本發(fā)明涉及變壓器，具體涉及一種變壓器混疊鐵芯的設計方法及混疊鐵芯。

背景技術：

1、在變壓器中，鐵芯是起到傳導磁場和提供磁耦合的關鍵部件。然而，在變壓器的工作過程中，鐵芯會經(jīng)歷磁化和磁化反轉(zhuǎn)，這導致鐵芯產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，從而造成能量損耗和溫升。這些損耗不僅影響變壓器的效率，還可能導致設備的過熱和故障。

2、目前，變壓器鐵芯通常采用同一等級的電工鋼（硅鋼片）制成，其磁性能直接決定了變壓器的空載功率損耗，空載功率損耗主要由鐵芯損耗和銅損兩部分組成。為了降低鐵芯損耗，傳統(tǒng)的方法包括增加鐵芯的截面積或使用高導磁率的材料。然而，這些方法通常會導致變壓器體積和質(zhì)量增大及成本提高，無法滿足現(xiàn)代電力設備對經(jīng)濟、高效、緊湊設計的需求。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種變壓器混疊鐵芯的設計方法及混疊鐵芯，旨在至少解決上述現(xiàn)有技術存在的技術問題之一，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術解決方案如下：

2、一種變壓器混疊鐵芯的設計方法，包括以下步驟：

3、s1，以參考鐵芯鋼種為標準，在現(xiàn)有的不同性能等級的電工鋼中，通過成本計算選擇總成本最低的兩種電工鋼混疊；

4、s2，對兩種電工鋼選擇不同比例進行混疊，利用電磁場仿真軟件對不同的混疊比例進行模擬分析，并進行實際變壓器測試測量混疊鐵芯的鐵芯損耗值，得出最佳的鐵芯混疊比例。

5、作為本發(fā)明進一步的方案：步驟s1包括以下步驟：

6、s11，選擇至少鐵芯損耗在同一等級的電工鋼作為參考鐵芯鋼種；

7、s12，選擇若干至少鐵芯損耗值優(yōu)于參考鐵芯鋼種的高性能電工鋼以及若干至少鐵芯損耗值劣于參考鐵芯鋼種的低性能電工鋼；

8、s13，將若干高性能電工鋼和若干低性能電工鋼排列組合，每個組合包括一種高性能電工鋼和一種低性能電工鋼；

9、s14，根據(jù)高性能電工鋼的市場價和低性能電工鋼的市場價，以混疊鐵芯與參考鐵芯質(zhì)量相等且混疊鐵芯制造成本不超過參考鐵芯的制造成本為標準，計算挑選出符合標準的混疊鐵芯組合；

10、s15，利用電磁場仿真軟件對不同的混疊鐵芯組合進行模擬分析，并進行實際變壓器測試測量混疊鐵芯的鐵芯損耗值，選取其中相比參考鐵芯的鐵芯損耗降低超過1%的混疊鐵芯組合；

11、s16，根據(jù)步驟s14中計算的制造成本和步驟s15中計算的鐵芯損耗成本，計算出總成本最低的鐵芯混疊組合。

12、作為本發(fā)明進一步的方案：步驟s2包括以下步驟：

13、s21，在總成本最低的鐵芯混疊組合中，高性能電工鋼和低性能電工鋼按照不同的比例進行混疊；

14、s22，對不同比例鋼種混疊的鐵芯進行有限元仿真和后處理算法并進行實際變壓器測量鐵芯損耗；

15、s23，最終在總成本最低的鐵芯混疊組合中選擇出鐵芯損耗最低的最佳鐵芯混疊組合。

16、作為本發(fā)明進一步的方案：步驟s14中所述計算挑選出符合標準的混疊鐵芯組合，需同時滿足以下兩個公式：

17、，

18、，

19、式中，cmc3為參考鐵芯制造成本，cmc12混疊鐵芯的制造成本，mcore為參考鐵芯的質(zhì)量，cs3為參考鐵芯的市場價，cs1為高性能電工鋼的市場價,α為高性能電工鋼的質(zhì)量比，cs2為低性能電工鋼的市場價。

20、作為本發(fā)明進一步的方案：步驟s16中所述計算出總成本最低的鐵芯混疊組合，定義為:

21、 ，

22、式中，tco為混疊鐵芯的總成本，ic為初始成本，其包括混疊鐵芯的制造成本cmc12，p12為混疊鐵芯損耗，變量a表示每瓦空載損耗的分配成本。

23、作為本發(fā)明進一步的方案：所述變量a的定義如下：

24、，

25、式中，t為變壓器運行時長年限 ，n為變壓器的預期使用壽命年限，t和n均為大于等于0的自然數(shù)，i為每年的投資折現(xiàn)率，為變壓器壽命中期的能源成本。

26、作為本發(fā)明進一步的方案：所述變壓器壽命中期的能源成本的定義如下：

27、，

28、式中，c0為能源的初始成本，r表示能源價格的年增長率，n為變壓器的預期使用壽命年限。

29、以及一種混疊鐵芯，包括根據(jù)上述任意一種變壓器混疊鐵芯的設計方法制備的高性能電工鋼和低性能電工鋼組合。

30、作為本發(fā)明進一步的方案：所述高性能電工鋼疊放于鐵芯中部，所述低性能電工鋼分別疊放于鐵芯兩側。

31、本發(fā)明具有以下有益效果：

32、本發(fā)明通過先確定一個參考鐵芯鋼種，接著在現(xiàn)有鋼種中選擇性能等級優(yōu)于參考鐵芯鋼種的高性能電工鋼以及性能等級劣于參考鐵芯鋼種的低性能電工鋼，一種高性能電工鋼與一種高性能電工鋼混疊形成混疊鐵芯組合，以混疊鐵芯與參考鐵芯質(zhì)量相等且混疊鐵芯制造成本不超過參考鐵芯的制造成本為標準，先計算挑選出符合制造成本標準的混疊鐵芯組合，然后利用電磁場仿真軟件對符合制造成本標準的混疊鐵芯組合進行模擬分析，并進行實際變壓器測試測量混疊鐵芯的鐵芯損耗值，進一步選取其中相比參考鐵芯的鐵芯損耗降低超過1%的混疊鐵芯組合，從而選出總成本（包括制造成本和鐵芯損耗成本）最低的鐵芯混疊組合，最后將總成本最低的鐵芯混疊組合中的高性能電工鋼和低性能電工鋼分別按照不同的比例進行混疊，并進行有限元仿真和后處理算法以及實際變壓器測量鐵芯損耗，最后在總成本最低的鐵芯混疊組合中選擇出鐵芯損耗最低的最佳鐵芯混疊組合。

33、相對于現(xiàn)有的采用同一等級的電工鋼，制成的變壓器鐵芯，通過本發(fā)明的設計方法得到的混疊鐵芯在不提高變壓器質(zhì)量和成本的前提下，有效降低鐵芯損耗，提高變壓器的效率和性能，滿足現(xiàn)代電力設備對經(jīng)濟、高效、緊湊設計的需求。

技術特征：

1.一種變壓器混疊鐵芯的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種變壓器混疊鐵芯的設計方法，其特征在于，步驟s1包括以下步驟：

3.根據(jù)權利要求1所述的一種變壓器混疊鐵芯的設計方法，其特征在于，步驟s2包括以下步驟：

4.根據(jù)權利要求2所述的一種變壓器混疊鐵芯的設計方法，其特征在于，步驟s14中所述計算挑選出符合標準的混疊鐵芯組合，需同時滿足以下兩個公式：

5.根據(jù)權利要求4所述的一種變壓器混疊鐵芯的設計方法，其特征在于：步驟s16中所述計算出總成本最低的鐵芯混疊組合，定義為:

6.根據(jù)權利要求5所述的一種變壓器混疊鐵芯的設計方法，其特征在于：所述變量a的定義如下：

7.根據(jù)權利要求6所述的一種變壓器混疊鐵芯的設計方法，其特征在于：所述變壓器壽命中期的能源成本的定義如下：

8.一種混疊鐵芯，其特征在于：包括根據(jù)權利要求1-7任一項所述一種變壓器混疊鐵芯的設計方法制備的高性能電工鋼和低性能電工鋼組合。

9.根據(jù)權利要求8所述的一種混疊鐵芯，其特征在于：所述高性能電工鋼疊放于鐵芯中部，所述低性能電工鋼分別疊放于鐵芯兩側。

技術總結
本發(fā)明公開了一種變壓器混疊鐵芯的設計方法及混疊鐵芯，屬于變壓器技術領域。在現(xiàn)有的不同性能等級的電工鋼中，通過成本計算選擇總成本最低的兩種電工鋼混疊；對兩種電工鋼選擇不同比例進行混疊，利用電磁場仿真軟件對不同的混疊比例進行模擬分析，并進行實際變壓器測試測量混疊鐵芯的鐵芯損耗值，得出最佳的鐵芯混疊比例。通過該設計方法能在總成本最低的鐵芯混疊組合中選擇出鐵芯損耗最低的最佳鐵芯混疊組合，在不提高變壓器質(zhì)量和成本的前提下，有效降低鐵芯損耗，提高變壓器的效率和性能，滿足現(xiàn)代電力設備對經(jīng)濟、高效、緊湊設計的需求。

技術研發(fā)人員：王超群,向念文,呂增威,陳志偉,王書來
受保護的技術使用者：合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2