干式非晶合金变压器铁心结构与性能分析

2015-10-29吴玉坤中国能建集团装备有限公司北京100044

中国科技纵横 2015年11期

马　骁　孟　波　吴玉坤（中国能建集团装备有限公司，北京 100044）

干式非晶合金变压器铁心结构与性能分析

马骁孟波吴玉坤
（中国能建集团装备有限公司，北京 100044）

对于干式非晶合金变压器而言，其铁心结构与性能密切相关。性能高、空耗低的干式非晶合金变压器不仅能耗低，还具有噪音小的优势。本文主要从占地面积、重量、磁通分布的角度来分析了干式非晶合金变压器铁心结构与性能，并通过实例分析来说明其在工业化生产中的应用价值。结果表明，三相三柱变压器的铁心占地面积更少、重量更轻、磁场分布更均匀，空载噪音、空载损耗更低，优于三相五柱变压器。

干式非晶合金变压器铁心结构性能

三相三柱式、三相五柱式是非晶合金变压器铁心两种结构形式，本文主要是对比了这两种铁心的占地面积、重量、磁通分布，既介绍了其结构，又对比分析了他们的性能。

1　占地面积、重量比较

三相五柱式铁心由四个铁心组成，两边是两个小铁心，中间是大铁心，共四个框，五个柱，所以三相五柱式铁心又称作四框五柱式铁心，其结构如图1所示。

图3　三相五柱变压器铁心内磁通分布

在叠度方面，四个铁心一样。在窗宽方面，旁轭小铁心略小。旁轭小铁心窗宽

其中：d指的是铁心叠厚；Mo指的是两铁心柱中心距；r指的是三相绕组相间距离。

三相三柱式铁心由两小、一大三框铁心组成，大铁心包着两框小铁心，共三个柱，其结构如图2所示。在叠毒方面，三个铁心一样。

根据相同的原则对三相五柱式非晶合金变压器、三相三柱式非晶合金变压器进行电磁参数的计算。对于这两种不同结构的铁心，如果其性能相同，两种铁心的窗高、叠厚、窗宽、心柱截面积和带材片宽等结构参数是一样的，但其重量以及占地面积是不同的［1］。对图1、图2进行对比可知，三柱铁心比五柱铁心多了一上一下两个铁心叠度、少了将近一个Mo，因此五柱铁心的占地面积更大［2］。同样，经过计算，我们会发现，五柱铁心的重量更大。那么，在铁心截面相同时，由于铁心重量增加，三相五柱非晶合金变形器的空载损耗能更大。

图4　三相五柱变压器铁心内磁通的关系

图5　三相三柱变压器铁心磁场分布

表1　实验结果与产品的设计值、国家标准比较

2　磁场分布比较

三相五柱非晶合金变压器铁心的磁通分布如图3所示。用等效正弦波分析，可得：ΦA+ΦB+ΦC=0，Φ1+ΦA+ΦB+ΦC+Φ4=0，经进一步运算可得：Φ1=-Φ4，这说明两个边柱之间的磁通方式是相反的、大小是相等的。

由图4可知，Φ1+ΦA=Φ2；Φ2+ΦB=Φ3；ΦA+ΦB=ΦC；经进一步运算可得：Φ3-Φ1=ΦC。因为Φ1=-Φ4，所以Φ3+Φ4=ΦC。这说明磁通Φ1、Φ2、Φ3和磁通ΦA、ΦB、ΦC之前是相电压与线电压的关系。受到制作工艺以及铁心材料的限制，铁心铁轭及旁柱截面不会超过心柱截面的 1/2［3］。在这种情况下，设铁轭及旁柱与铁心柱形成的是正弦磁通波，则前者的磁通是后者的1/［4］，这就导致三相五柱式非晶合金变压器上、下铁轭局部磁密过高。

在图5中，左图是B 相绕组电压到达幅值时的磁力线分布，中图是B 相绕组电压过零时的磁力线分布，右图是磁密的云图分布。从中可以看出，三相三柱非晶合金变压器铁心铁轭磁密过高现象只会出现在拐角处，且密度低于三相五柱非晶合金变压器。实验结果表明，三相五柱非晶合金变形器的空载噪音更大，也经再次证明其空载损耗更高（能量守恒，同样的功效，噪音越大，能耗越高，因为噪音也会产生耗能）。