非晶合金-取向硅钢组合铁心结构设计及其磁-振动特性分析.pdf

2024年5月电工技术学报Vol.39No.10

第39卷第10期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYMay2024

DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.230255

非晶合金-取向硅钢组合铁心结构设计及其

磁-振动特性分析

陈昊李琳

（新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）北京102206）

摘要非晶合金和取向硅钢是制作配电变压器铁心常用的两种软磁材料，各有优劣。采用非

晶合金-取向硅钢组合铁心结构可以综合两者的优势。该文以非晶合金和取向硅钢铁心并排的组合

结构为基础，选取组合铁心的取向硅钢占比和尺寸参数为自由变量，提出一种基于自由参数扫描

法的组合铁心结构设计方法。首先，根据非晶合金-取向硅钢组合铁心结构特点，建立组合铁心的

等效双非线性磁路模型；其次，采用磁路法迭代求解组合铁心的磁通密度分布，并制定组合铁心

的结构设计流程；最后，根据结构设计结果制作了组合铁心的实验模型，采用实验和有限元仿真

结合的方法分析了其磁-振动特性，验证了所提设计方法的准确性，并与传统纯非晶合金和纯取向

硅钢铁心进行对比分析，阐述了组合铁心的优势。

关键词：非晶合金-取向硅钢组合铁心自由参数扫描法结构设计双非线性磁路模型

磁-振动特性

中图分类号：TM201.4

硅钢-无取向硅钢组合铁心[7-9]及不同型号取向硅钢

0引言[10-15]

装配形成的组合铁心。其中，文献[8]针对取向

非晶合金和取向硅钢是制作配电变压器铁心常硅钢磁化偏离轧制方向时会引起磁性能下降，从而

用的两种软磁材料[1-3]。其中，非晶合金材料具有损导致在铁轭和心柱交接位置损耗增大的问题，提出

耗密度小的优点，但也存在饱和磁通密度低、磁致了在交接位置采用无取向硅钢替代的结构方案，即

伸缩系数大的问题[4]；而取向硅钢材料具有饱和磁取向硅钢-无取向硅钢组合铁心结构。从有限元仿真

通密度高、磁致伸缩系数小的优点，但损耗密度较结果来看，该组合铁心结构相比传统取向硅钢铁心

大。两种软磁材料不同的磁化特性导致当前配电变损耗降低了2%，但缺乏相应的实验验证。不同型

压器铁心不能兼顾低损耗和低振动。将非晶合金和号取向硅钢装配形成的组合铁心是根据卷铁心磁通

取向硅钢铁心进行装配组合形成非晶合金-取向硅密度分布不均匀特性，在铁心不同位置使用不同等

钢组合铁心可以综合两种材料的优点[5-6]。合理地分级的取向硅钢。如文献[11]提出多层组合卷铁心结

配非晶合金和取向硅钢占比对降低配电变压器铁心构，在卷铁心磁通密度较小的内层和外层使用常规

损耗以及减小配电变压器铁心振动具有重要意义。取向硅钢，在磁通密度较大的中间层使用高磁导率

因此，有必要研究组合铁心的结构设计方法和磁-取向硅钢，并以铁心损耗和成本为目标，采用遗传

机械振动特性。算法和模拟退火算法对组合铁心进行优化设计。又

当前，配电变压器组合铁心结构主要是采用硅如文献[14]针对三相五柱卷铁心，基于各框峰值磁

钢与硅钢组合的方案，具体又可以分为两类：取向通密度分布不均匀特性（边框小，内框大），由此提