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信平变压器:变压器的损耗研究与优化设计!

2018-04-20 14:43:32 德州信平电子有限公司 阅读

变压器损耗是当代物理科学领域的一个重要概念。电力变压器不只是我国现在供电系统中的重要设备,也是供电系统中的故障频发设备。本文针对变压器空载损耗和负载损耗,参考一些重要文献进行了较为深入的研究,推论出变压器的空载损耗和负载损耗的合理测量方法。电力变压器同时也是电子设备上开关电源的重要部件,变压器的优化设计是提高开关电源功率的关键所在。本文从减小变压器自身体积角度出发进行优化设计。

信平变压器:变压器的损耗研究与优化设计!

电力变压器是目前我国国家电网中的主要电力设施,主要用于变换交流电压大小的现代化电气设备。从发电、电力输送、分配电力等电力传送整个过程都要通过变压器这一主要设备来完成,电力这一能源在人类生活中的广泛应用使得变压器在电力系统中占据着主要地位,也助力了变压器这一行业的快速发展。

变压器设计原理是依据电磁感应原理来进行变压器设计制造,工作原理是把某一等级的交流电压转换成另外一等级的交流电压来满足不同电力负荷的需求。随着我国目前自然资源的日益枯竭,降低变压器各种损耗、提高变压器自身的运行安全性和可靠性和实际工作效率以及优化变压器设计成为当前一大热点问题。

信平变压器:变压器的损耗研究与优化设计!

1、变压器国内外现状

我国国内变压器制造由于受传统制造理论以及不合理计算方法的限制,产品的安全性和可靠性问题日益突显且未能找到解决方法;国内变压器在产品设计过程中计算方面发展相对不均衡,一些技术性计算软件均是从法国、日本、瑞典、德国等一些计算软件发展较为成熟的国家引进。变压器制造行业在我国是一个充满发展前景的行业,同时充满着机遇和挑战;我国颁布的“七五”国家重点科学技术项目为降低变压器的损耗以及优化设计曾投入相当大的人力和资金支持。只要不断提高变压器制造技术以及满足设备安全性、可靠性这一前提,把握好变压器市场动态,就能在这一行业取得成就。

2、变压器损耗分析

变压器是依据电磁感应原理设计的传输电能以及电信号的主要设备,其主要功能是传输功率和变换电压等。在理想状态下,变压器在传输功率及变换电压等过程中发生的损耗应为零。但是在实际传输以及变换过程中都有不同程度上的损耗出现:电流传输中的损耗,电磁的损耗,传输所需机械部件回路中的损耗等。变压器的质量、机械强度、以及各种损耗的指标直接会影响到变压器空载损耗和负载损耗值的大小。

3、变压器的空载损耗分析

空载损耗是变压器的一个重要性能指标,是指变压器一次绕组施加额定频率额定电压时,二次绕组空载所消耗的功率。主要包括三部分内容:一次绕组所产生的铜耗、变压器铁芯的励磁损耗和涡流损耗。因为空载电流值比较小,一般情况下占额定电流值的5%左右,可以忽略不计,所以在理论情况下变压器空载损耗数值等同于铁芯损耗数值。

4、变压器的负载损耗分析

变压器的负载损耗是指在一对绕组中,当额定电流(分接电流)流经一个绕组的线路端子,且另一绕组短路时在额定频率及参考温度下所吸收的有功功率。变压器的负载损耗也叫做铜损,除了绕组中通过电流产生的损耗外,一般实际情况中还存在其他的附加损耗;通常将绕组中产生的电阻损耗成为变压器的基本负载损耗。

在理论情况下,变压器的负载损耗只是评判产品损耗程度和判断产品质量的一个参考值,而不是实际工作中的真实损耗值。一台变压器的空载损耗和短路损耗成反向变动关系,其它情况不变的情况下,当空载损耗数值越大,那么负载损耗就会越小;当一台变压器负载路损耗值较大时,可引发电流通过绕组时出现局部过热现象使得绕组绝缘出现问题。所以电力变压器的空载损耗和短

路损耗数值应合理设计,而不能为了追求过低的空载损耗值而忽略负载损耗值的存在。

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5、变压器优化设计分析

设计变压器是变压器行业制造生产变压器的首要工作,目前国内外变压器制造行业均引进电子计算机科学技术对变压器设计环节进行精密计算和研究。变压器的设计环节较为复杂,包括了对变压器机械材料,空载损耗和负载损耗数值的确定以及电路绕组等各种材料及数值的设计。

变压器进行优化设计是指在变压器原有数据及型号的基础上满足国家标准规定的要求,对变压器制造环节进行高质量设计,以降低变压器制造的投入成本和提高变压器的安全性和可靠性来更好的满足客户的不同需求。对变压器进行优化设计不仅可以保证变压器的安全性和可靠性,而且可以降低对制造变压器原材料消耗的减少以及提高变压器在实际工作中的工作效率。

变压器优化设计分析过程是一个变量较多,优化过程中需要满足的约束条件也较多的非常规性工程优化问题。一般的变压器设计过程采用手工计算设计方法,但随着计算机科学技术的发展和引进,变压器设计开始进入计算机设计研发阶段,利用计算机的计算分析能找出所有变量变动范围内的可行设计方案。

但随着计算机科学技术的发展以及对变压器要求的越来越高,变压器设计行业所需考虑的设计工艺和制造生产相关因素也更多。除了机械材料和相关数值的确定外,还应考虑变压器的综合制造加工成本、电磁设计以及安全可靠性的提高等问题。因此,应寻找合适的方法对变压器进行优化设计来满足变压器制造行业的不断发展提出的更高要求。

变压器的优化设计是目前国内变压器制造行业所面临的重点问题。变压器的优化设计可以从两个方面进行:

①控制降低变压器制造的初始制造成本;

②对变压器的绕组、空载损耗、负载损耗等各项性能进行优化设计。变压器的优化设计首先要考虑电磁优化设计,指在满足原有约束条件的基础上, 寻找最优设计变量使得制造变压器所需的经济指标最小。

电磁优化设计的两个关键因素是磁通密度和电流密度,这两个因素直接影响到变压器的电磁力大小和材料消耗的多少; 当磁通密度较大时,则需要的匝数较少,也就是需要的铜消耗量较少,这也从根本上控制减少了变压器制造的初始经济成本。目前国内的变压器空载损耗数值和负载损耗数值的确定一般是通过空载、短路试验在离线状态下测量得出的,这种方法浪费了大量的人力和财力,而且使供电中断。对变压器进行优化设计应实现对空载损耗和短路损耗数值实行在线测量,这样既可满足数值确定的要求,还能减少测量成本的投入。

6、结语

电力变压器是目前我国国家电网中的主要电力设施,变压器的损耗主要包括了空载损耗和负载损耗两种。本文通过对目前国内变压器制造行业的现状分析以及对空载损耗和负载损耗两种损耗的主要参数分析研究,提出了从降低控制初始成本和降低损耗等方法对电力变压器进行优化设计,以满足人们追求低损耗、高性能的变压器的要求。本文虽经过查阅大量资料对变压器的损耗以及优化设计进行了分析研究,但是这一焦点问题还值得进一步的深入研究分析。


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