非晶合金干式变压器的特点及性能分析

非晶合金变压器是新型节能变压器，采用新型导磁材料，非晶合金制造铁芯。与以硅钢片为核心的变压器相比，空载损耗降低了70%以上，空载电流降低了约80%。它是一种节能效果理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区。

　　自从20世纪80年代美国引入第一个非晶合金变压器以来，非晶合金材料和非晶合金配电变压器的发展非常迅速。到目前为止，全球约有200万个非晶合金变压器在运行。

　　1非晶合金材料和干式变压器的特性

　　非晶合金是一种特殊的软磁材料，厚度仅为0.03毫米。它是在超快速冷却(冷却速率10-7℃/ S)后由一定比例的合金原料在熔融状态下形成的金属带。与冷轧硅钢片相比，非晶合金材料具有以下特点：1。各向同性软磁材料; 2单位铁损较低，比硅钢板低70%~80%; 3厚度极薄，仅0.03mm，填充系数低; 4高电阻率，小涡流损耗; 5制造工艺大大简化，节能，无污染; 6硬度，高切削要求; 7必须退火，易碎; 8对机械应力敏感，应力会影响性能。

　　由于其极低的损耗，非晶合金材料特别适合用作配电变压器的磁芯，以减少其空载损耗。然而，为了防止非晶合金芯因力而影响其性能，该结构是专门设计的，这与传统的变压器不同。

　　非晶合金变压器可分为油浸式和干式。非晶合金干式变压器有环氧树脂浇铸和开放式两种，有环氧树脂浇铸。

　　非晶合金芯具有矩形横截面，开口芯，在轭处断裂，通过打开断裂组绕组，然后闭合断裂。铁芯通常是三相四框架五柱结构。高低压绕组相应地制成矩形，低压通常是箔绕型，高压是绕线型，并且浇注环氧树脂。非晶合金干式变压器是一种新型的低损耗干式变压器。由于传统干式变压器的优点，如阻燃，高可靠性和免维护，非晶合金干式变压器在配电变压器市场。具有广阔的发展前景。

　　2非晶合金干式变压器的设计和工艺要求

　　2.1磁密度选择

　　磁密度设计在非晶合金干式变压器的成本，性能和噪声水平中起着决定性的作用，是非晶变压器设计中较关键的参数。由于非晶合金材料的特殊性，饱和磁密度小于1.5T，远低于冷轧硅钢片的饱和磁密度(约2.0T)。而且，非晶态合金在饱和后的损耗和发热非常严重，并且有可能在一个方向上被磁化。因此，在电磁设计中，必须合理地选择工作磁密度。另外，变压器的噪声主要来源于芯材的磁致伸缩引起的磁芯振动，非晶合金的磁致伸缩比硅钢板的磁致伸缩高约10%。为了降低噪声，非晶合金芯必须获得与冷轧硅钢片芯相同或相似的磁致伸缩。因此，要求非晶合金干式变压器的工作磁密度低于冷轧硅钢板的工作磁密度。非晶合金芯的横截面增加约50%，并且芯质量增加约40%，这在一定程度上增加了变压器的噪声和成本。

　　研究表明，每增加0.05T的磁密度，空载噪声就会增加约2dB。如果变压器完成，噪声可以增加大约3dB。因此，选择合适的磁密度是设计非晶合金干式变压器的关键。有必要考虑磁密度对噪声的影响，并考虑磁密度对材料成本的限制，并在满足噪声要求的前提下较小化铁芯的数量。 。根据目前非晶合金干式变压器的制造经验和制造水平，更适合选择1.3或更低的磁芯密度，但必须结合公司自己的工艺水平。

　　2.2过程因素

　　除了单位损耗W / kg之外，非晶合金芯设计的另一个重要参数是单位磁化容量VA / kg。降低非晶芯的单位磁化容量VA / kg也可以达到降噪的目的。由于非晶磁芯单元的磁化容量VA / kg与单位损耗W / kg具有约束关系，因此为了获得较低的单位磁化容量VA / kg，需要确定企业的技术水平。在变压器制造过程中，4或8在组装芯框架和绕组时，需要打开开缝，设定绕组和重新连接接头。与裸芯相比，这些强制芯的操作导致组装后的磨损和噪声增加。在设计时，我们应该考虑这个附加值，即过程因子，它与许多因素有关，例如铁芯和绕组的组合以及加工水平。企业组装工具先进，装配水平高，工艺系数低，空载损耗高。低。通过选择较高的单位损耗W / kg以获得较低的单位磁化容量VA / kg，即在空载损耗满足要求的前提下，将过量的“损耗性能”转换为“磁化性能”至达到降低噪音的目的。只有经过长时间的勘探和制造，我们才能获得与公司本身一致的精确工艺因素。

　　2.3矩形绕组

　　根据非晶合金变压器的特殊要求，必须采用矩形绕组。矩形绕组和传统的圆形绕组在设计和工艺制造方面有很大不同。由于导线比圆形绕组更不适合矩形模具，因此控制矩形绕组的径向尺寸。设计应采用适当的绕组余量，夹具在工艺上成型，矩形绕组的径向尺寸得到很好的控制。

　　2.4连接组选择

　　由于非晶合金芯采用三相四框五柱型，为了避免三次谐波，在侧柱上形成环，连接组采用Dyn11。

　　2.5过程控制

　　过程控制是非晶合金设计和制造中不可忽视的一个因素。目前，非晶合金干式变压器的三相五柱组件设计有两种组装方式：倒装式和扁平式。组装方式影响非晶合金芯的接头质量，芯的接头质量直接影响产品的噪声。通常，扁平安装型对非晶线圈芯开口的损坏较小，并且接头质量较好，有效地防止碎屑落入绕组中，但相对工艺要求更高。

　　非晶合金芯的开口接头处理一般遵循以下原则：1搭接长度12~16mm，不小于8mm; 2圈搭接面平整，无毛刺，尖角;搭接后可使用3种特殊胶水(3M胶)或插入耐高温胶水，防止芯片产生，减少接缝处的振动。

　　2.6机械强度非晶合金干式变压器与传统的干式变压器有很大的不同。由于非晶合金材料的特殊性，损耗将增加约60%，噪声将增加，这将严重影响性能。因此，必须确保非晶合金芯不受外部应力。为了不过度强制铁芯，铁芯悬挂在绕组上，铁芯仅具有自身的品质，没有其他的压力。在结构上，主体的上侧和下侧由夹子形结构组装，并且绕组和芯由结构构件支撑。因此，上夹具和下夹具的承载强度成为结构设计的关键。

　　通过机械分析，合理地选择弯曲板的厚度和夹子的弯曲尺寸，以确保夹子上的较大应力。

　　小于夹紧钢的允许应力。

　　2.7短路电阻

　　由于非晶合金芯不能承受外力，结构特性决定了非晶合金干式变压器不如传统变压器好。因此，突然的短路耐受试验已成为非晶合金干式变压器的生产，制造和销售的技术“门槛”。

　　由于非晶合金带的特殊性，选择非晶合金变压器铁芯的矩形截面。从成本和绝缘距离的角度来看，高低压绕组也设计成矩形。当变压器短路时，高压绕组径向向外，并且当受到短路电力时，低压绕组的排斥力径向向内。矩形绕组的应力小于圆形绕组，并且在受到短路电力时容易因力而变形。另外，非晶合金干式变压器的特殊结构不是传统的采用铁心作为主要承重结构构件的设计方案，而是绕组轴向承载结构。因此，矩形绕组在轴向和径向方向上的短路电功率的测试比圆形绕组的测试更严格。

　　由于绕组轴向通过间隔件在上夹具和下夹具之间受压，因此高压绕组是环氧树脂铸造的刚体结构，其足以承受在短路期间产生的芯质量和轴向电力，以及轴向电功率和圆形形状的计算和验证绕组是相同的。低压绕组用铜箔缠绕，烘箱固化，其刚性不如树脂浇铸。因此，当低压绕组短路时向内收缩的矩形截面箔的径向电功率成为非晶合金干式变压器短路时较严重的点。

　　具有径向短路电功率的非晶合金干式变压器绕组在结构和应力条件下与圆形绕组差别很大，无法通过圆形绕组的经验公式计算和验证。可以使用结构模拟分析软件进行矩形结构绕组的有限元分析。可以得出结论，矩形绕组的径向变形在受到短路电力时较严重。因此，矩形绕组的设计应尽可能靠近方形，在这种情况下，力变形是较小的。在组装过程中，支撑块可以在长度和宽度方向上填充以增强其强度。