当前，配电变压器组合铁心结构主要是采用硅钢与硅钢组合的方案，具体又可以分为两类：取向硅钢-无取向硅钢组合铁心及不同型号取向硅钢装配形成的组合铁心。国内外做过很多相关研究，但缺少对组合铁心中非晶合金和取向硅钢的配比以及结构尺寸参数的设计，并且未进行组合铁心振动特性仿真分析及实验验证。
为此华北电力大学陈昊等研究人员以非晶合金-取向硅钢组合铁心结构为基础，以组合铁心中取向硅钢占比和结构尺寸参数为自由变量，通过建立等效双非线性磁路模型，求解组合铁心的磁通密度分布，从而提出一种基于自由参数扫描法的非晶合金-取向硅钢组合铁心结构设计方法。根据结构设计结果，搭建组合铁心实验测试平台，基于实验测量和有限元仿真，分析了组合铁心的磁-机械振动特性。该项目得到国家重点研发计划课题和国家自然科学基金资助。研究人员设计了一种非晶合金和取向硅钢铁心并排的组合结构。根据实际配电变压器铁心生产工艺，在该结构中非晶合金部分采用平面卷铁心结构，取向硅钢部分采用平面叠铁心结构，励磁线圈同时绕过两只铁心。其中非晶合金铁心宽度wA，取向硅钢铁心的宽度wS ,取向硅钢铁心与组合铁心的宽度之比x满足如下关系：
非晶合金-取向硅钢组合铁心由于两种非线性软磁材料同时存在，传统根据励磁线圈端电压、匝数和截面积仅能获取组合铁心的平均磁通密度，而难以获取磁通密度在非晶合金和取向硅钢铁心中的分布结果。为此，研究人员通过考虑非晶合金和取向硅钢的磁化饱和特性建立组合铁心的等效双非线性磁路模型，采用磁路法迭代求解组合铁心的磁通密度分布。
采用自由参数扫描法，对组合铁心的5个结构参数（组合铁心的长度l、高度h、铁轭的厚度d、非晶合金铁心的宽度wA以及取向硅钢铁心与组合铁心的宽度之比x）进行设计。根据取向硅钢铁心磁通密度是否高于非晶合金铁心磁通密度这一约束条件，确定可行的结构设计方案集，并通过测试选取出一套最佳的设计方案。
为了验证组合铁心结构设计方法的准确性，研究人员制作了组合铁心实验模型。其中，非晶合金平面卷铁心由AN101型带材卷制而成，为多层搭接结构，搭接长度为18mm，可以有效减少气隙对铁心磁性能的影响。取向硅钢叠铁心由B30P120型单片叠制而成，为斜接缝结构，并装配环氧树脂夹件进行夹紧处理，可有效减小接缝处气隙的影响。同时对铁心模型的相关磁特性进行了测试分析，得出以下结论：1、非晶合金-取向硅钢组合铁心可以综合非晶合金损耗密度低和取向硅钢磁致伸缩系数小、饱和磁通密度高的优势。通过对比分析了组合铁心磁通密度分布的计算值和测量值，相对误差分别为0.858%、3.484%和5.073%，验证了所提设计方法的有效性。2、对比分析了组合铁心与传统纯非晶合金铁心和纯取向硅钢铁心的空载损耗大小和振动位移大小表明，相比传统纯取向硅钢铁心，组合铁心的空载损耗降低了67.829%；相比传统纯非晶合金铁心，组合铁心的振动位移峰值降低了38.20%。3、下一步工作建立考虑磁滞效应的组合铁心双非线性磁路-电路耦合模型以及研究考虑磁滞效应的组合铁心双非线性有限元数值计算方法。
