摘要：在現(xiàn)代化技術(shù)的快速發(fā)展與提高中，變壓器在近些年的研究分析中不斷提高了自身的節(jié)能效果與高效性，這必將成為日后變壓器的發(fā)展趨勢(shì)，當(dāng)前高效節(jié)能配電變壓器所采用的主要為兩種，分別是立體卷鐵心變壓器和非晶合金鐵心變壓器。該文針對(duì)高效能的疊鐵心配電變壓器的研發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入性的分析與探究，實(shí)現(xiàn)疊鐵心配電變壓器的高效性與節(jié)能型效果。

關(guān)鍵詞：高效節(jié)能? 疊鐵心? 配電變壓器? 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM421? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1672-3791（2022）03（b）0000-00

Research and Development and Design of High-efficiency and Energy-saving Stacked iron Core Distribution Transformer

WU Haiming

（Jiangsu Province Jingjiang Power Supply Company， Taizhou， Jiangsu? Province， 214500? China）

Abstract： With the rapid development and improvement of modern technology， transformers have continuously improved their energy-saving effect and efficiency in recent years， which will become the development trend of transformers in the future. At present， there are mainly two kinds of high-efficiency and energy-saving distribution transformers， namely three-dimensional wound core transformer and amorphous alloy core transformer. This paper makes an in-depth analysis and Exploration on the R & D and design of high-efficiency laminated core distribution transformer， so as to realize the high-efficiency and energy-saving effect of laminated core distribution transformer.

Key Words：High efficiency and energy saving;Stacked iron core;Power distribution transformer;Design

非晶合金變壓器所具有的特點(diǎn)為損耗較低，與硅鋼鐵心變壓器相比，此種變壓器空載特性相對(duì)較高。立體卷鐵心變壓器三相磁路十分對(duì)稱，且消耗的硅鋼片較低，在完成鐵心卷制后，通過(guò)退火能夠減少鐵心卷制內(nèi)部在卷繞和剪切過(guò)程中的機(jī)械應(yīng)力，從而能夠有效地恢復(fù)為前期階段中加工前的水平，在不斷降低鐵心磁通密度，促進(jìn)滿足高效節(jié)能的目的。

1 高效節(jié)能疊鐵心配電變壓器的設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)思路

（1）采用硅鋼片疊制鐵心，應(yīng)具備較高的性能。需要應(yīng)用當(dāng)前性能最高的高導(dǎo)磁硅鋼片，可指定應(yīng)用[1]。在采用疊片的過(guò)程中需要通過(guò)應(yīng)用多級(jí)步進(jìn)式進(jìn)行疊積，在利用此種方式的作用下，能夠促進(jìn)空載損耗情況的減少，降低空載電流。單片在計(jì)算疊片系數(shù)時(shí)，由于其厚度較薄，可按照0.96進(jìn)行計(jì)算。

（2）通過(guò)對(duì)鐵芯磁通的密度進(jìn)行降低，增大鐵軛面積保證鐵心磁通的密度應(yīng)當(dāng)?shù)陀?.5T，而應(yīng)當(dāng)確保磁通的密度耗損情況低于0.45W/kg即可。繞組尺寸并不會(huì)因?yàn)殍F軛截面增大而受到影響，對(duì)此，在對(duì)鐵軛中磁通密度利用鐵軛截面增大面積降低其單位的損耗以及降低空載損耗情況。

（3）通過(guò)強(qiáng)化、完善繞組結(jié)構(gòu)，減小繞組的體積大小，同時(shí)減小小鐵心的質(zhì)量和其體

積，通過(guò)此種方式更好地使空載消耗發(fā)生率不斷降低[2]。需通過(guò)層式的方式在高壓器的高壓繞組中應(yīng)用，而低壓繞組應(yīng)當(dāng)應(yīng)用箔式方式進(jìn)行，這兩種方式填充系數(shù)高于連續(xù)式和螺旋式繞組，能夠更好地縮減繞組尺寸。在變壓器容量的不斷增加，繞組會(huì)因?yàn)榈乩@組采用的銅箔厚度大二增加愛(ài)其難度。

（4）減少雜散損耗。在對(duì)結(jié)構(gòu)件中的雜散損耗進(jìn)行降低的過(guò)程中，并保持負(fù)載耗能不會(huì)出現(xiàn)任何變動(dòng)的情況下，在繞組直流電阻耗損過(guò)程中增加其降低的部分耗損，通過(guò)此種方式能夠有效減少繞組電磁線的用量情況，減少繞組體積，在此過(guò)程中能夠更好地降低鐵心體積和其質(zhì)量，從而減少空載耗損。通過(guò)以上相關(guān)技術(shù)策略，能夠利用相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案對(duì)變壓器的技術(shù)性能指標(biāo)起到促進(jìn)、優(yōu)化的作用。

1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2.1鐵心設(shè)計(jì)

鐵心技術(shù)對(duì)相關(guān)截面與結(jié)構(gòu)具有較高的需求，基于此，需要通過(guò)采用圓形鐵芯截面，鐵軛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)是截面增大的D型大軛[3]。而鐵心柱疊片的厚度和鐵軛貼片的厚度通過(guò)計(jì)算對(duì)比具有相同點(diǎn)，在選擇疊片寬度時(shí)，應(yīng)當(dāng)在心柱疊片寬度為1.3～1.5倍左右的范圍內(nèi)。通常情況下，配電變壓器鐵心夾件需要應(yīng)用導(dǎo)磁鋼支撐，所產(chǎn)生的損耗的占比較低，針對(duì)高效節(jié)能配電變壓器中，損耗的標(biāo)準(zhǔn)值不斷降低的情況下，應(yīng)當(dāng)更加注重夾件中的損耗情況。為減少夾件損耗，可利用不導(dǎo)磁鋼材料或采用絕緣夾件。

1.2.2繞組設(shè)計(jì)

高壓繞組和低壓繞組所主要應(yīng)用的結(jié)構(gòu)為多層式結(jié)構(gòu)和雙層銅箔層式結(jié)構(gòu)，多層式結(jié)構(gòu)呈間具有一個(gè)散熱油道。

1.2.3引線設(shè)計(jì)

低壓引線所存在的電流較高，為了避免此種情況，降低引線中的損耗，可通過(guò)采用大截面的銅排進(jìn)行[4]。對(duì)此，低壓繞組尾頭部位應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)對(duì)伸出的引線銅排進(jìn)行合理減少，從而能夠?qū)Σ糠忠€的消耗情況起到降低作用。通過(guò)利用向上引出的方式應(yīng)用夾件內(nèi)側(cè)進(jìn)行低壓引線工作，由此能夠使油箱壁和大電流的低壓引線之間拉開(kāi)一定的距離，是兩者保持安全的距離，以此減少在油箱壁中樓磁場(chǎng)所存在的雜散消耗，使產(chǎn)品的整體損耗情況降低。

1.3箔式繞組的環(huán)流計(jì)算

低壓繞組利用雙層箔式結(jié)構(gòu)，通過(guò)同心式繞組輻向中的不同導(dǎo)向在同時(shí)連接的情況下，為了能夠確保每一根導(dǎo)向能夠在漏磁場(chǎng)中有相同的位置，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)更換不同導(dǎo)向的位置，以此減少各個(gè)導(dǎo)線之間在同時(shí)連接時(shí)所出現(xiàn)的環(huán)流消耗[5]。對(duì)于箔式繞組，可通過(guò)雙層箔并饒的方式進(jìn)行，也可通過(guò)三層箔并饒的方式，對(duì)于箔與箔之間的位置并不需要進(jìn)行交換。而對(duì)于雙層銅箔仍然會(huì)有環(huán)流的情況出現(xiàn)。箔式繞組的高度就是指其箔的寬度，繞組端部所存在擠流效應(yīng)，此種效應(yīng)不會(huì)對(duì)繞組渦流損耗會(huì)造成一定的影響，會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗情況增加，當(dāng)兩層箔之間的位置不進(jìn)行更換時(shí)，磁場(chǎng)中的兩層箔的我知不同會(huì)存在環(huán)流損耗的情況，一旦此種情況較為嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重的負(fù)載損耗，在此種情況下，如果不能夠精準(zhǔn)的計(jì)算、控制低壓繞組兩部分的損耗情況，會(huì)導(dǎo)致負(fù)載損耗嚴(yán)重超標(biāo)。對(duì)此，可通過(guò)在一定高度上同時(shí)并饒兩張窄的箔，降低渦流損耗問(wèn)題。此種結(jié)構(gòu)應(yīng)用于兩層、三層箔式繞組時(shí)，會(huì)增加繞組繞制的難度。由此可見(jiàn)，必須對(duì)雙層和三層繞組所存在的環(huán)流損耗以及環(huán)流的情況進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，此項(xiàng)內(nèi)容十分關(guān)鍵、重要。通常情況下應(yīng)用簡(jiǎn)化漏磁場(chǎng)，可加大對(duì)軸向漏磁通進(jìn)行詳細(xì)的考慮，但是卻會(huì)嚴(yán)重忽略橫向樓磁通，在對(duì)主空道區(qū)域和高低壓繞組進(jìn)行劃分的過(guò)程中，需要分別進(jìn)行劃分，并分入在對(duì)應(yīng)的漏磁組中，箔式繞組的匝數(shù)與組輻向所對(duì)應(yīng)的漏磁組是對(duì)應(yīng)的，數(shù)量相同，根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算其中一組的回路的短路阻抗Zp和感應(yīng)電位差Ep的情況，通過(guò)計(jì)算得出，兩層箔之間的循環(huán)電流為IP=EP/ZP，而環(huán)流損耗在循環(huán)電流的作用下為 ，公式中的R為箔式繞組，當(dāng)電阻達(dá)到75℃的情況下。在此種方式的作用下，嚴(yán)重忽視了繞組的橫向漏磁通，基于此，會(huì)嚴(yán)重影響計(jì)算的精度，尤其是對(duì)箔式繞組進(jìn)行計(jì)算擠流效應(yīng)的情況下，需要利用漏磁組法進(jìn)行?？赏ㄟ^(guò)3D有限元法對(duì)雙層箔式組間的環(huán)流、損耗進(jìn)行仿真計(jì)算，確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2產(chǎn)品磁場(chǎng)仿真分析及實(shí)測(cè)結(jié)果

2.1模型的建立

根據(jù)產(chǎn)品自身的設(shè)計(jì)與相關(guān)方案，通過(guò)構(gòu)造形成兩個(gè)仿真模型，分別為模型一和模型二，模型一屬于3D全模型，其油箱、空氣包都是處于隱藏狀態(tài)下的，在實(shí)際建模過(guò)程中，需要通過(guò)雙層銅箔的尺寸進(jìn)行，雙層銅箔為首層與末層兩層與與引線銅排同時(shí)進(jìn)行連接，構(gòu)建一個(gè)繞組，并設(shè)置屬性為實(shí)習(xí)導(dǎo)體[6]。高壓繞逐漸的具體形式為圓筒形繞組，設(shè)置其屬性，使其形成多匝導(dǎo)向。模型一種，每相低壓繞組為1個(gè)繞組，在對(duì)模型進(jìn)行仿真時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重對(duì)低壓繞組引線銅排情況，不斷分析、探究。在剝蝕繞組中，電流分布和損害情況與引線銅排有直接的影響與關(guān)系。模型2是一種3D1/2模型，在建模過(guò)程中應(yīng)當(dāng)通過(guò)銅箔的實(shí)際尺寸進(jìn)行低壓繞組，對(duì)此可不應(yīng)用引線銅排，針對(duì)銅箔的首層與末層兩層，可在各層分別建立一個(gè)繞組，并設(shè)計(jì)相關(guān)屬性，使其成為實(shí)心導(dǎo)體。在構(gòu)建圓筒形繞組時(shí)，需要根據(jù)高壓繞組的內(nèi)徑、外徑的尺寸進(jìn)行，將其屬性設(shè)置為多匝導(dǎo)線。在仿真模型2中，每相低繞組可分為兩個(gè)相關(guān)繞組，且兩者之間具有一定的直接聯(lián)系，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行分析與探究后，需要對(duì)低壓繞組中的損耗、雙層銅箔的電流情況進(jìn)行深入的分析與研究，但其作為重點(diǎn)進(jìn)行了解。在模型中，可見(jiàn)硅鋼片當(dāng)做鐵心材料，利用繞組和引線材料當(dāng)做模型中的銅，而油箱材料可當(dāng)做A3鋼，與油箱相比，求解域閉氣的外箱超出30mm左右。

模型1、模型2的磁場(chǎng)仿真模塊是通過(guò)應(yīng)用3D諧場(chǎng)模塊，模型仿真電路連接圖見(jiàn)圖1。

2.2仿真分析與實(shí)測(cè)結(jié)果

箔式繞組端部具有十分顯著的擠流效應(yīng)，并且繞組端部中損耗與電流的密度都會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)繞組中部。當(dāng)銅箔和引線銅排在具體鏈接過(guò)程中其部位會(huì)存在電流集中的情況存在，從而使電流局部具有較強(qiáng)的密度，耗損局部集中出現(xiàn)的情況。電流在銅排中的流入流出的情況會(huì)對(duì)銅箔的電流造成影響，無(wú)法均勻分布在第一層與最后一層中的電流。由于引線銅排在繞組高度部分所產(chǎn)生的電流密度小，可不對(duì)此部分的截面進(jìn)行減少。通過(guò)計(jì)算產(chǎn)品短路阻抗，所得出的計(jì)算值為4.47%，而對(duì)于模型1和模型2的仿真值分別為4.42%和4.23%，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中所獲取的值為4.45%。模型1和模型2的低壓繞組電流和耗損值的對(duì)比見(jiàn)表1、表2。根據(jù)實(shí)際對(duì)比情況，能夠更好地符合工程在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中的相關(guān)需求。在對(duì)比下能夠發(fā)現(xiàn)，由于繞組引線銅排的尺寸中存在偏差，因此表1中的繞組損耗值較大。根據(jù)表2的耗損數(shù)據(jù)中能夠表明，兩層銅箔間電流在雙層箔式繞組中具有3%的差距，而損耗相差在7%以內(nèi)。通過(guò)研究能夠發(fā)現(xiàn)空載損耗在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中其值相對(duì)較大，出現(xiàn)此種情況的主要因素與剛開(kāi)始使用新材料時(shí)，與預(yù)期相比，工藝系數(shù)略大有直接的關(guān)系。在對(duì)比產(chǎn)品仿真值和實(shí)測(cè)值后，能夠?qū)δＰ头凑Y(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行良好的驗(yàn)證，促進(jìn)后續(xù)高效節(jié)能配電變壓的開(kāi)發(fā)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)應(yīng)用絕緣夾件、大電流銅排遠(yuǎn)離油箱壁等相關(guān)措施，更好地減少結(jié)構(gòu)將中所存在的雜散耗損情況，通過(guò)利用電磁場(chǎng)軟件分析仿真情況，促進(jìn)計(jì)算箔式繞組電流損耗的準(zhǔn)確性。為了滿足工程需要，大容量配電變壓器中需要通過(guò)利用雙層箔式繞組，并對(duì)兩層箔間應(yīng)用不換位結(jié)構(gòu)。在應(yīng)用高牌號(hào)硅鋼片與相關(guān)技術(shù)保障的方式，對(duì)高效節(jié)能疊鐵心變壓器進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并能夠滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)質(zhì)量與水平。

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作者簡(jiǎn)介：吳海明（1977—），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)榕渥冸娫O(shè)計(jì)。