通过对空载损耗的分析,铁芯的磁滞损耗和涡流损耗主要由硅钢片制造商决定,附加损耗由变压器制造商决定。铁芯磁通密度是影响变压器铁芯空载损耗的重要参数。因此,为了减少空载损耗,在铁芯有效截面不变的前提下,铁芯各部分的磁通密度分布必须均匀,铁芯拐角处的局部磁通密度必须降低。
1.交错接缝改为三阶接缝
由于变压器铁芯硅钢片接缝之间存在间隙,磁通过接缝处的磁阻突然增大,磁通不得不绕过接缝间隙,通过片间进入相邻叠片,从而增加局部磁路,增加片间的磁阻,增加相邻叠片的局部磁密度,增加空载损耗和励磁容量。
变压器铁芯接缝级数越多,接缝区域的局部损耗越低,但局部损耗的减少幅度越小,随着接缝级数的增加,铁芯叠片的种数、硅钢片剪切和铁芯叠加过程中铁芯叠加过程的难度会增加。
实际上,考虑到等级的增加,硅钢片的剪切和铁芯的叠加时间相应增加,叠加工艺变差。考虑到如果采用三级接缝,选择合适的片状,芯柱只增加一个片状,工艺复杂度略有增加,磁性能明显提高。铁芯三级接缝由三种类型的叠片轮流叠加。根据冶金电修企业的工艺水平和接缝处磁性能数据,采用三级接缝是改善交错接缝铁芯的理想选择。
以S9-800/10和S9-1000/10电力变压器为例,同一变压器采用相同的设计方案、结构和材料,铁芯采用不同的搭接方式,其中800kVA4采用三级接缝,1000kVA2采用三级接缝。
通过测试数据可以得出结论,在铁芯柱截面不变的情况下,三级接缝的空载损耗平均比交错接缝减少7%~8%左右。三级接缝只是芯柱的一种片状,硅钢片的剪切和铁芯的叠加时间略有增加,但效果显著。
2.降低铁芯搭接宽度和空载损耗
在铁芯叠片的拐角处,芯片与横轭接缝区的搭接宽度对变压器的空载性能有一定的影响。搭接面积大,磁通过面积相应增加,导致空载损耗增加。根据铁芯模型试验,搭接面积每增加1%,45°接缝的空载损耗将增加0.3%。为了减少空载损耗,必须在满足机械强度的前提下,选择空载损耗和机械强度是最佳的搭接面积。
改变铁芯叠片的塔接面积,减小铁芯中部分三角孔的大小,降低三角孔的局部磁通密度,减少变压器的空载损失。本公司配电变压器原铁芯片出角为10mm,现已改为5mm,达到一定的降耗效果。铁芯叠片的出角由10毫米改为5毫米,增加了铁芯拐角三角空穴的截面积,必然会降低三角空穴的局部磁通密度。
合理选择铁芯片宽度,减少铁芯角重,减少铁芯材料,减少空载损耗。
铁芯的空载损耗与铁芯的单位铁损耗和铁芯的重量有关,铁芯的角重是铁芯重量的一部分,因此铁芯的角重不仅影响变压器的成本,而且直接影响变压器的空载损耗。
探讨铁芯片宽度选择和铁芯角重变化规律的前提是:
铁芯的等级必须相等。
铁芯直径为D,铁芯主级片宽按D减5mm或10mm选择片形组合。铁芯的铁芯直径由不同级别的片宽和叠厚组成,两个铁芯的最大差值控制在+0.3mm以下,即绕组套装不能因为铁芯直径超差而受到影响。
理论上,不同片形铁芯的有效截面积相等。
这样做的目的是确保选择相同的磁通密度,从而获得相同的单位铁损伤。
铁芯柱截面的片宽和叠厚必须与铁芯轭截面一致。
在设计过程中,在确定合适的铁芯直径后,选择主铁芯的片宽时,建议选择片宽D减10mm的效果优于D减5mm。其优点是:
各级片宽逐级递减;
在保证铁芯有效截面积相等的情况下,减少了铁芯的角重;
铁芯高度降低10mm,油箱整体高度降低10mm,变压器材料也节省。
铁芯采用多级接头,可以减少变压器铁芯的空载损耗,根据实际生产情况采用接头级数。考虑到变压器片型、工时和性能,一般采用三级接头。
减少铁芯搭接面积,可减少铁芯空载损耗。搭接面积的大小可根据产品结构确定。
合理选择铁芯片宽度,减少铁芯角重,减少铁芯材料,减少空载损耗。铁芯直径确定后,主级片宽比直径小10mm的效果优于比直径小5mm的效果。
除上述三个方面外,在铁芯的生产过程中,铁芯片的毛刺大小、起重过程中硅钢片的弯曲程度、碰撞程度、铁芯片的夹紧程度都会影响变压器的空载损失,这些情况不容忽视。
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