一种变压器用混合材料卷铁心截面设计方法技术

一种变压器用混合材料卷铁心截面设计方法，属于变压器铁心设计技术领域。该设计方法为，计算峰值负载条件下的混合材料铁心磁通密度；根据额定运行条件下和峰值负载条件下混合材料铁心磁通密度，得到混合材料中每种材料的额定运行条件下和峰值负载条件下的损耗密度；计算混合材料卷铁心截面中不同材料所占面积之间的相比值；根据卷铁心截面形状以及不同材料所占面积之间的相比值，计算每种材料在卷铁心截面的分布情况，得到混合材料卷铁心截面设计的方案。根据负载波动情况计算材料比例，制作变压器用混合材料卷铁心，相比单一材料或其他比例混合材料，利用了两种材料各自的饱和特性，解决了额定和负载波动条件下变压器饱和铁心损耗矛盾问题。心损耗矛盾问题。心损耗矛盾问题。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器用混合材料卷铁心截面设计方法


[0001]本专利技术涉及变压器铁心设计
，特别涉及一种变压器用混合材料卷铁心截面设计方法。

技术介绍

[0002]目前，变压器铁心用导磁材料主要有硅钢和非晶合金。相比硅钢，非晶合金饱和磁通密度低，且具有未饱和时损耗密度低，饱和后损耗密度高的特点。因此，非晶合金铁心变压器常用于容量小、电压等级低的电网中。
[0003]变压器铁心设计常采用单一材料，无法兼顾不同饱和情况下铁心损耗水平。如额定运行时，相同容量设计的硅钢铁心变压器铁心损耗高于非晶合金变压器。电网内负载发生波动性变化，非晶合金材料制造变压器铁心将出现过饱和现象。饱和后，非晶合金变压器铁心损耗大幅度上升，甚至过热，严重影响变压器运行的安全性。
[0004]采用硅钢和非晶合金材料混合，有望实现同时降低未饱和、饱和两种状态的变压器铁心损耗。考虑到非晶合金带材高硬度、不易切割，变压器用混合材料铁心需采用卷铁心结构。目前，非晶合金变压器卷铁心为矩形截面，在绕组强度和漏磁水平两个指标上低于圆形截面铁心变压器。采用两种材料混合卷绕铁心，有望实现非晶合金材料变压器圆截面卷铁心设计。
[0005]混合材料卷铁心截面包括两种材料。如何计算两种材料占比，进行卷铁心截面设计，保持负载波动条件下较低的变压器铁心损耗，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种变压器用混合材料卷铁心截面设计方法，能够降低负载波动条件下变压器的铁心损耗，同时满足了混合材料卷铁心圆形、矩形截面设计的需要。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0008]一种变压器用混合材料卷铁心截面设计方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、计算峰值负载条件下的混合材料卷铁心磁通密度；
[0010]步骤2、根据额定运行条件下和峰值负载条件下混合材料卷铁心磁通密度；得到混合材料中每种材料的额定运行条件下和峰值负载条件下的损耗密度；
[0011]步骤3、计算混合材料卷铁心截面中不同材料所占面积之间的相比值；
[0012]步骤4、根据卷铁心截面形状以及不同材料所占面积之间的相比值，计算每种材料在卷铁心截面的分布情况，得到混合材料卷铁心截面设计的方案。
[0013]进一步地，所述步骤1中混合材料卷铁心磁通密度，按如下公式计算：
[0014][0015]其中，B
p
为峰值负载条件下的卷铁心磁通密度，B为额定运行条件下的混合材料卷
铁心磁通密度，K1为负载系数，K2为峰值负载系数。
[0016]进一步地，所述步骤2中的混合材料包括材料1和材料2，材料1在额定运行条件下的损耗密度为P
n1
，材料1在峰值负载条件下的损耗密度为P
p1
，材料2在额定运行条件下的损耗密度为P
n2
，材料2在峰值负载条件下的损耗密度为P
p2
。
[0017]进一步地，所述步骤3中混合材料卷铁心截面中不同材料所占面积之间的相比值，按如下公式计算：
[0018][0019]其中，K为混合材料卷铁心截面中不同材料所占面积之间的相比值，t为峰值负载的持续时间。
[0020]进一步地，所述卷铁心截面为圆形时，按照分级方法进行卷铁心截面设计，所述分级方法为采用若干个不同宽度的带材层叠制成卷铁心，所述混合材料卷铁心的带材叠片的片宽从中间到两边依次递减，相同宽度的带材叠片为同一级，混合材料卷铁心截面设计的方案如下：
[0021]S1、计算混合材料卷铁心圆形截面的半径，公式如下：
[0022][0023]其中，R为混合材料卷铁心圆形截面的半径，K
d
为变压器卷铁心设计经验系数，P
VA
为变压器每柱容量；
[0024]S2、计算混合材料卷铁心带材叠片每级的片宽和叠厚，公式如下：
[0025][0026]其中，n为混合材料卷铁心截面上的带材叠片总级数，k为每级的编号，混合材料卷铁心圆形截面上的n级带材叠片的片宽的排布方式为：从中间至两边、从宽至窄排列，1≤k≤n，L
k
为第k级带材叠片的片宽，d
k
为第k级带材叠片的叠厚；
[0027]S3、计算每级带材叠片的截面积，公式如下：
[0028]A
k
＝L
k
·
d
k
[0029]其中，A
k
为第k级带材叠片的截面积；
[0030]S4、计算前k级中材料选择系数，公式如下：
[0031][0032]其中，η
k
为前k级材料选择系数；
[0033]S5、根据混合材料卷铁心截面中不同材料所占面积之间的相比值K和材料选择系数η
k
确定前k级的材料，判断条件，公式如下：
[0034][0035]当满足上述判断条件时，第1～k级带材叠片选用相同的材料，第k+1～n级带材叠片选用相同的材料；
[0036]S6、比较P
n1
和P
n2
，当P
n1
≤P
n2
时，第1～k级带材叠片选用材料1，第k+1～n级带材叠片选用材料2；当P
n1
＞P
n2
时，第1～k级带材叠片选用材料2，第k+1～n级带材叠片选用材料1。
[0037]进一步地，所述卷铁心截面为矩形时，选用所有材料的带材叠片的宽度均相同，以混合材料卷铁心总厚度按比例分别选用材料，混合材料卷铁心截面设计的方案如下：
[0038]比较P
n1
和P
n2
，当P
n1
≤P
n2
时，混合材料卷铁心总厚度的选用材料1，混合材料卷铁心总厚度的选用材料2；
[0039]当P
n1
＞P
n2
时，混合材料卷铁心总厚度的选用材料2，混合材料卷铁心总厚度的选用材料1。
[0040]进一步地，材料1为硅钢片，材料2为非晶合金。
[0041]与现有技术相比，本专利技术提出的变压器用混合材料卷铁心截面设计方法，有益效果是：
[0042]a.铁心损耗低；根据负载波动情况计算材料比例，制作变压器用混合材料卷铁心，相比单一材料或其他比例混合材料，充分利用了两种材料各自的饱和特性优势。
[0043]b.节约成本；制作大容量非晶合金变压器时，为了降低损耗密度，需要采用更多的卷铁心材料，通过按比例混合成本较低的硅钢材料制造卷铁心，能够在保证低损耗水平的同时，大幅度降低变压器成本。
[0044]c.突破技术瓶颈；目前，非晶合金带材制造和加工水平受限，无法制造任意宽度的变压器卷铁心叠片，导致非晶合金变压器卷铁心截面常为矩形，导致绕组强度和漏磁指标偏低。采用本专利技术技术路线制造大容量变压器，可以混合采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变压器用混合材料卷铁心截面设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、计算峰值负载条件下的混合材料卷铁心磁通密度；步骤2、根据额定运行条件下和峰值负载条件下混合材料卷铁心磁通密度；得到混合材料中每种材料的额定运行条件下和峰值负载条件下的损耗密度；步骤3、计算混合材料卷铁心截面中不同材料所占面积之间的相比值；步骤4、根据卷铁心截面形状以及不同材料所占面积之间的相比值，计算每种材料在卷铁心截面的分布情况，得到混合材料卷铁心截面设计的方案。2.根据权利要求1所述的变压器用混合材料卷铁心截面设计方法，其特征在于，所述步骤1中混合材料卷铁心磁通密度，按如下公式计算：其中，B
p
为峰值负载条件下的卷铁心磁通密度，B为额定运行条件下的混合材料卷铁心磁通密度，K1为负载系数，K2为峰值负载系数。3.根据权利要求2所述的变压器用混合材料卷铁心截面设计方法，其特征在于，所述步骤2中的混合材料包括材料1和材料2，材料1在额定运行条件下的损耗密度为P
n1
，材料1在峰值负载条件下的损耗密度为P
p1
，材料2在额定运行条件下的损耗密度为P
n2
，材料2在峰值负载条件下的损耗密度为P
p2
。4.根据权利要求3所述的变压器用混合材料卷铁心截面设计方法，其特征在于，所述步骤3中混合材料卷铁心截面中不同材料所占面积之间的相比值，按如下公式计算：其中，K为混合材料卷铁心截面中不同材料所占面积之间的相比值，t为峰值负载的持续时间。5.根据权利要求4所述的变压器用混合材料卷铁心截面设计方法，其特征在于，所述混合材料卷铁心截面为圆形时，按照分级方法进行卷铁心截面设计，所述分级方法为采用若干个不同宽度的带材层叠制成卷铁心，所述混合材料卷铁心的带材叠片的片宽从中间到两边依次递减，相同宽度的带材叠片为同一级，混合材料卷铁心截面设计的方案如下：S1、计算混合材料卷铁心圆形截面的半径，公式如下：其中，R为混合材料卷铁心圆形截面的半径，K
d
为变压器卷铁心设计经验系数，P
VA
为变压器每柱容量；S2、计...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博，董婷，张淼，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：