时硅钢片散热面积较大，变压器磁场发散较少。但是它的初次级漏感较大，外来磁场干扰也较大，此外，由于绕组平均周长较长，在同样圈数和铁芯截面积条件下，EI型铁芯的变压器所用的铜线较多。
硅钢片的厚度常用的有0.35mm、0.5mm两种。
硅钢片的组装方式有交叠法和对叠法两种。交叠法是将硅钢片的开口一对一交替地分布在两边，这种叠法比较麻烦，但硅钢片间隙小，磁阻小，有利于增大磁通，因此电源变压器都采用这种方法。对叠法常用于通有直流电流的场合，为避免直流电流引起饱和，硅钢片之间需要留有空隙，因此对叠法将E片与I片各放一边，两者之间的空隙可用纸片来调节
3、COIL类：分三种类型
A．TOROID环形铁芯：将O型叠片而成，或由硅钢片卷绕而成。此种铁芯对绕线来说非常不易。
B．RODCORE棒状铁芯。
C．DRUMCORE：鼓形铁芯
变压器材料铁芯作用
变压器铁芯的作用主要在两个方面：分别为磁滞损耗跟涡流损耗：
1、磁滞损耗，它是指变压器在交流状态中工作时会因为磁滞现象而出现铁损的情况，而变压器铁芯的使用就可以在一定的程度上改变这个现象。并且也可以缓解变压器在工作时表面的上升。
2、涡流损耗，指的是变压器在工作时产生的交变电流，它与磁通在铁芯中产生的感应电流是会发生变化的，这个变化我们就将其称为涡流。而涡流在损耗的时候，会让铁芯表面的温度上升，但是因为铁芯的材质（硅）而使得在此过程中，我们的电阻率会增大，从而可以减少涡流的作用。
变压器铁芯故障排除
变压器的绕组和铁芯是传递、变换电磁能量的主要部件。保证它们的可*运行是人们所关注的问题。统计资料表明因铁芯问题造成故障，占变压器总事故中的第三位。制造部门对变压器铁芯缺陷已引起重视，并在铁芯可*接地、铁芯接地监视，以及保证一点接地方面都进行了技术改进。运行部门也把检测和发现铁芯故障提到相当高度。然而，变压器铁芯故障仍屡有发生，其原因主要是由于铁芯多点接地和铁芯接地不良造成。现对两种故障情况的判断及处理方法作一介绍。
1、铁芯正常时需要一点接地的原因
变压器正常运行时，带电的绕组和油箱之间存在电场，而铁芯和其他金属构件处于该电场中。由于电容分布不均，场强各异，如果铁芯不可*接地，则将产生充放电现象，破坏固体绝缘和油的绝缘强度，所以铁芯必须有一点可*接地。
铁芯由硅钢片组成，为减小涡流，片间有一定的绝缘电阻（一般仅几欧姆至几十欧姆），由于片间电容极大，在交变电场中可视为通路，因而铁芯中只需一点接地即可将整叠的铁芯叠片电位箝制在地电位。
当铁芯或其金属构件如有两点或两点以上（多点）接地时，则接地点间就会造成闭合回路，它键链部分磁通，感生电动势，并形成环路，产生局部过热，甚至烧毁铁芯。
变压器铁芯只有一点接地，才是可*的正常接地。即铁芯必须接地，且必须是一点接地。
铁芯故障主要由两个方面原因引起，一是施工工艺不良造成短路，二是由于附件和外界因素引起多点接地。
2、铁芯多点接地类型
（1）安装变压器竣工后，未将油箱顶盖上运输的定位销翻转过来或去除掉，构成多点接地。
（2）由于铁芯夹件肢板距芯柱太近、铁芯叠片因某种原因翘起后，触及到夹件肢板，形成多点接地。
（3）铁轭螺杆的衬套过长，和铁轭叠片相碰，构成了新的接地点。
（4）铁芯下夹件垫脚和铁轭间的绝缘纸板脱落或破损，使垫脚铁轭处叠片相碰造成接地。
（5）具有潜油泵装置的大中型变压器，由于潜油泵轴承磨损，金属粉末进入油箱中，淤积油箱底部，在电磁力作用下形成桥路，将下铁轭和垫脚或箱底接通，形成多点接地。
（6）油浸变压器油箱盖上的温度计座套过长，和上夹件或铁轭、旁柱边沿相碰，构成新的接地点。
（7）油浸变压器油箱中落入了金属异物，这类金属异物使铁芯叠片和箱体构通，形成接地。
（8）下夹件和铁轭阶梯间的木垫块受潮或表面不清洁，附有较多的油泥，使其绝缘电阻值降为零时，构成了多点接地。
3、多点接地时出现的异常现象
（1）在铁芯中产生涡流，铁损增加，铁芯局部过热。
（2）多点接地严重时，又较长时间未处理，变压器连续运行将导致油及绕组也过热，使油纸绝缘逐渐老化。会引起铁芯叠片两片绝缘层老化而脱落，将引起更大的铁芯过热，铁芯将烧毁。
（3）较长时间多点接地，使油浸变压器油劣化而产生可燃性气体，使气体继电器动作。
（4）因铁芯过热使器身中木质垫块及夹件碳化。
（5）严重的多点接地会使接地线烧断，使变压器失去了正常的一点接地，后果不堪设想。
（6）多点接地也会引起放电现象。
4、多点接地故障的检测
铁芯多点接地故障判断方法通常从两方面检测：
（1）进行气相色谱分析。色谱分析中如气体中的甲烷及烯烃组分含量较高，而一氧化碳和二氧化碳气体含量和已往相比变化不大，或含量正常，则说明铁芯过热，铁芯过热可能是由于多点接地所致。
色谱分析中当出现乙炔气体时，说明铁芯已出现间歇性多点接地。
（2）测量接地线有无电流。可在变压器铁芯外引接地套管的接地引线上，用钳形表测量引线上是否有电流。变压器铁芯正常接地时，因无电流回路形成。接地线上电流很小，为毫安级（一般小于0.3A）。当存在多点接地时，铁芯主磁通周围相当于有短路匝存在，匝内流过环流，其值决定于故障点和正常接地点的相对位置，即短路匝中包围磁通的多少。一般可达几十安培。利用测量接地引线中有无电流，很准确地判断出铁芯有无多点接地故障。
5、多点接地故障的排除
（1）变压器不能停运时的临时排除方法：
①有外引接地线，如果故障电流较大时，可临时打开地线运行。但必须加强监视，以防故障点消失后使铁芯出现悬浮电位。
②如果多点接地故障属于不稳定型，可在工作接地线中串入一个滑线电阻，使电流限制在1A以下。滑线电阻的选择，是将正常工作接地线打开测得的电压除以地线上的电流。
③要用色谱分析监视故障点的产气速率。
④通过测量找到确切的故障点后，如果无法处理，则可将铁芯的正常工作接地片移至故障点同一位置，用以较大幅度地减少环流。
（2）彻底检修措施。监测发现变压器存在多点接地故障后，对于可停运的变压器，应及时停运，退出后彻底消除多点接地故障。排除此类故障的方法，根据多点接地类型及原因，应采取相应的检修措施。但也有某些情况，停电吊芯后找不到故障点，为了能确切找到接地点，现场可采用如下方法。
①直流法。将铁芯和夹件的连接片打开，在轭两侧的硅钢片上通入6V的直流，然后用直流电压表依次测量各级硅钢片间的电压，当电压等于零或者表指示反向时，则可认为该处是故障接地点。
②交流法。将变压器低压绕组接入交流电压220～380V，此时铁芯中有磁通存在。如果有多点接地故障时，用毫安表测量会出现电流（铁芯和夹件的连接片应打开）。用毫安表沿铁轭各级逐点测量，当毫安表中电流为零时，则该处为故障点。
