新型节能非晶合金铁芯变压器论文1

1、.摘 要变压器是电力系统必不可少的设备之一，其性能的改进几乎全部依靠所用的材料的更新，以及绝缘结构、线圈结构、铁芯结构的变革。变压器效率的提高，完全是由于使用较低铁芯损耗的磁性材料，这种新型节能材料就是非晶合金材料。在我国推广应用非晶合金铁芯配电变压器对节能和环境保护有着重大意义。非晶材料生产过程节能70%，非晶变压器空载损耗减少70%，是双节能产品。据专家测算，相同规格的硅钢变压器与非晶变压器的市场价格之比已由数年前的1：2回落到目前的l：1.3以下。加之又符合国家倡导的“节约资源，保护环境，建设节约性社会”的产业政策，发展正逢其时1。因此，研制新型节能的非晶合金铁芯变压器具有重要意义。本文

2、结合多年来各国关于非晶合金铁芯变压器的研究结果，通过技术人员的不断努力，再加上近年来的一些实测经验，终于研制出一系列适合我厂实际情况的非晶合金变压器，。关键词：变压器；非晶合金；铁芯；技术经济性精品.abstracttransformer is one of necessary equipments for power system，the performance improvement is almost entirely on the materials used in the update，and the insulation，the coil structure，core struct

3、ure change. transformer efficiency is entirely due to a lower core loss of magnetic materials，this new energy-saving material is amorphous material.it is great significance to promote the use of amorphous alloy core distribution transformers for energy conservation and environmental protection，energ

4、y saving 70% of the production process for amorphous materials， amorphous transformer load loss reduced by 70%，so it is a two-energy-saving products. according to expert estimates，the same size transformer with amorphous silicon market price of the transformer has a few years ago，the ratio of 1:2 do

5、wn to the current l:1.3 or less. in line with national advocates of the conservation of resources，environmental protection，construction of a conservation society industrial policy.so，it is important to development new energy-saving transformer amorphous alloy core. this paper combines amorphous core

6、 transformer states on research results of years，through the continuous efforts of technical staff，and some of the actual experience in recent years，we finally developed a series of amorphous alloy transformer for the actual situation.keywords：transformer；amorphous alloy；core；technical and economic精

7、品.目录摘 要iabstractii1 绪论11.1 引言11.2 课题背景21.3 美国非晶合金变压器研制情况21.4 日本非晶合金变压器研制情况41.5 其他国家非晶变压器研制情况51.6 我国非晶合金变压器研制情况62 我厂非晶合金变压器研制情况122.1 变压器原理122.2 变压器的主要参数142.2.1 额定电压142.2.2 额定容量142.2.3 额定电流和频率152.2.4 空载电流和空载损耗152.2.5 阻抗电压和负载损耗162.2.6 磁密选取162.3 非晶合金材料172.3.1 非晶合金材料概况172.3.2 非晶合金的分类192.3.3 非晶合金的物理性能和化学性

8、能19精品.2.3.4 非晶态合金的结构特点202.3.5 非晶合金的应用222.4 非晶合金铁芯变压器的结构及特点222.4.1 铁芯结构222.4.2 绕组232.4.3 绝缘结构242.4.4 生产非晶合金铁芯变压器的技术难点及相应工艺保证措施242.4.5 非晶合金铁芯性能特点252.4.6 变压器效率的计算312.4.7 我厂产品展示342.5 我厂非晶合金变压器实测情况353 非晶合金变压器的实用效益分析363.1 降损经济效益383.1.1 实测经济性分析383.1.2 推广性分析393.2 投资回收分析413.3 静态投资回收年限413.4 动态投资回收年限41结论42参考文献

9、43精品.1 绪论1.1 引言变压器是电力系统必不可少的设备之一， 其性能的改进几乎全部依靠所用的材料的更新，以及绝缘结构、线圈结构、铁芯结构的变革。变压器效率的提高，是由于使用较低铁芯损耗的磁性材料。初期制造变压器铁芯材料，曾经使用过软薄钢片和金属丝，但存在损耗大，时效差等问题。在本世纪初，英国啥德菲尔德(haefield)研制成硅钢薄片，1903德国和美国相继研究成功热轧无取向电工钢片，在50hz、1.5t下单位损耗3.5w/kg，使变压器铁芯材料获得突破性进展，此后1934年美国高斯研制成冷轧取向电工硅钢片，并取得了专刊，单位损耗降到2.2 w/kg。通过特定的冷轧和退火工艺，将结晶轴调

10、整到轧制方向排列，这种冷轧硅钢片大大提高了材料的性能，饱和磁通密度提高了50%，磁导率提高5倍。1960年，日本开始进一步改善和发展高导磁冷轧晶粒取向硅钢片，使单位损耗下降至0.74 w/kg。经过一个世纪的发展，导磁材料单位损耗不断降低，变压器空载损耗亦随之下降，图1.1表示了150kva变压器从五十年代到九十年代铁芯损耗下降了一半还多。近年来，国内外各方面专家对非晶合金材料及非晶合金铁芯的变压器(以下简称非晶变压器)开展了广泛的研究和讨论，其目的是如何进一步降低变压器损耗，特别是配电变压器空载损耗的可能性及非晶变压器运行的可靠性2。图1.1 150kva变压器铁芯损耗变化历程精品.1.2

11、课题背景在我国推广应用非晶合金铁芯配电变压器对节能和环境保护有着重大意义。非晶材料生产过程节能70%，非晶变压器空载损耗减少70%，是双节能产品，据专家测算，相同规格的硅钢变压器与非晶变压器的市场价格之比已由数年前的1：2回落到目前的l：1.3以下。非晶变压器如果突破原材料供应制约瓶颈，加之又符合国家倡导的“节约资源，保护环境，建设节约性社会”的产业政策，发展正逢其时。一位电器行业的专家曾做过这样的分析，我国年均生产配电变压器约2.4亿kva，如30%改用非晶材料，年生产非晶变压器为7200万kva，以每台变压器200kva为例，年产非晶变压器将达36万台。这将降低变压器空载损耗13万kw，一

12、年可节约用电11.4亿kwh。相当节约电煤43.3万吨，减少燃煤有害气体排放1.1万吨。国家发改委、科技部、中国机械工业联合会等单位目前已经非常关注非晶配电变压器在中国的推广使用情况，安泰科技股份有限公司在多年非晶配电变压器铁芯开发应用的基础上，近期将在非晶配电变压器原材料的生产能力上进行大规模投资，万吨级非晶配电变压器带材生产线投资2.6亿元，在2007年提供500吨非晶配电变压器用带材，在2008年提供10000吨非晶配电变压器用带材。2010年向市场提供40000万吨非晶配电变压器用带材。为国家电力行业配电变压器的应用提供强力支持。因此我厂自行研制适合我厂实际情况的非晶合金变压器具有重要

13、意义。1.3 美国非晶合金变压器研制情况自1980年联信公司首次推出15kva非晶变压器以来，非晶配电变压器研制工作有了很大的发展，750kva及以下的非晶配电变压器已进入了商品化的生产。最近，美国路易斯安那州什里夫波特市通用电气公司成功地制造了至今世界上最大的2500kva三相非晶变压器，它的空载损耗从2400w(硅钢片)下降到845w。该公司还成功研制了1000kva、1500kva、2000kva 非晶变压器。至1993年世界各国和地区非晶变压器生产数量和1995年生产能力列于表1.1。精品.表1.1 世界各国和地区非晶变压器生产情况美国日本欧洲中国中国台湾1993年已经生产(台)115

14、00020000200样机1995年生产能力(台)1750006000010005000虽然非晶合金材料(2605s2)在减少空载损耗方面有其特殊的优越性，各制造厂商在非晶变压器发展过程中，还从不同角度做了大量研究工作，以证明非晶变压器的运行稳定性。据ieee1986报导，美国西屋公司生产的单相柱上式25kva非晶变压器，技术性能如下表1.2：表1.2 美国西屋公司非晶变压器技术性能表额定容量(kva)相数一次额定电压(v)二次额定电压(v)空载损耗(w)负载损耗(w，85)阻抗电压(%，85)2517200120242493美国通用电气公司(ge)早在1974年就认识到非晶合金材料潜力，设在

15、纽约sehencrady的通用电气公司研究所对此进行了大量广泛的研究。在变压器的结构和关键工艺上取得突破性进展，并获得专利。非晶变压器研制在通用电气公司始于1978年，小容量的模型产品曾进行过试验，第一台非晶变压器于1982年4月13日正式投入运行，该变压器经7年运行，通过对空载损耗和空载电流的监测，测量值与出厂时试验值基本一致。ce公司从1986年开始已能提供单相、三相非晶变压器，它的空载特性与硅钢变压器的对比列表1.3，从表中可以看出，单相非晶变压器空载损耗下降60%70%，空载电流下降50%60% ，三相非晶变压器的空载损耗下降60%65% ，空载电流下降55%60%。精品.表1.3 非

16、晶变压器与硅钢片变压器的性能比较型式kva非晶合金硅钢片空载损耗(w)负载损耗(w)空载电流(%)阻抗(%)重量(kg)空载损耗(w)负载损耗(w)空载电流(%)阻抗(%)重量(kg)单相10121020.311.6318291110.61.830015161410.271.9422411430.71.932125183300.152.5441573140.362.540650294550.132.7719874620.233.270975377150.093.39941227150.383.0821100499440.093.011311629330.212.6961三相75519250.1

17、44.020301429560.314.120001509013970.103.9287022714290.243.5290030016518470.103.9436042524280.145.1360050023032820.094.8609061035890.184.6490075032733680.075.75660071352060.155.756800100041956260.075.758200103368390.175.757000ge公司生产的1000台25kva非晶变压器投入电网运行后，有12台返厂修理，其中3台是由于雷击高压套管闪络损坏，6台低压套管漏油，1台过载250%时

18、导致绕组烧坏，还有2台是从电线杆上掉下来捧坏，20000多台其他各种容量非晶变压器返厂修理的只有3台，单相50kva和100kva各1台，都是由于雷击高压套管闪络损坏，1台三相500kva是绕组损坏，上述损坏的变压器经修复，再次挂网运行。这20000多台非晶变压器自1982年运行至1989年，没有1台是因铁芯故障而返修的。目前已有几十万台非晶变压器在美国挂网运行。1.4 日本非晶合金变压器研制情况在日本，由东京电力公司、takao电气有限公司和日立电气有限公司对非晶变压器长期可靠性做了深入仔细的研究。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

19、进行了负载和振动对变压器空载特性的影响测试。精品.为了取得非晶变压器的运行经验，他们用1050kva的4个不同容量各50台单相柱上式变压器(csp型即全自保护型)进行现场运行试验。被试变压器在运行期间空载特性的测量都是在现场进行，并测试变压器的油温(用来计算空载特性随温度变化的修正值)，在变压器接地线处安装电磁传感器，测量雷电电流。同时还测量负载电流和本体振动，观察它们对空载特性的影响。200台变压器经6个月现场运行，其空载损耗变化不大，空载电流有所下降。日本方面的研究结果表明，非晶合金卷铁芯配电变压器，经加速老化试验(包括终端试验在内各项试验)和200台非晶变压器现场运行考核，在30年寿命期

20、内空载特性是稳定的。1.5 其他国家非晶变压器研制情况加拿大第一台非晶变压器于1984年由联邦先锋公司(federal pioneer)制造，在萨斯克电气公司(sask power)投入运行。多年运行证明，该变压器空载特性保持不变，有较高的可靠性。安大略省北约克(north york)公司，1991年安装11台单相75kva(csp)非晶变压器。其中2台由abb加拿大公司制造，9台由蒙罗尼(moloney electric)电气公司制造。安大路省北约克公司安装使用30台50kva非晶变压器，其中10台由abb加拿大公司制造，20台由蒙罗尼电气公司制造。1992年蒙罗尼电气公司制造20台37.5

21、kva和10台50kva非晶变压器供尼亚加拉电力公司使用，其特性如表1.4所示3。表1.4 蒙罗尼电气公司非晶变压器性能表容量(kva)非晶变压器硅钢片变压器pe(w)ph(w)pe(w)ph(w)37.5342551042755041335127339西班牙bilbaoabb trofedls sa公司最近制造的三相250630kva非晶变压器，其特性如表1.5所示。精品.表1.5 西班牙sa公司非晶变压器性能表容量(kva)非晶变压器硅钢片变压器pe(w)ph(w)pe(w)ph(w)2501602300650325040021036509304600630300493013006500意

22、大利国营电力能源公司(enel)，1992开始研制160kva和250kva非晶变压器各2台，已顺利地通过型式试验，其中2台于1992年7月投入运行。1992年以来，印度新德里非晶金属有限公司(usha amorphors metals hd)生产25kva、63kva和100kva三相非晶变压器共45台，空载损耗为硅钢片变压器的30%40%。安装于madhya pradsh的国家电力研究院。1.6 我国非晶合金变压器研制情况我国非晶合金材料的研究主要集中在冶金部钢铁研究总院、上海钢铁研究所、北京冶金研究所、陕西钢铁研究所及东北大学等单位。1981年以前主要解决设备问题，1981年以后逐步建立

23、了我国的铁基、铁镍及钴基非晶合金材料体系。非晶电力变压器是非晶合金材料的最大市场，非晶配电变压器的开发，不但具有重大节能效益和社会效益，也是非晶合金材料实现产业化的基础。经冶金部钢铁研究院、上海钢铁研究所、首钢冶金所三家共同努力，到1990年底，已能成批制取l00mm宽的铁基非晶带材，其性能达到技术要求。用非晶合金材料研制的配电变压器主要有：1986年6月上海变压器厂研制成功国内首台非晶铁芯配电变压器，其铁芯用美国联信公司赠送的非晶合金材料(2605s2)，采用三柱、三框卷绕封闭形结构，技术参数如下表1.6：表1.6 我国首台非晶变压器技术参数型号额定容量(kva)相数频率一次额定电压(v)二

24、次额定电压(v)阻抗电压(%)联结组冷却方式使用场所调压方式s1430350100004004yyno油浸自冷户外无励精品.30/105%磁调压该变压器例行试验和型式试验全部合格，达到了预期技术要求，与同类型sl7配电变压器相比，空载损耗下降了82% ，空载电流下降了94%，充分体现了非晶材料优越的性能。表1.7列出了30kva非晶变压器与同类变压器对比数据。表1.7 30kva非晶变压器与同类变压器对比数据项目空载损耗(w)空载电流(%)负载损耗(w)阻抗损耗(%)绕组一次绕组两次油顶层温升(k)冲击电压峰值(kv)铁芯重(kg)总重(kg)sl71502.88004656555751003

25、07非晶270.157444.1448.944.938.4751033651987年l2月30日该产品安装在上海宝山县综合厂，投入电网试运行至1990年2月27日，运行情况良好。1990年3月，上海变压器厂对该变压器空载特性进行复试，复试结果表明，空载特性无明显变化。在现场运行期间，对该产品共进行了14次检查和性能测试，前4次主要测量变压器的各相电压、电流，后10次测量了变压器的空载损耗和空载电流，均无明显变化。1986年9月宁波变压器厂在上海钢铁研究所支持下，首次使用国产非晶合金材料研制成功一台单相3kva干式电源变压器，产品的技术参数如表8所示。为了便于比较，按同样技术参数设计了一台用z1

26、00.35硅钢片作铁芯的变压器，其性能也列于表1.8中。精品.表1.8 z100.35硅钢片作铁芯变压器额定容量(kva)额定电压(v)相数频率材质空载损耗(w)空载电流(a)负载损耗(w/kg)阻抗电压铁芯重（kg）总重（kg）3230/36150设计值252198.118.521铁基非晶设计值61948.615.420.1试验值3.852.14193.38.3416.220.1 (3)上海冶金设备总厂于1988年研制成功三相油浸自冷非晶变压器，技术参数如下表1.9。表1.9 上海三相油浸自冷非晶变压器技术参数额定容量(kva)相数一次额定电压(v)二次额定电压(v)空载损耗(w)频率(hz

27、)联结组冷却方式使用场所空载损耗(w)负载损耗(w)阻抗电压(%)1003105%0.12450yyn0油浸自冷户内1872493精品.该变压器的铁芯采用传统叠片式三柱结构，芯柱截面为内接七级多边形，铁轭为t型结构。芯柱直径为mm，最大片宽160mm，芯柱截面积为178，叠片系数0.8，非晶铁芯总重319.2kg(芯片中有硅钢片11.2kg，占总重量的3.4%)。高、低压绕组采用圆筒式结构、导线重量为98kg。该厂在应力和退火处理工艺对非晶材料空载特性的影响方面，做了大量研究工作，当压应力由零增长到0.3mpa时，铁芯比损耗由0.2w/kg增大到0.28w/kg。非晶材料样品比损耗为0.18w

28、/kg，成品增大到0.54w/kg。铁芯在380 ，磁场强度为2000a/m。氩气保护下退火处理，空载损耗为174w，空载电流1.58% ，比损耗为0.52w/kg。装配后空载损耗上升到187w，增加了7.5% 。1989年8月和1990年7月，上海钢铁研究所分别与洛阳变压器厂和太仓变压器厂共同研制出三相30kva和50kva非晶配电变压器各一台，其基本技术参数和试验值列于表1.10。表1.10 上海钢铁研究所非晶合金变压器技术参数额定容量(kva)额定电压(v)相数频率(hz)联结组材质空载损耗(w)空载电流(a)负载损耗(w)铁芯重(kg)总重(kg)工厂30105%/0.4350yyn0

29、标准值50800洛阳变压器厂试验值40.51.03797s7标准值1502.880050105%/0.4350yyn0标准值650.41091太仓变压器厂试验值610.51062205582s7标准值1902.61150115375s标准值1702.2870139455精品.洛阳变压器厂试制的30kva非晶变压器，铁芯为三柱双窗卷绕式，直径115mm，分为四级，叠片系数取0.72。该铁芯穿线用临时绕上几匝的办法来试验。空载损耗为36.8w(b=1.3t)，成品试验上升到40.5w，与同容量s7型(150w)相比较下降了73%。空载电流下降了63.2%。太仓变压器厂采用同样的铁芯结构，但芯柱截面

30、近似圆形(微阶梯形)，铁芯重205kg，空载损耗61w。分别比s7型和s9型下降了68%和64% ，空载电流0.5% ，分别比s7型和s9型下降了80.7%和77%，达到设计要求。长沙变压器厂于1990年12月共试制2台三相50kva非晶变压器，其中一台是国产铁基非晶合金，另一台是美国联信公司提供的2605s2非晶材料。宽度为l00mm，铁芯采用叠片式，非晶材料的剪切粘合和退火均由上海钢铁研究所协助加工。铁芯截面为矩形，叠片系数取0.81，铁芯重177kg，变压器设计时磁通密度取1.14t。这两台变压器铁芯叠装工艺与众不同。首先将经浸漆烘干的矩形绕组放在平台上，并调整好中芯位置，然后在绕组中放

31、上夹板，非晶铁芯片就在夹板上进行叠装。为了增加铁芯的强度，在非晶合金片每隔16mm放一层0.35mm的冷轧硅钢片。在叠装过程中，铁芯经多次压装才达到厚度(163mm)要求。在177kg铁芯中约有3.84kg(2.15%2.28%)硅钢片。试制结果表明，国产非晶材料的叠片系数达0.81，美国的可达0.89。成品的最终试验结果列于表1.11。表1.11 国产非晶材料成品性能产品型号空载损耗(w)空载电流(%)负载损耗(w)总损耗(w)阻抗电压(%)铜重(kg)油重(kg)总重(kg)外形尺寸(mm)s1450/10/0.4国产料98.21.9810801178.24.378914054088069

32、01060s1450/10/0.4(2605s2)86.31.8710931179.34.49891405408806901060s750/10/0.4(z100.35)1871.1115013373%65.21064309607201121精品.根据开发非晶合金电力变压器的要求，1994年由沈阳变压器研究所统一设计，并组织天津、上海、北二变、佛山、辽阳和保定等六个变压器厂，试制了sh11160、200、315、500kva四种规格共6台样机，并于1995年8月30日通过国家鉴定。而后，上海变和佛山变又在6台样机基础上，在联信公司的支持下，分别又各增加试制两台。这10台变压器一次电压都是l0k

33、v5%，二次电压400/230v，联结组标号dynll，其他的性能数据设计值和试验值列于表1.12中，为了便于比较，表1.12也列出了s9型产品的数值。表1.12 上海变生产的非晶变压器性能数据设计值和试验值对比型号空载损耗(w)空载电流(%)负载损耗(w)阻抗电压(%)噪声db(a)温升(k)备注高压绕组低压绕组变压器油s91604001.422004sh11200设计值1050.2721704.0840.7辽阳变实测值910.3124353.7551.849.9247.7234.1s92005001.326004sh11200设计值1300.2725544.0141.5北二变实测值113.

34、40.2126673.8545.650.550.737.4s9500960151004sh11315设计值1900.253590443.4天津变实测值1600.1738404.1849.8856.4754.4347.8s9500960151004sh11500设计值2700.2251263.924.8.4上海变实测值2320.1451423.8251.957.3645.9145.9精品.上述变压器，按照gb1094.1585电力变压器、gb6451.184三相油浸式电力变压器技术参数和要求、gb311.16 83高压输变电设备的绝缘配合、zbk4100589变压器声级的有关规定和要求做了全部试

35、验(短路试验除外)。上变厂的产品还通过了短路试验。从表1.12可以看出，空载损耗与设计值基本相等，比s9型产品下降75% 以上(其中315kva空载损耗下降幅度最大，为81%)，空载电流下降80%左右。短路损耗的实测值较设计值偏高，可能由于压紧结构件增加，在结构件上产生附加损耗造成的。在今后设计中应引起注意。由于我国长期受苏联标准影响，配电网结构往往是三相四线制，因此变压器是三相芯式结构，而非晶变器铁芯采用四框五柱式。在三相对称电压作用下，三相铁芯柱内是一三相对称磁对称磁通，则有 (1.1) (1.2)将方程式组(1.2)相加后然后用(1.1)式代人可得其物理意义很清楚，和它们不但大小相同而且

36、方向也一致。与。则有： 所以 =oa ，同理可得均为芯柱磁通的。在大型变压器设计时考虑到铁芯的非线性，上下铁轭的截面通常是铁柱截面的65%旁轭取44%，但是由于非晶铁芯结构因素，铁轭和旁轭面积相等，都是铁柱面积的一半。因此在设计时磁密选取不宜过高，否则将影响其空载特性。2 我厂非晶合金变压器研制情况2.1 变压器原理在一次绕组上外施一个变流电压u1便有i0流入，因而在铁芯中激励一个交流磁通，磁通同时也与二次绕组匝链。由于磁通的交变作用在二次绕组中便感应出电势。根据电磁感应定律可知，绕组的感应电势正比于二次绕组的匝数。因此只要改变二次绕组的匝数，便能改变电势精品.的数值，如果二次绕组接上用电设备

37、，二次绕组便有电压输出，这就是变压器的工作原理，其原理图如图2.1。图2.1 变压器工作原理图在原线圈(一次绕组)上加交变电压，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈(二次绕组)，在原、副线圈中都要引起感应电动势。如果副线圈电路是闭和的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变磁通量。这个交变磁通量既穿过副线圈，也穿过原线圈。在原、副线圈中同样要引起感应电动势。在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象。互感现象是变压器工作的基础。由于互感现象，绕制原线圈和副线圈的导线虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈

38、。假设初级、次级绕组的匝数分别为n1、n2，当变压器的初级接到频率为f，电压为v1的正弦变流电源时，根据电磁感应原理，铁芯中的交变磁通将分别在一、二次绕组中感应出电势，一次绕组感应电势为： (2.1)式中的为磁通的变化率，负号表示磁通增大时，电势的实际方向与电势的正方向相反。如果不计漏阻抗，根据回路电势平衡规律可得： 其数值： (2.2)在二次侧同理可以得出： 精品.(2.3) 由(2.2)，(2.3)式之比得 (2.4)式中k就是变压器的变比，或称匝数比，设计时选择适当的变比就可以实现把一次侧电压变到需要的二次电压4。2.2 变压器的主要参数2.2.1 额定电压变压器的一个作用就是改变电压，

39、因此额定电压是重要数据之一。额定电压是指在多相变压器的线路端子间或单相变压器的端子间指定施加的电压，或当空载时产生的电压，即在空载时当某一绕组施加额定电压时，则变压器所有其它绕组同时都产生电压。变压器的额定电压应与此连接的输变线路电压相符合。我国输变电线路电压等级(kv)为0.38 、3、6、10、15(20)、35、63、110、220、330、500、750。输变电线路电压等级就是线路终端的电压值。因此，连接线路终端变压器一侧的额定电压与上列数值相同。线路始端(电源端)电压考虑了线路的压降将此等级电压高，35kv以下电压等级的始端电压比电压等级要高5%。而35kv及以上的要高10%。因此，

40、变压器的额定电压也相应提高，线路始端电压值(kv)0.4、3.15、6.3、10.5、15.75、38.5、69、121、242、363、550。由此可知高压额定电压等于始端电压的变压器为升压变压器，等于线路终端电压(电压等级)的变压器为降压变压器。变压器产品系列是以高压的电压等级而分的，现在电力变压器的系列分为10kv及以下系列，35kv系列，63kv系列，110kv系列，220kv和550kv系列等。额定电压是指线电压，且均以有效值表示5。2.2.2 额定容量变压器的主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以kva或mva表

41、示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限制的额定电流。双绕组变压器的额定容量即为绕组的额定容量，(由于变压器的效率很高，通常一、精品.二次侧的额定容量设计成相等)，多绕组变压器应对每个绕组的额定容量加以规定。其额定容量为量大的绕组额定容量；当变压器容量由冷却方式而变更时，则额定容量是指量大的容量。我国现在变压器的额定容量等级是按r81.26的倍数增加的，如容量有100、125、160、200kva等，只有30kva和63000 kva以外的容量等级与优先数系有所不同。1967年以前变压器的额定容量等级是按 的倍数增加的r8系列。对于单相变压器 (2.5)对于三相变压器

42、 (2.6)变压器的容量大小与电压等级也是密切相关的。电压低，容量大时电流大，损耗增大；电压高，容量小时绝缘比例过大，变压器尺寸相对增大，因此，电压低的容量必小，电压高的容量必大5。2.2.3 额定电流和频率变压器的额定电流是由绕组的额定容量除以该绕组的额定电压及相应的系数(单相为1，三相为)，而并得的电流经绕组线端的电流。因此变压器的额定电流就是各绕组的额定电流，是指线电流，也以有效值表示(要注意组成三相的单相变压器)。额定频率是指对变压器所设计的运行频率，我国标准规定频率为50hz5。2.2.4 空载电流和空载损耗空载电流是指当向变压器的一个绕组(一般是一次侧绕组)施加额定频率的额定电压时

43、，其它绕组开路，流经该绕组线路端子的电流，称为空载电流其较小的有功分量用以补偿铁芯的损耗，其较大的无功量用于励磁以平衡铁芯的磁压降。空载电流 (2.7)通常io以额定电流的百分数表示：精品. (2.8) 空载电流的有功分量是损耗电流，所汲取的有功功率称空载损耗po，即指当以额定频率的额定电压施加于一个绕组的端子上，其余各绕组开路时所汲取的有功功率。忽略空载运行状态下的施电线绕组的电阻损耗时又称铁损。因此，空载损耗主要决定于铁芯材质的单位损耗。2.2.5 阻抗电压和负载损耗双绕组变压器当一个绕组短接(一般为二次侧)另一绕组流通额定电流而施加的电压称阻抗电压uz，多绕组变压器则有任意一对绕组组合的

44、uz。通常阻抗电压以额定电压百分比表示 (2.9)(且应折算到参考温度)一个绕组短接(一般为二次)。另一绕组流通额定电流时所汲取的有功功率称为负载损耗pr. 负载损耗最大一对绕组的电阻损耗附加损耗。附加损耗包括绕组温度损耗，并绕导线的环流损耗，结构损耗和引线损耗，其中电阻损耗也称为铜耗，负载损耗也要折算到参考温度。2.2.6 磁密选取磁密设计对于非晶合金干式变压器的成本、性能、噪声等级都有决定性的作用，是非晶变压器设计中最为关键的参数。由于非晶合金材料的特殊性，其饱和磁密小于1.5 t，远低于冷轧硅钢片的饱和磁密(约为2.0 t)。且非晶合金饱和后损耗和发热十分严重，有被单方向磁化的可能。因此

45、在电磁设计中，工作磁密必须合理选取。另外，变压器的噪声主要来源于铁芯材料的磁致伸缩引起的铁芯振动，非晶合金的磁致伸缩程度比硅钢片高10%左右。为了降低噪声，非晶合金铁芯必须取得与冷轧硅钢片铁芯相同或相近的磁致伸缩，因此，非晶合金干式变压器所选取的工作磁密就要求低于冷轧硅钢片。非晶合金铁芯的截面相应增大约50%，铁芯质量增加约40%，这在一定程度上使变压器噪声及成本增加。经研究表明，磁密每升高0.05 t，其空载噪声约增加2 db，如果制成变压器成品，噪声可增加5 db左右。因此，选择适当的磁密是设计非晶合金干式变压器的关精品.键，既要考虑磁密对噪声的影响，也要兼顾磁密对材料成本的制约，在符合噪

46、声要求的前提下尽量减少铁芯用量。根据目前非晶合金干式变压器的制造经验和制造水平，铁芯工作磁密选取在1.3以下较为适合，但必须和企业自身的工艺水平结合起来综合考虑6。2.3 非晶合金材料2.3.1 非晶合金材料概况非晶合金材料(如图2.2)的基础元素是由铁(fe)、镍(m)、钴(co)、硅(si)、硼(b)、碳(c)等组成。非晶合金钢带就是使熔化的合金材料经喷嘴喷射到快速转动的冷却底盘上，以106/s的速度急剧冷却，这样在冷却盘的表面形成尚未结晶但已固化的非晶合金材料7。ab图2.2 图a为结晶原子排列图，图b为非结晶原子排列图所谓的“非晶态”是相对于晶态而言的，是固体物质的一种结构状态。非晶态

47、材料和晶态材料两者的结构没有绝对的界限，主要区别在于晶态结构具有短程序和长程序而非晶态结构仅有短程序而无长程序，属于热力学亚稳态。就广义理解，非晶态材料包括非晶态合金、非晶态半导体、非晶态超导体、非晶态电介质、非晶态离子导体、非晶态高聚合物以及传统的氧化物玻璃等，其原子的结合方式可以是金属键、共价键、范德瓦尔斯键、氢键和离子键结合。精品.历史上首次报道成功地制备非晶合金是在1934年由krame用蒸发沉积方法获得的非晶合金膜。此后不久，brenner等人采用化学沉积法制备了nip非晶薄膜，1959年bemal首次用密集的自由堆积硬球模型来解释非晶结构；同年，cohen等人根据自由体积模型做出预

48、言“假如冷却到足够快的程度，即使最简单的液体也可以通过玻璃化转变”，这一点很快被证明是正确的。1960年美国加州理工学院发明了快速冷却制备非晶态合金的方法，制备出ausi非晶合金箔，从工艺上突破了制备非晶态合金的关键难题，以后被加以发展，做到连续生产，这种从合金熔体经急冷形成的非晶合金又称金属玻璃。1969年pond和maddin关于制备一定连续长度条带技术的发明是制备非晶合金的决定性的发展。这一技术为大规模生产非晶合金创造了条件，激发了人们对研究开发非晶合金的浓厚兴趣。同年，陈鹤寿等人用轧辊轧出厚几毫米，长可达几十米的薄带，为非晶合金的大规模生产奠定了基础。与此同时，tumbull将成核理论

49、运用于金属玻璃，提出了非晶形成的物理机理，1974年陈鹤寿以及turnbu11等人通过石英管水淬法等抑制非均质形核的方法，在103 k/s淬火速率下制备出直径达13mm的pdcusi. pdnip非晶圆柱棒。虽然仅限于pd，pt等贵金属。之后如何制备相对便宜的块状非晶合金材料成为材料科学家们的一个研究热点。到80年代末期，日本东北大学的inoue等创造性地发现了一系列具有极低临界冷速(约为1至几百k/s)的多组元成分块体非晶合金。这一成果使块状非晶合金的研究获得了突破性的进展。他们首先发现mgnila， laaltm (tm=ni，cu，fe)系列非晶合金，其中la55ai25ni20的tx=

50、69k (其中tx=tx t:过冷液相区，t:晶化温度)，并用低压铸造的方法制备出非晶合金板。1990年，zraltm被研制出来，其临界冷却速度在1100k/s之间，最大厚度达34mm。随后，inoue及johnson等采用金属模浇铸方法系统评估合金熔体转变成非晶合金的临界冷却速率，分别又在fe基、zr基合金中发现有高的非晶形成能力的合金体系，主要有fe(a1，ga)(p，b，c，si)， (fe，co，ni)zrb，zraitm1121， zrtialtm1101， zrtitm113，141 ， zrtitmbe1等。1991 年inoue等人研究了zr65ai75cu2.5，发现在整个成

51、分范围内非晶合金具有良好的弯曲性能其中zr65ai7.5nil0cu17，非晶合金的过冷液相区高达tx= 127k。在1993年，inoue 通过石英管熔体水淬法制得直径为16mm，长为150mm 的johnson等人用水淬法制得直径达14mm，重达20多公斤的zr41.2ti13.8cu12.5nibe22.5非晶合金，临界冷却速率在1 k/s左右，其非晶形成能力己接近传统氧化物玻璃。精品.由于块体非晶合金具有优越的性能和广阔的应用前景，非晶合金的学术及应用上的重要性在国际上引起了广泛的关注。如在日本，块体非晶合金的研究是文部省1998年最大的研究项目；在美国，其陆军2000年批准了一项30

52、00万美元的块体非晶合金研究计划；欧共体2000年也专门立项组织欧洲十个重点实验室联合攻关，致力于这种新材料的研究和开发应用。我国的非晶态合金材料的研究也得到了蓬勃的发展。从1976年开始非晶态合金的研究工作，己初步形成了非晶合金科研开发和应用体系，达到国际先进水平，共取得100多项科研成果和20多项专利，为鼓励和支持新材料的研究与开发，国家己经设立了用于非晶态材料的研究与开发方面的国家自然科学基金重点项目、863项目、国防科技项目等。随着“国家非晶微晶合金工程技术研究中芯”的组建和“千吨级非晶带材生产线”的建立，非晶合金的产业化进程也将大大加快，将为我国电力电子工业的发展做出更大的贡献。 在块体非晶合金方面在国家基金委和中科院的建议和支持下，2000年5月中旬在北京召开了首届“块体非晶合金材料学术研讨会”。会上交流了我国近年来在块体非晶制备，结构及性能研究方面取得的有特色的成果，探讨了我国非晶合金研究领域中尚存在的问题。并于2002年9月在大连理工大学召开了第二届块体非晶态材料学术研讨会，与会专家认为非晶合金的形态突破了粉、线、带而进入块体材料，应用领域随之大大扩展，目前国内正出现研究非晶的热潮，国家自然科学基金委也将该类项目列为重点基金加以支持。第三届国际块体非晶态材料学术交流大会已于2003年10月在北京召开，