电磁技术及应用

直流偏磁条件下变压器叠片铁心材料的电磁特性
1直流偏磁条件下叠片铁心磁化曲线
电工硅钢片的磁化曲线和损耗曲线对于变压器的设计以及研究人员有着重要意义，对变压器进行数值计算也要依赖于这两条曲线。目前硅钢片生产厂商普遍采用IEC 标准测量电工硅钢片的磁化性能和损耗性能，标准规定硅钢片事先要进行去应力退火处理。对于互感器等卷铁心类电力设备，需要进行退火处理以提高性能，但是大型电力变压器铁心一方面由于都是平行叠积后用拉板固定；另一方面硅钢带尺寸巨大，剪裁硅钢片带来的性能变化在工程精度级别可以忽略，因此一般不进行退火处理。这样采用IEC 标准的测试结果会与电力变压器中未退火的叠装硅钢片性能有一定差距。同时，电工材料供应商提供的电磁性能数据，例如取向硅钢片的磁化性能曲线，通常是在标准规定的条件下测量得出的，例如：采用传统的爱泼斯坦方圈以及单片测量仪（Single Sheet Tester ）的测量条件（包括供电电源、环境温度等）和试件取样均有严格规定，但这种标准条件下测量得到的数据并不能真实反映实际工作条件下变压器铁心叠片材料的真实性能；直流偏磁工作条件下电工材料的磁性能数据，生产制造厂商一般都不提供。然而直流偏磁工作条件下，铁磁材料的磁性能，如材料的磁化曲线、损耗曲线等是进行电磁场分析时必不可少的基本材料参数。因此在直流偏磁工作条件下，硅钢片材料电磁性能的研究对于电磁场分析计算是十分必要的。通常情况下，生产设计和工程计算中用到的材料参数仅仅是各硅钢片材料制造厂商提供的材料性能参数[119]，材料性能测量的条件是在工频条件下并且没有考虑直流偏置磁场对硅钢片的作用，如图2.17 所示。显然，用图 2.17 所示的材料性能数据对直流偏磁条件下的变压器进行分析和计算是不合理的，会产生较大的误差。本文从工程实用性和有效性的角度出发，将实验测量与仿真计算相结合，对直流偏磁工作条件下，变压器叠片铁心的电磁性能进行了反复实验研究。提出使用完全按照电力变压器铁心的标准设计和叠装工艺制作的产品级模型，采用和实际变压器发生直流偏磁时相同的交直流串联激励的方式，模拟直流偏磁工作条件下叠片铁心材料的磁性能，包括模型的磁化曲线，磁滞回线和损耗曲线的确定，同时考察了直流偏磁工作条件下产品级叠片铁心材料的磁性能和标准条件下测量得到的铁心材料磁性能的差异。
本文的实验研究采用如图2.7所示的实验电路对铁心模型直流偏磁条件下的电磁性能进行模拟，实验中通过调节直流电流源和调压器

的输出使得铁心模型工作于不同的偏置磁场和交流工作点，通过精密功率分析仪WT3000（日本），采集模型测量线圈中感应电压的实时数据以及同一时刻激磁绕组中激磁电流的数据，使用 MATLAB数值计算软件编程，通过公式（2.2）