损耗值最低30.71mW！张长庚团队提出变压器混片铁心优化方法

损耗值最低30.71mW！张长庚团队提出变压器混片铁心优化方法

电力变压器在电力系统中扮演着非常关键的角色，其安全稳定运行离不开优良性能的铁心结构。铁心是电力变压器的重要组成部分，它既是变压器的磁通回路，又是变压器的支撑核心，选择合适的铁心叠片对于提高变压器的性能至关重要。

近日，张长庚等人基于ANSYS Maxwell有限元仿真软件，建立了三相三柱式变压器铁心模型，变压器铁心采用不同型号的电工钢片叠制而成。团队通过仿真计算，选出最优的叠片组合，以降低变压器铁心损耗并提升变压器整体的工作效率。

研究背景

在现代电力系统中，配电变压器是不可或缺的重要设备，它就如同电力传输的关键节点，保障着电力的稳定供应和高效分配。而在这其中，变压器的核心部件——铁心，更是重中之重，其材料的选择对于整体效率和稳定性有着决定性的影响。

在变压器日复一日的工作过程中，铁心不可避免地会产生损耗，进而引发一定的热效应。这就好比汽车长时间行驶会发热一样，变压器铁心的发热若不加以控制，过高的温度将会成为“隐形杀手”。它会加速铁心的老化进程，如同岁月在人的脸上刻下皱纹，使铁心的性能逐渐衰退。而铁心性能的下降，直接反映在变压器工作效率的降低和使用寿命的缩短上。

为了应对这一问题，混合叠片成为了一种常用的解决方案。即在变压器铁心主体中巧妙地加入不同型号的硅钢片。这种方式就像是烹饪中的巧妙搭配，既能降低损耗，又能有效地控制成本。

然而，目前关于变压器铁心损耗的研究现状却有些不尽人意。大多数研究主要集中在由单型号硅钢片构成的铁心上，对于混合叠片这种更具实际应用价值和潜力的方式，相关研究相对较为有限。

铁心叠片探索

在此次研究过程中，团队展现出了严谨的科学态度和精湛的技术手段，成功建立了三相三柱式变压器铁心模型。值得一提的是，此变压器铁心并非采用单一型号的材料，而是由不同型号的电工钢片精心叠制而成。

在仿真环节，为了确保实验数据的准确性和可靠性，团队采取了一系列严格的控制措施。在绕组所加激励保持恒定，以及铁心尺寸固定不变的前提下，通过巧妙地改变硅钢片的类别，深入分析不同铁心叠片混合时的变压器磁通密度分布情况。这一过程就如同在复杂的拼图游戏中寻找规律和线索。

为了更全面、深入地探究其中的奥秘，研究团队将变压器三相铁心细致地分成了六种组合进行详细分析。并且，在铁心达到磁饱和这一关键节点之后，选取了不同铁心叠片中心柱上处于同一高度的点，以此来精准观察磁通密度的数值变化。

经过一系列严谨的测试和分析，研究结果逐渐清晰。当铁心全部由HGO叠片叠置时，磁通密度呈现出最大值；而当铁心全部由CGO叠片叠置时，磁通密度则处于最小值。不过，令人稍感意外的是，不同规格的铁心叠片在磁通密度值方面的差异并不是特别显著。其中，HGO铁心叠片的磁通密度约为1.83T，CGO叠片的磁通密度约为1.72T。

损耗差异之谜

对于同尺寸的铁心叠片来说，HGO叠片展现出了更出色的性能，其磁导率明显大于CGO铁心叠片。这一特性直接导致了在能量传输过程中的损耗差异，HGO叠片的损耗值小于CGO叠片。正因如此，全部采用HGO材料制成的铁心在损耗方面表现卓越，具有最小值，仅为30.71mW。相比之下，全部由CGO材料制成的铁心，其损耗则高达45.89mW，这一差距清晰地反映了材料特性对损耗的显著影响。

在由混合材料叠置而成的铁心中，情况则更为复杂。损耗的大小并非简单取决于材料本身，而是与混合材料的比例以及尺寸密切相关。这就如同调配一种特殊的“秘方”，比例和尺寸的细微变化都可能带来截然不同的结果。

当在CGO电工钢铁心主级中依次加入HGO电工钢叠片时，会出现一个令人欣喜的现象，总的铁心损耗呈现出逐渐降低的趋势。这意味着通过合理的材料搭配，可以有效地优化铁心的性能，降低能量损耗。反之，若在HGO电工钢铁心主级中加入CGO电工钢片，总的铁心损耗则会增大，最大增幅甚至达到了49.4%。这种强烈的对比再次凸显了在选择和搭配铁心材料时需要谨慎权衡，以达到最优的性能和最低的损耗。

这一系列的研究成果为变压器铁心的设计和制造提供了重要的理论依据和实践指导，有助于进一步提升变压器的效率和可靠性。