摘 要
利用立體卷鐵心變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析其節(jié)材節(jié)能。通過在一定的條件下的對比計(jì)算，得出立體卷鐵心硅鋼片用量比疊片鐵心下降約23%，鐵心質(zhì)量的下降使得變壓器空載損耗下降l8%～28%。利用其空載損耗低的優(yōu)勢，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品最優(yōu)方案時，立體卷鐵心變壓器的成本將會大幅度下降。立體卷鐵心變壓器是一種節(jié)材節(jié)能效果非常突出的環(huán)保產(chǎn)品，尤其適合高標(biāo)準(zhǔn)、低損耗的領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞
立體卷鐵心變壓器；疊片鐵心變壓器；空載損耗；節(jié)能
立體卷鐵心變壓器因其三相對稱的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，具有三相磁路對稱、勵磁電流小、空載損耗低、諧波小、噪聲低等特點(diǎn)。該類變壓器在許多要求高性能、低損耗的市場領(lǐng)域廣泛運(yùn)用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
如圖1所示，立體卷鐵心在空間結(jié)構(gòu)上完全對稱，比三相三柱疊片鐵心（以下簡稱疊片鐵心）更容易保證各項(xiàng)電磁參數(shù)引。這種鐵心具有節(jié)材節(jié)能的突出優(yōu)勢，將立體卷鐵心運(yùn)用在損耗標(biāo)準(zhǔn)高的S13系列變壓器中時，其優(yōu)勢更為明顯。本文通過對立體卷鐵心與疊片鐵心進(jìn)行對比分析，從理論上計(jì)算m立體卷鐵心的節(jié)材量，并以實(shí)例驗(yàn)證分析結(jié)果的正確性。
1 立體卷鐵必變壓器節(jié)材節(jié)能理論分析
1.1
接近零廢料
立體卷鐵心是由若干根梯形料帶依次連續(xù)卷繞而成，不同尺寸的梯形料帶由專用折線開料機(jī)進(jìn)行套裁加工得到，材料利用率可接近100%。
疊片鐵心的上、下鐵軛及心柱在生產(chǎn)過程中會沖掉三角形的廢料，據(jù)測算這一部分廢料約占疊片鐵心總質(zhì)量的5%。
1.2
立體卷鐵心與疊片鐵心質(zhì)量對比
在鐵心直徑D、心柱截面積S、窗高Hw、中心距L。相同的情況下，立體卷鐵心與疊片鐵心質(zhì)量的差異等于其鐵軛質(zhì)量的差異，見表1
由表1可知，兩種鐵心的心柱質(zhì)量相等(m0)，鐵心質(zhì)量差Δm=m1- m2。下面具體分析m1和m2的計(jì)算，圖2為立體卷鐵心與疊片鐵心尺寸圖。
由表2可知，立體卷鐵心比疊片鐵心質(zhì)量平均下降18%。綜合考慮疊片鐵心廢料浪費(fèi)5%，可得立體卷鐵心比疊片鐵心平均節(jié)約用料23%。
1.3
鐵心填充系數(shù)
立體卷鐵心橫截面是接近圓形的準(zhǔn)多邊形(如圖4(a)所示），其填充系數(shù)為0．95 --0. 96；疊片鐵心橫截面是階梯型(如圖4(b)所示），其填充系數(shù)為0．89～0．925。立體卷鐵心心柱截面積圓內(nèi)的空間填充系數(shù)比疊片鐵心高4%～6%，有效面積S相同時，立體卷鐵心心柱的直徑比疊片鐵心心柱的直徑小2%～3%，可以使線圈導(dǎo)線長度減少2%～3%，既可節(jié)約銅材等原材料，又可降低負(fù)載損耗。
1.4
自然降耗
在單位損耗一定的情況下，鐵心的空載損耗與鐵心質(zhì)量、工藝系數(shù)成正比。假定兩種鐵心的單位損耗為Pt1，鐵軛的單位損耗為Pt2。疊片鐵心的空載損耗為P0a=K0Pt1M，立體卷鐵心空載損耗為P0b=K0(Pt1 m0，+Pt2 m1)。其中K0為工藝系數(shù)，疊片鐵心的工藝系數(shù)取1. 15～1.3，立體卷鐵心因其采用退火工藝，工藝系數(shù)較小，一般取1.05～1.1[5]。利用表2的計(jì)算結(jié)果，立體卷鐵心的質(zhì)量比疊片鐵心約下降18%。由以上關(guān)系，再結(jié)合實(shí)例計(jì)算可知，立體卷鐵心的空載損耗可降低18%～28%。
1.5
從損耗上進(jìn)一步節(jié)材
在相同損耗標(biāo)準(zhǔn)要求下，利用立體卷鐵心空載損耗低的特點(diǎn)，通過提高磁通密度，增大空載損耗，使其和疊片鐵心空載損耗相近，這樣會進(jìn)一步降低立體卷鐵心的質(zhì)量，并同時降低銅材的用量。
2 綜合降低成本實(shí)例計(jì)算
在S13系列變壓器的設(shè)計(jì)中，因空載損耗要求低，設(shè)計(jì)鐵心時必須降低磁通密度，通常取1.4T，采用95硅鋼片，才可能滿足損耗標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣必然導(dǎo)致疊片鐵心的質(zhì)量增加，成本增加。而立體卷鐵心的空載損耗可降低18% N28%，可遁過調(diào)整銅、鐵用量比例和提高磁通密度的方法來利用其空載損耗優(yōu)勢，從而實(shí)現(xiàn)降低銅、鐵用量的目的。實(shí)際上，在空載損耗要求越嚴(yán)格的情況下，13立體卷鐵心變壓器的優(yōu)勢越大。
實(shí)際計(jì)算100 kVA、40() kVA變壓器的成本，結(jié)果見表3。經(jīng)對比可知，立體卷鐵心的銅用量下降約24%，鐵用量下降約26%，最終總成本下降約25%。
3 結(jié)論
本文首先從結(jié)構(gòu)上分析了立體卷鐵心的節(jié)材量，通過節(jié)材使鐵心自然降低損耗，再充分利用其空載損耗低、填充率高的優(yōu)點(diǎn)，綜合降低銅、鐵用量，到達(dá)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。通過本文分析可以得出以下結(jié)論：
a)在相同參數(shù)條件F，立體卷鐵心比疊片鐵心平均節(jié)材23%，空載損耗下降18%～28%。
b)立體卷鐵心橫截面是接近圓形的準(zhǔn)多邊形，其填充系數(shù)比疊片鐵心高4%～6%。
c)綜合利用S13立體卷鐵心變壓器空載損耗低、填充率高的優(yōu)點(diǎn)，其銅材用量可比S13疊片鐵心變壓器下降24%以上，鐵心用量可下降26%以上，最終總成本可下降約25%。
由以上分析可知，立體卷鐵心變壓器是一種節(jié)材節(jié)能效果非常突出的環(huán)保產(chǎn)品，尤其適用于高標(biāo)準(zhǔn)、低損耗的領(lǐng)域。