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，當前高效節(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。該文針對高效能的疊鐵心配電變壓器的研發(fā)設計進行深入性的分析與探究，實現(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? 設計

中圖分類號：TM421? ? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：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較高。立體卷鐵心變壓器三相磁路十分對稱，且消耗的硅鋼片較低，在完成鐵心卷制后，通過退火能夠減少鐵心卷制內(nèi)部在卷繞和剪切過程中的機械應力，從而能夠有效地恢復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計

1.1設計思路

（1）采用硅鋼片疊制鐵心，應具備較高的性能。需要應用當前性能最高的高導磁硅鋼片，可指定應用[1]。在采用疊片的過程中需要通過應用多級步進式進行疊積，在利用此種方式的作用下，能夠促進空載損耗情況的減少，降低空載電流。單片在計算疊片系數(shù)時，由于其厚度較薄，可按照0.96進行計算。

（2）通過對鐵芯磁通的密度進行降低，增大鐵軛面積保證鐵心磁通的密度應當?shù)陀?.5T，而應當確保磁通的密度耗損情況低于0.45W/kg即可。繞組尺寸并不會因為鐵軛截面增大而受到影響，對此，在對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）通過強化、完善繞組結(jié)構(gòu)，減小繞組的體積大小，同時減小小鐵心的質(zhì)量和其體

積，通過此種方式更好地使空載消耗發(fā)生率不斷降低[2]。需通過層式的方式在高壓器的高壓繞組中應用，而低壓繞組應當應用箔式方式進行，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，繞組會因為地繞組采用的銅箔厚度大二增加愛其難度。

（4）減少雜散損耗。在對結(jié)構(gòu)件中的雜散損耗進行降低的過程中，并保持負載耗能不會出現(xiàn)任何變動的情況下，在繞組直流電阻耗損過程中增加其降低的部分耗損，通過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。通過以上相關(guān)技術(shù)策略，能夠利用相應的設計方案對變壓器的技術(shù)性能指標起到促進、優(yōu)化的作用。

1.2結(jié)構(gòu)設計

1.2.1鐵心設計

鐵心技術(shù)對相關(guān)截面與結(jié)構(gòu)具有較高的需求，基于此，需要通過采用圓形鐵芯截面，鐵軛應用的結(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計算對比具有相同點，在選擇疊片寬度時，應當在心柱疊片寬度為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用導磁鋼支撐，所產(chǎn)生的損耗的占比較低，針對高效節(jié)能配電變壓器中，損耗的標準值不斷降低的情況下，應當更加注重夾件中的損耗情況。為減少夾件損耗，可利用不導磁鋼材料或采用絕緣夾件。

1.2.2繞組設計

高壓繞組和低壓繞組所主要應用的結(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)呈間具有一個散熱油道。

1.2.3引線設計

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，可通過采用大截面的銅排進行[4]。對此，低壓繞組尾頭部位應當根據(jù)實際情況適當對伸出的引線銅排進行合理減少，從而能夠?qū)Σ糠忠€的消耗情況起到降低作用。通過利用向上引出的方式應用夾件內(nèi)側(cè)進行低壓引線工作，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)流計算

低壓繞組利用雙層箔式結(jié)構(gòu)，通過同心式繞組輻向中的不同導向在同時連接的情況下，為了能夠確保每一根導向能夠在漏磁場中有相同的位置，應當根據(jù)實際情況適當更換不同導向的位置，以此減少各個導線之間在同時連接時所出現(xiàn)的環(huán)流消耗[5]。對于箔式繞組，可通過雙層箔并饒的方式進行，也可通過三層箔并饒的方式，對于箔與箔之間的位置并不需要進行交換。而對于雙層銅箔仍然會有環(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，此種效應不會對繞組渦流損耗會造成一定的影響，會導致?lián)p耗情況增加，當兩層箔之間的位置不進行更換時，磁場中的兩層箔的我知不同會存在環(huán)流損耗的情況，一旦此種情況較為嚴重時會造成嚴重的負載損耗，在此種情況下，如果不能夠精準的計算、控制低壓繞組兩部分的損耗情況，會導致負載損耗嚴重超標。對此，可通過在一定高度上同時并饒兩張窄的箔，降低渦流損耗問題。此種結(jié)構(gòu)應用于兩層、三層箔式繞組時，會增加繞組繞制的難度。由此可見，必須對雙層和三層繞組所存在的環(huán)流損耗以及環(huán)流的情況進行準確計算，此項內(nèi)容十分關(guān)鍵、重要。通常情況下應用簡化漏磁場，可加大對軸向漏磁通進行詳細的考慮，但是卻會嚴重忽略橫向樓磁通，在對主空道區(qū)域和高低壓繞組進行劃分的過程中，需要分別進行劃分，并分入在對應的漏磁組中，箔式繞組的匝數(shù)與組輻向所對應的漏磁組是對應的，數(shù)量相同，根據(jù)實際情況計算其中一組的回路的短路阻抗Zp和感應電位差Ep的情況，通過計算得出，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，當電阻達到75℃的情況下。在此種方式的作用下，嚴重忽視了繞組的橫向漏磁通，基于此，會嚴重影響計算的精度，尤其是對箔式繞組進行計算擠流效應的情況下，需要利用漏磁組法進行。可通過3D有限元法對雙層箔式組間的環(huán)流、損耗進行仿真計算，確保結(jié)果的準確性。

2產(chǎn)品磁場仿真分析及實測結(jié)果

2.1模型的建立

根據(jù)產(chǎn)品自身的設計與相關(guān)方案，通過構(gòu)造形成兩個仿真模型，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，在實際建模過程中，需要通過雙層銅箔的尺寸進行，雙層銅箔為首層與末層兩層與與引線銅排同時進行連接，構(gòu)建一個繞組，并設置屬性為實習導體[6]。高壓繞逐漸的具體形式為圓筒形繞組，設置其屬性，使其形成多匝導向。模型一種，每相低壓繞組為1個繞組，在對模型進行仿真時，應當注重對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，在建模過程中應當通過銅箔的實際尺寸進行低壓繞組，對此可不應用引線銅排，針對銅箔的首層與末層兩層，可在各層分別建立一個繞組，并設計相關(guān)屬性，使其成為實心導體。在構(gòu)建圓筒形繞組時，需要根據(jù)高壓繞組的內(nèi)徑、外徑的尺寸進行，將其屬性設置為多匝導線。在仿真模型2中，每相低繞組可分為兩個相關(guān)繞組，且兩者之間具有一定的直接聯(lián)系，通過對其進行分析與探究后，需要對低壓繞組中的損耗、雙層銅箔的電流情況進行深入的分析與研究，但其作為重點進行了解。在模型中，可見硅鋼片當做鐵心材料，利用繞組和引線材料當做模型中的銅，而油箱材料可當做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的磁場仿真模塊是通過應用3D諧場模塊，模型仿真電路連接圖見圖1。

2.2仿真分析與實測結(jié)果

箔式繞組端部具有十分顯著的擠流效應，并且繞組端部中損耗與電流的密度都會遠遠超過繞組中部。當銅箔和引線銅排在具體鏈接過程中其部位會存在電流集中的情況存在，從而使電流局部具有較強的密度，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對銅箔的電流造成影響，無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，可不對此部分的截面進行減少。通過計算產(chǎn)品短路阻抗，所得出的計算值為4.47%，而對于模型1和模型2的仿真值分別為4.42%和4.23%，在實際測量過程中所獲取的值為4.45%。模型1和模型2的低壓繞組電流和耗損值的對比見表1、表2。根據(jù)實際對比情況，能夠更好地符合工程在具體設計過程中的相關(guān)需求。在對比下能夠發(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)。通過研究能夠發(fā)現(xiàn)空載損耗在實際測量過程中其值相對較大，出現(xiàn)此種情況的主要因素與剛開始使用新材料時，與預期相比，工藝系數(shù)略大有直接的關(guān)系。在對比產(chǎn)品仿真值和實測值后，能夠?qū)δＰ头凑Y(jié)果的準確性進行良好的驗證，促進后續(xù)高效節(jié)能配電變壓的開發(fā)。

3 結(jié)語

綜上所述，通過應用絕緣夾件、大電流銅排遠離油箱壁等相關(guān)措施，更好地減少結(jié)構(gòu)將中所存在的雜散耗損情況，通過利用電磁場軟件分析仿真情況，促進計算箔式繞組電流損耗的準確性。為了滿足工程需要，大容量配電變壓器中需要通過利用雙層箔式繞組，并對兩層箔間應用不換位結(jié)構(gòu)。在應用高牌號硅鋼片與相關(guān)技術(shù)保障的方式，對高效節(jié)能疊鐵心變壓器進行開發(fā)，并能夠滿足國家標準的相關(guān)質(zhì)量與水平。

參考文獻

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作者簡介：吳海明（1977—），男，本科，助理工程師，研究方向為配變電設計。