近日,第二屆鐵心產(chǎn)業(yè)鏈年會(huì)暨鐵心應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)在江蘇丹陽(yáng)盛大召開。本次大會(huì)以“鐵心助力新領(lǐng)域、新場(chǎng)景,實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展”為主題,吸引了兩百多名會(huì)員企業(yè)與產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)單位代表參會(huì),共同探討鐵心產(chǎn)業(yè)的發(fā)展新路徑。普天鐵心(PTTX)綠色電工理論與應(yīng)用研究院院長(zhǎng)、教授級(jí)高工張俊杰在會(huì)上發(fā)表了《輸變電產(chǎn)品鐵心結(jié)構(gòu)和電磁行為》的主題演講,帶來(lái)了關(guān)于鐵心技術(shù)的深度分析,諸多見解均為行業(yè)創(chuàng)新性研究成果。

張俊杰院長(zhǎng)從熟知的鐵心結(jié)構(gòu)出發(fā),深入剖析其電磁行為的第一性原理。他指出,鐵心材料的非線性是鐵心的的第一性,這一特性使得變壓器鐵心盡管采取了幾何結(jié)構(gòu)對(duì)稱,但電氣上并非時(shí)刻對(duì)稱,無(wú)法簡(jiǎn)單地按理想對(duì)稱模式進(jìn)行考慮。以三相五柱結(jié)構(gòu)為例,鐵軛中的磁通在交變過(guò)程中按磁阻非線性自由分配,導(dǎo)致主軛和旁軛出現(xiàn)諧波問(wèn)題,波形呈平頂波,且其截面積不能僅按磁密峰值來(lái)簡(jiǎn)單設(shè)定為53%和47%。分框鐵心會(huì)使磁場(chǎng)變化更為嚴(yán)重,瞬態(tài)仿真過(guò)程也變得復(fù)雜。三相立體卷鐵心作為分框鐵心中的個(gè)例,仿真和試驗(yàn)也表明,磁環(huán)中磁通非正弦,同一柱、兩個(gè)框中的磁通甚至方向相反,諧波含量達(dá)10%~18%,進(jìn)而引起諧波損耗,再加上退不掉的纏繞應(yīng)力等影響,工藝系數(shù)較大,并不節(jié)能。對(duì)于品字形電抗器鐵軛過(guò)熱問(wèn)題,也是這鐵心的第一性原理造成。追根溯源,這一切問(wèn)題的根源都在于材料的非線性。
針對(duì)影響工藝系數(shù)的主要因素,張俊杰院長(zhǎng)進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)。接縫方面,步進(jìn)量、步進(jìn)數(shù)、步進(jìn)形式、內(nèi)側(cè)缺角程度、出角方式等均為影響因素,單片級(jí)的電磁分析表明,更小的步進(jìn)量可減少接縫處磁通穿片產(chǎn)生的渦流區(qū)域,從而降低損耗,如4mm步進(jìn)較7mm、10mm步進(jìn)損耗更低。縱剪應(yīng)力方面,片寬越窄,縱剪應(yīng)力影響區(qū)域占比越高,磁通通過(guò)量下降明顯,例如60mm片寬硅鋼縱剪兩刀后,剩余中間磁通僅通過(guò)76%;同理,對(duì)于愛潑斯坦方圈試驗(yàn)用30mm窄片寬,需通過(guò)退火才能恢復(fù)磁性能。沖孔方面,小于60mm片寬的硅鋼片通磁能力弱、損耗大,鐵心磁密分布會(huì)發(fā)生改變,因此建議鐵心設(shè)計(jì)時(shí)避免采用。材料方面,由于三相五柱鐵心、分框鐵心含大量三次諧波,需選用抗諧波材料以減小諧波影響。大軛優(yōu)化方面,增加大軛可降低損耗,一般降幅約2~3個(gè)百分點(diǎn),優(yōu)化后有望降低硅鋼牌號(hào),如70鐵損牌號(hào)可滿足65硅鋼能效要求,從而在降低線圈成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化。

在噪音問(wèn)題上,張俊杰院長(zhǎng)分析了鐵心振動(dòng)噪音的三個(gè)主要激勵(lì)因素。首先是磁致伸縮力,這是產(chǎn)生噪音的主要因素,但其應(yīng)力的影響更為關(guān)鍵。硅鋼受壓力后,磁致伸縮急劇變化,可變化一個(gè)數(shù)量級(jí),這也是低磁致伸縮硅鋼片不一定降噪的原因所在。第二是接縫位置的洛倫茲力,是由接縫處磁通的穿越引起的渦流反作用力所致,其影響并不一定比磁致伸縮力的影響小。第三是硅鋼片間麥克斯維爾力,相當(dāng)于電磁鐵之間的相互吸引,與工藝密切相關(guān)。這三個(gè)原因是變壓器鐵心噪音振動(dòng)的主要根源。針對(duì)這些因素,普天鐵心構(gòu)建了理論、仿真、過(guò)程控制、試驗(yàn)為一體的降噪體系,采用低應(yīng)力制造工藝,如全工序無(wú)行車吊運(yùn)等,從源頭減少應(yīng)力積累,并通過(guò)近千次試驗(yàn),建立了噪聲數(shù)據(jù)庫(kù)與預(yù)測(cè)模型,公司自主研發(fā)的低噪聲鐵心產(chǎn)品廣受用戶認(rèn)可。
普天鐵心以材料科學(xué)為根基,以智能制造為引擎,在鐵心領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)落地的全鏈條創(chuàng)新。公司的低損耗、低噪聲、高可靠鐵心產(chǎn)品,不僅賦能客戶,更引領(lǐng)行業(yè)邁向綠色化、智能化的未來(lái)。普天鐵心將持續(xù)以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng),攜手產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè),共同攻克技術(shù)難關(guān),推動(dòng)鐵心產(chǎn)業(yè)在新領(lǐng)域、新場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展,為行業(yè)進(jìn)步貢獻(xiàn)更多智慧與力量。


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