非晶合金变压器设计正文

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1、南华大学电气工程学院毕业设计1非晶合金变压器综述1.1非晶合金材料在日常生活中人们接触的材料一般有两种：一种是晶态材料，另一种是非晶态材料。所谓晶态材料，是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。反之，内部原子排列处于无规则状态，则为非晶态材料,一般的金属，其内部原子排列有序，都属于晶态材料。科学家发现，金属在熔化后，内部原子处于活跃状态。一但金属开始冷却，原子就会随着温度的下降，而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来，形成晶体。如果冷却过程很快，原子还来不及重新排列就被凝固住了，由此就产生了非晶态

2、合金,制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上。钢水以每秒百万度的速度迅速冷却，仅用千分之一秒的时间就将1300℃的钢水降到200℃以下，形成非晶带材。非晶态合金与晶态合金相比，在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁元素为主的非晶态合金为例，它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。由于这样的特性,非晶态合金材料在电力、能源、电子、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。例如，用于航空航天领域，可以减轻电源、设备重量，

3、增加有效载荷。用于民用电力、电子设备，可大大缩小电源体积，提高效率，增强抗干扰能力。微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器。非晶合金神奇的功效，具有广阔的市场前景。1.2非晶合金的主要特点（1）非晶合金铁心1）非晶合金铁心片厚度极薄，仅0.025mm，不到常用硅钢片的1/10；叠片系数较低，只有0.86；带材有142、170、213mm3种宽度。2）非晶合金的饱和磁通密度较低，单相变压器一般取1.3～1.4T，三相变压器一般取1.25～1.35T，因此，产品设计受到材料的限制。第55

4、页共56页南华大学电气工程学院毕业设计3）非晶合金的硬度较大，是取向硅钢片的5倍，因此，加工剪切很困难，对设备、刀具要求较高。一般是对边缘剪切处进行加温从而获得良好的剪切面，心柱由同一宽度的非晶合金带卷制而成，故铁心截面呈长方形，相应的高、低压绕组均为矩形。4）非晶合金在成材过程中急速冷却和卷绕铁心时会产生应力，为了获得良好的损耗特性，非晶合金铁心成型后必须在一定的磁场条件下进行退火处理。其退火工艺比较复杂，要求较高。5）非晶合金铁心材料退火之后的脆性（易产生碎屑）也是设计制造时需关注的问题，需要

5、采取一定的工艺措施。6）非晶合金铁心材料对机械应力非常敏感，无论是张引力还是弯曲应力都会影响其磁性能，所以，铁心的损耗会随着压力的增大而增加。这需要在器身结构设计方案中予以充分考虑。图1.1单相非晶合金铁心结构示意图7）单相非晶合金铁心变压器的铁心结构一般为“框”形，如图1.1所示；三相变压器的结构则由4个“框”合并成类似的三相五柱式结构，如图1.2所示；容量较大时，则采用8个铁心框叠放在一起的结构。图1.2三相非晶合金铁心结构示意图第55页共56页南华大学电气工程学院毕业设计（2）非晶合金铁心变

6、压器运行后的空载损耗非晶合金片磁滞损耗和涡流损耗都明显低于取向硅钢片，因此非晶合金铁心配电变压器的空载损耗只有S11型配电变压器空载损耗的40％，甚至更少。但也有人认为，运行后的非晶合金铁心变压器的空载损耗会呈增加趋势。此问题早在开发非晶合金变压器期间已经有所考虑。1982年，第一台非晶合金铁心变压器在美国挂网运行；1983年，美国电力研究院（EPRI）、GE公司及纽约州电力公司曾考虑到了这一问题，并于1985年，将已制成的台、柱上变压器送到个成员单位进行为期年的现场试验。现场试验的测试数据表明，

7、运行2年后其空载电流和空载损耗与交付试验时的极为接近。日本东京电力公司、Takao电气公司和日立电气公司对非晶合金变压器的长期可靠性做了深入细致地研究。他们从1991年起对不同容量的200台非晶变压器进行了加速老化、现场运行、短路、冲击等试验，还进行了负荷和振动对变压器空载特性的影响测试。研究结果表明，在30年寿命期内，其空载特性是稳定的，运行是可靠的。我国对此问题亦有研究。1995年，作为非晶合金配电变压器试运行单位的甘肃省天水市北道区电力局，根据冶金部、电力部关于攻关试验项目试验测试的规定要求

8、，对10台挂网运行2个月的非晶合金变压器进行了测试，测试结果与运行前的测试值是相一致的。铁心材料被制作成形铁心后已经过了约400℃高温的退火处理，这对于正常运行温度、短路热稳定温度都已是足够高的了，所以不必担心材质会在30年寿命期内因温度而发生变化。因此，非晶合金变压器不存在空载损耗在运行中会有所增加的可能。（3）非晶合金变压器噪声研究表明，铁心片的磁滞伸缩现象是产生变压器噪声的主要原因，这与铁心的尺寸和磁通密度有关系。在10%同一磁通密度下的磁滞伸缩程度，非晶合金的这一指标比传统