制造条件对250KVA三腿三相非晶配电变压器性能的影响

一、引 言
在配电变压器中，用非晶软磁铁芯代替硅钢片，将会大大地节省电能。至今，在三相配电变压器中主要采用五腿非晶磁芯[1]。通过模拟研究表明[2，3]，运用三腿磁芯设计，可以使三相变压器获得较好的性能。为了证明这一点，需要检验用非晶磁芯制造若干个三相变压器的工艺过程。
此项工作的目的，旨在考核制造三腿三相250 kVA非晶配电变压器(AMDT)的工艺条件对其性能的影响。

二、实 验
按照250 kVA非晶配电变压器的设计、具体技术规格如下: 变比——15kV/0.4kV，空载损失——123.7W，和总尺寸——与同功率Fe-Si磁芯变压器相似。制作这种变压器用的三腿磁芯如图1所示。它由两部分（I，II）组成，尺寸几乎一样。每一部分由2个用一外框围着的内骨架构成。每个骨架的上部有一个交叠接头。磁芯的制造工艺过程包括以下几步：
l用Metglas 2605 TCA 非晶薄带绕成环型磁芯；
l切割，接合和部分磁芯成型（骨架）；
l在磁场（H=15A/cm)中以640K退火；
l最后，装配成三腿磁芯。
4个内骨架与2个外框的尺寸及主要磁参数，分别列于表1中。测定有功功率（P）与视在功率（S）与磁感应强度（B）的关系。使用D6133TE型宽带功率分析仪，测量出三腿磁芯的空载特性。为此，将初级线圈和次级线圈绕在磁芯的腿上（每个线圈28匝）。初、次级线圈，均采用三角形绕组结构。磁化电流的十三次谐波。在B=1.2、1.3和1.38T磁场中测定。为了测量磁通分布，在磁芯上绕了6个探测线圈，它们的安排如图1所示。此外，还测定了有功功率（P）和视在功率（S）与磁感应强度（B）的关系。测试之后，用这个磁芯构成变比为15kV/0.4kV的250kVA三腿三相变压器。


图1 三腿芯及上面的6个探测线圈
三、结果与讨论
AMDT的性能与骨架的性能有关，特别是与它们的P=f(B)和S=F(B)特性曲线关系极大。构成三腿磁芯的4个内骨架的特性，彼此间稍有些差别，而2个外框的特性则几乎是一样的。图2示出内、外两种骨架的P (B) 和S (B) 特性曲线。从图中可以看出，当B值相同时，外骨架的P和S比内骨架的低；在B的函数关系中，B/1.3T时P和S明显增高。由此可以得出这样一个结论：在磁芯工作期间，它的磁化强度不应当超过B=1.3T。测量单个磁芯腿（即图1中的A，B和C）的磁化电流谐波显示，5次谐波居主导地位，在B=1.3T大约占基波（H01）的23%，3次和7次谐波的值也比较高，分别是15%和7~9% H01。图3示出三腿磁芯单个骨架磁通量与磁感应强度B的关系Φ=f (B)。从图1和图3看出，骨架1、2和3（I部）中与骨架4、5和6（Ⅱ部）中的磁通量有着相似的值，因此可以假设，其间稍有差异，也不会妨碍获得有利于三腿磁芯应用的性能。图4绘出空载损失（P）和励磁功率（S）与磁感应强度B间的关系曲线。低的P和S值证实，单个骨架中的磁通均匀性良好。

图2 骨架损耗与激励S功率同B的关系

图3 骨架磁通量与磁感应强度的关系

图4 三腿磁芯损耗（P）与励磁功率（S）同磁感应强度（B）之关系
在变压器生产厂家的普通生产线上，用上述三腿磁芯装配成250 kVA非晶配电变压器。在装配过程中，通过实验选定变压器的安装方法，以避免给磁芯引入附加应力，而对磁性能可能带来影响。在自动试验站上，对这个变压器进行了考核。得到的结果是：空载损失119W，上行电压15750V，下行电压400V，功率250kVA，噪声电平45dB。
四、结 论
研制出用三腿非晶磁芯构成的250kVA三相变压器，将其用在电力分配网络中，满足全部运行条件。应当强调的是，获得的空载损失和噪声电平都很低，分别为119W和45dB，若在这种变压器中使用Fe-Si电工钢片，其损失通常达到550W。这种优良性能，通过选择磁芯在变压器中工作合适的磁感应强度，B=1.3T，并做到磁芯单个骨架内的磁通很均匀，就能够达到。变压器安装技术，这也是一个重要因素，应该防止磁芯产生过剩应力，否则因磁性能受到影响而使变压器性能变坏。

参考文献（略）
译 自: 《J.Magn.Magn.Mater.》
215-216(2000):792-794