CN108693418B - 一种大型卷铁心退火效果的测评方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型卷铁心退火效果的测评方法。通过对不同型号卷铁心进行退火，并测量退火后卷铁心空载损耗；然后基于卷绕路径长度、铁心截面推导出硅钢带沿卷绕方向的电阻定义式，从而计算得到理论的功率值；最后对比实验值与理论值，判断铁心退火工艺效果。本发明能够有效地对卷铁心退火效果进行评测，根据评测结果就能进一步对已有的退火工艺进行改进，有利于提高卷铁心的退火工艺，提高变压器的节能效果。

Description

一种大型卷铁心退火效果的测评方法

技术领域

本发明属于大型牵引变压器铁心退火效果检测技术领域，具体涉及一种大型卷铁心退火效果的测评方法。

背景技术

变压器是供变电系统的核心设备之一，其中空载损耗是变压器的主要损耗之一，相比于传统的叠铁心变压器，卷铁心变压器具有体积小、无接缝、噪声低等优点，尤其能有效降低变压器的空载损耗，可有效提升供变电系统的经济性。卷铁心的退火工艺是铁心生产过程中的重要环节，由于卷铁心是采用一定形状和长度的取向冷轧硅钢片料带，通过心模卷绕而成的铁心，硅钢带在卷绕过程中受到机械应力的影响，使其晶粒磁畴分子排列遭到了破坏，增加了损耗及内应力，因此需通过对卷铁心进行退火以恢复其导磁性能。退火完成后通过对卷铁心损耗测量及和经验公式对比判断铁心的退火效果，但是由于经验公式通常是基于叠铁心的，与卷铁心有一定差异，而目前没有专用于卷铁心损耗评估的经验公式，尤其针对卷绕料带宽度是变化的卷铁心。因此急需提出一种专门针对卷铁心的退火效果评估的方法，以进一步提高卷铁心变压器的性能。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种大型卷铁心退火效果的测评方法，探究大型卷铁心退火效果，其具有操作方便、灵敏度高等特点，能够有效地研究卷铁心退火效果与退火曲线的变化关系，从而为实际工程提供参考。

本发明采用的技术解决方案是：

1)获取待退火的大型卷铁心参数，包括铁心的截面积S，硅钢叠片的单片厚度d，叠片数2k，铁心外截面半径r；

2)选取退火曲线库中对应参数卷铁心的退火曲线，对卷铁心进行退火；所述退火曲线库为基于不同参数卷铁心进行的大量退火试验，而得到的退火温度随时间变化的曲线集合；

3)退火完成后，使用功率分析仪和测量线圈对卷铁心进行损耗测量，并用贝尔托蒂公式从总损耗中分离出涡流损耗部分，得到涡流损耗的计算值P_理想；

4)根据大型卷铁心参数，估算涡流损耗的测量值P_e，包括：

a)对卷铁心截面作均匀等效处理，考虑双轴的对称性，求解铁心的1/4截面积S₀：

式中，i为级数，且满足：

式中，m_k为最大片宽；

b)不改变截面积S和总叠厚b，计算等效片宽m：

c)修正的硅钢片各向异性等效电导率，基于步骤(b)得到的等效片宽对通用的等效电导率进行修正，使其能用于卷铁心的计算，具体计算如下：

式中，[σ]为各向异性等效电导率张量，σ_x为正交于硅钢带轧制方向的等效电导率，σ_y为垂直于硅钢叠片方向的等效电导率，σ_z为平行于硅钢带轧制方向的等效电导率，F为硅钢叠片系数，σ为铁心材质的电导率；

d)求解涡流损耗表达式，涡流场分布函数，从而计算卷铁心的涡流损耗：

式中，ω为角频率，μ为铁心材料的磁导率，U_rms为绕组一次侧电压有效值，f为励磁频率，N为励磁绕组匝数，γ为场集肤程度比值；

5)根据铁心退火质量指数Q判断大型卷铁心退火效果：

若Q≤5％则判定卷铁心性能很好。

本发明提供的评测方法，能够有效地对卷铁心退火效果进行评测，根据评测结果就能进一步对已有的退火工艺进行改进，有利于提高卷铁心的退火工艺，提高变压器的节能效果。

附图说明

图1为本发明中垂直于卷绕路径的截面示意图

图2为本发明中大型卷铁心退火实施例的流程图

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明中垂直于卷绕路径的截面示意图。在卷绕过程中为保证铁心心柱截面近似为圆形，叠片宽度需逐渐变化，以满足变压器线圈绕制的需要。然而这会导致硅钢片的截面积逐渐增大，电阻也随即改变。

图2为本发明中大型卷铁心退火实施例的流程图：

1)获取待退火的大型卷铁心参数，包括铁心的截面积S，硅钢叠片的单片厚度d，叠片数2k，铁心外截面半径r；

2)选取退火曲线库中对应参数卷铁心的退火曲线，对卷铁心进行退火，其中退火曲线库为基于不同参数卷铁心进行的大量退火试验，而得到的退火温度随时间变化的曲线集合；

3)退火完成后，使用功率分析仪和测量线圈对卷铁心进行损耗测量，并用Bertotti(贝尔托蒂)公式从总损耗中分离出涡流损耗部分；

4)根据大型卷铁心参数，输入损耗估算程序，其估算步骤包括：

a)对卷铁心截面作均匀等效处理，考虑双轴的对称性，取截面的1/4作为研究对象，精确求解铁心的1/4截面积S₀：

式中，i为级数，d为硅钢叠片的单片厚度，k为叠片数的一半，r为铁心外截面半径，且满足：

式中，m_k为最大片宽；

b)不改变截面积S和总叠厚b，计算等效片宽m：

c)修正的硅钢片各向异性等效电导率，基于步骤(b)得到的等效片宽对通用的等效电导率进行修正，使其能用于卷铁心的计算，具体计算如下：

式中，[σ]为各向异性等效电导率张量，σ_x为正交于硅钢带轧制方向的等效电导率，σ_y为垂直于硅钢叠片方向的等效电导率，σ_z为平行于硅钢带轧制方向的等效电导率，F为硅钢叠片系数，σ为铁心材质的电导率；

d)求解涡流损耗表达式，涡流场分布函数，从而计算卷铁心的涡流损耗：

式中，ω为角频率，μ为铁心材料的磁导率，U_rms为绕组一次侧电压有效值，f为励磁频率，N为励磁绕组匝数，γ为场集肤程度比值；

e)根据铁心退火质量指数Q判断大型卷铁心退火效果：

式中，Q为铁心退火质量指数，P_理想为涡流损耗的计算值，P_ε为涡流损耗的测量值。若Q≤5％则认为生产出来的卷铁心性能很好。

Claims (1)

1.一种大型卷铁心退火效果的测评方法，其特征在于，包括：

1)获取待退火的大型卷铁心参数，包括铁心的截面积S，硅钢叠片的单片厚度d，叠片数2k，铁心外截面半径r；

2)选取退火曲线库中对应参数卷铁心的退火曲线，对卷铁心进行退火；所述退火曲线库为基于不同参数卷铁心进行的大量退火试验，而得到的退火温度随时间变化的曲线集合；

3)退火完成后，使用功率分析仪和测量线圈对卷铁心进行损耗测量，并用贝尔托蒂公式从总损耗中分离出涡流损耗部分，得到涡流损耗的计算值P_理想；

4)根据大型卷铁心参数，估算涡流损耗的测量值P_e，包括：

a)对卷铁心截面作均匀等效处理，考虑双轴的对称性，求解铁心的1/4截面积S₀：

式中，i为级数，且满足：

式中，m_k为最大片宽；

b)不改变截面积S和总叠厚b，计算等效片宽m：

c)修正的硅钢片各向异性等效电导率，基于步骤(b)得到的等效片宽对通用的等效电导率进行修正，使其能用于卷铁心的计算，具体计算如下：

式中，[σ]为各向异性等效电导率张量，σ_x为正交于硅钢带轧制方向的等效电导率，σ_y为垂直于硅钢叠片方向的等效电导率，σ_z为平行于硅钢带轧制方向的等效电导率，F为硅钢叠片系数，σ为铁心材质的电导率；

d)求解涡流损耗表达式，涡流场分布函数，从而计算卷铁心的涡流损耗：

式中，ω为角频率，μ为铁心材料的磁导率，U_rms为绕组一次侧电压有效值，f为励磁频率，N为励磁绕组匝数，γ为场集肤程度比值；

5)根据铁心退火质量指数Q判断大型卷铁心退火效果：

若Q≤5％则判定卷铁心性能很好。