干式非晶合金变压器铁心结构与性能分析

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【摘 要】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。

【关键词】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1三相五柱非晶合金变压器铁心结构

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b=（ + ）-d

其中：d指的是铁心叠厚； 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。

图2三相三柱非晶合金变压器铁心结构

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 ，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。

2 磁场分布比较

图3三相五柱变压器铁心内磁通分布

图4三相五柱变压器铁心内磁通的关系

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。

图 5 三相三柱变压器铁心磁场分布

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）。

3 实例分析

某公司生产的干式非晶合金变压器，其在型式试验、声级测定、例行试验、短路承受能力试验、局部放电测量中的各项参数和指标均达到了国家变压器质量监督检验中心的要求，样品试验合格。产品的设计值、标准值和试验数据见表1。

容量/KVA 空载损耗 负荷损耗 空载电流

设计值 标准值 实验值 设计值 标准值 实验值 设计值 标准值 实验值

500 363 360 358 4877 4880 4852 0.46 0.8 0.26

630 424 410 409 5935 5960 5907 0.45 0.7 0.24

800 471 480 377 6976 6960 6989 0.45 0.7 0.23

1000 533 550 430 8167 8130 8221 0.42 0.6 0.22

1250 628 650 584 9579 9690 9413 0.4 0.6 0.22

1600 766 760 733 11764 11730 11781 0.39 0.6 0.22

2000 964 1000 888 14680 14450 14990 0.38 0.5 0.22

表1实验结果与产品的设计值、国家标准比较

该干式非晶合金变压器挂网运行多年，据客户反馈，其运行安全可靠、损耗小，噪音低，很好地满足客户的要求。

4 结论及建议

通过对占地面积、重量、磁场分布进行比较发现，本文发现，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。实例分析也再次佐证了上述观点，建议可适当多采用三相三柱变压器。

参考文献：

[1]季爱晖，蔡定国，龙丽琼，等.三相五柱式非晶合金变压器磁路及其性能参数分析 [J].变压器，2009，46（10）：14-17.

[2]谢毓城.电力变压器手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]周贤土.非晶合金材料变压器（上）[J].变压器，1996，33（10）：15-18.

[4]雷全贤.箔式绕组树脂浇注干式变压器的技术特点[J] .变压器，1997，34（9）：12-17.