不同牌号硅钢片混合叠片制成的铁心铁损分析

发布日期：2024-04-22 浏览次数：2727

近年来随着电网中变压器不断上涨的能源成本及其对环境的影响，使得下游用户对变压器提出了更高的效率和成本要求，为了在成本和性能之间实现更好的平衡，一些研究人员分析了混合不同牌号的晶粒取向硅钢片叠片制造铁心可以有效降低成本并提升变压器的能效水平。有研究表明，三相变压器混合叠片铁心的特定损耗取决于混合材料，然而这些损耗并不完全随着高损耗材料制成铁心中使用的低损耗材料的用材比例而呈线性变化。

为了研究这种非线性关系，法国阿尔图瓦大学富人Oussama-Ali Dabaj等研究人员分别采用2D和3D两种模型，使用有限元法分析研究按照不同比例和叠片方式，混合两种不同牌号硅钢片对铁心磁通密度的分布以及铁心空载损耗的影响。

研究人员首先测量完全由M120-27P硅钢片叠片制成的铁心铁损，随后在铁心中部的硅钢片逐渐用M095-27P硅钢片替代，直到铁心完全由M095-27P硅钢片组成。

对混合叠片铁心的实际测量结果表明，铁心中M095-27P的用量比例与铁损下降幅度呈非线性关系。尤其是随着磁场的升高，这种非线性关系愈加明显。为了研究造成这种非线性变化的原因，研究人员使用二维和三维两种模型进行有限元模拟，分析了在单相铁心中使用两种不同牌号的取向硅钢混合叠片的影响。分析结果表明：

（1）使用2D模型模拟分析铁心，可以快速初步评估铁心内的铁损减少趋势。然而，从2D模型评估的铁损要高于实验测量的损耗，这是因为2D模型假设在硅钢片叠片的所有宽度上具有均匀的磁通密度，而事实上通过3D模拟，观察到的磁通分布并不一致，在3D模型中，铁心内部区域的磁通密度较高，向外部区域逐渐降低，因此计算的总铁损偏低。

（2）2D有限元分析表明，在阶梯搭接头处，层间磁通的变化会导致接头中的局部铁损。对阶梯搭接头的处理方式对于避免将磁通密度集中在接头区域至关重要，可以有效减少该区域的铁损。

（3）3D模型模拟结果与实验测量值更加接近，但是在较高磁场下会有一些小差异，主要原因在于FEA模型难以准确表示所有方向上的材料各向异性，特别是55°的难磁化角处。

（4）无论是使用2D还是3D有限元模型分析均表明，不同牌号取向硅钢的磁导率水平在铁损的非线性变化中起着重要作用，尤其是在55°的难磁化角下。

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