在我国输配电系统中,配电网损耗占总电网损耗的3/4以上,其中配电变压器作为基础电力设备,在电网变压器总数中占比最大,降低配电变压器铁心损耗是降低整个系统损耗的有效途径。非晶合金和取向硅钢是制备变压器铁心常用的软磁材料,但采用单一硅钢或者非晶制备的铁心难以兼顾高设计磁密、低空载损耗特点。为此,设计出综合非晶和取向硅钢各自优点的混合磁路铁心,对提高配电变压器铁心饱和磁感应强度以及降低配电变压器铁心损耗具有重要意义。
日前,中国电力科学研究院杨富尧等人设计出以内层硅钢、外层非晶为基础的混合磁路铁心结构。通过揭示混合磁路铁心磁性能匹配规律,为混合磁路配电变压器铁心研制提供依据。相关研究成果以“Research on magnetic field characteristics of amorphous alloy and grain-oriented silicon steel hybrid magnetic circuit iron cor”为题在Electrical Materials and Applications上发表。研究人员设计并研制出一种非晶合金-取向硅钢混合磁路铁心,来探究非晶合金与取向硅钢不同配比下的磁性能匹配规律。
根据非晶合金-取向硅钢铁心磁性能对比特性,建立了非晶合金-取向硅钢混合磁路铁心等效双非线性磁路模型,接着设计出以内层硅钢、外层非晶为基础的混合磁路铁心结构,采用自研非晶材料制备了不同材料占比的六种混合磁路铁心模型,对其进行仿真分析,获得混合磁路铁心磁密分布,仿真结果初步验证了取向硅钢和非晶合金材料占比对磁密分布结果会造成一定的影响。
根据设计结果,利用磁特性测量平台对制备的六种混合磁路铁心进行测量,可知在整体铁心处于低磁密情况下,非晶合金的磁密高于取向硅钢的磁密;而随着磁密逐渐增加,超过某一临界点后,取向硅钢的磁密开始超过非晶合金的磁密。所以,为了防止非晶合金出现过饱和现象,应将混合磁路铁心的工作点设计高于临界点。在平均磁密一定的情形下,对不同硅钢占比的磁通密度分布进行了分析。
当平均磁密超过0.7T时,取向硅钢的磁通密度随着占比的增大而减小。最后将平均磁密1.2T下的仿真和实验结果进行对比,最大平均相对误差出现在No5模型的非晶上,仅为7.93%,硅钢的平均相对误差最大仅为3.69%,证明仿真方法的有效性。的确,非晶合金和取向硅钢混合磁路铁心在变压器应用是积极尝试。国内外也有科研工作者和企业在非晶电机铁心制备上也采用非晶合金和无取向硅钢融合设计,取长补短,取得意想不到的效果。当前,非晶电机产业发展进入快速发展通道。4月17日将在广州举办的非晶电机研讨会,全方位介绍非晶电机产业最新进展和应用方向。