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如何降低變壓器鐵芯的損耗
發布時間:2017-11-15 08:13:42 瀏覽次數:14006次

欲設計一個高效率、低損耗的變壓器,必須先由鐵芯著手。降低鐵芯的損耗可以縮小變壓器的體積,其外圍的繞組、外殼必然隨之縮小,因而銅損也將大幅降低。鐵芯材料經過加工過后殘留的應力,破壞原來原子結晶的排列方式,因而需要給予適當熱處理,以恢復原有特性,茲綜合分述如下:
■選用低損耗鐵芯材料:鐵芯材料特性的改良過程依序為(1)方向性硅鋼片(2)高導磁(HI-B)方向性硅鋼片(3)高導磁雷射處理(HS-LS)方向性硅鋼片(4)非晶質合金(Amorphous Alloy)鐵芯。設計者可依實際需要選用較適合的鐵芯材料來制作變壓器?!鲞x用磁阻小的鐵芯結構:硅鋼片在剪切疊積成鐵芯裝配后,其損耗會比硅鋼片原材料損耗大,其增加的比例因鐵芯構造方式而異。原則上接縫的數量愈少磁阻愈低,鐵損愈小。只考慮品質而不計較成本的話,例如音響、儀器等,建議采用無接縫的R-Core或環型卷鐵芯,甚至采用圓形截面積的環型鐵芯,可以達成較低鐵損。若無法避免接縫時,則請考慮采用圖四所示,只有一條接縫的「疊接型卷鐵芯」;大型變壓器可考慮使用圖九所示「V缺口階梯搭接型鐵芯」
■退火熱處理:鋼鐵廠以冷軋展延的方式來加工「方向性鐵芯硅鋼片」,在軋薄的關鍵過程中,必須謹慎的配合熱處理工作,以確保合金材料的磁化特性。依材質的成分,品質管制熱處理的溫度范圍為900~1200℃,材料必須放在充滿惰性氣體(Inert Gas)或氫氣的低碳鋼熱處理爐內處理。變壓器生產工廠于沖制或卷制硅鋼片完成之后,加工過程將殘留不少應力,故必須經由800~875℃的退火熱處理,同樣必須放在氫氣爐內處理。由于氫氣爐內氫氣的含量(純度97%以上)不易控制,若控制不當,可能引起爆炸的工安事故,目前大都已改為真空爐。有些硅鋼片供貨商也提供已經退火過的成型硅鋼片,但必須事先確認是依據上述方法處理的,才能確保變壓器的品質。若基于經濟因素考量,變壓器的品質要求也不是那么高,則退火熱處理的溫度可以降到700~750℃,退火溫度維持在這個范圍,就可達到方向性硅鋼片應具備的大部分性能,雖然無法得到更佳特性,但可省下一筆可觀的費用。另有些場合(例如使用頻率比較高時)需要使用到非常薄的硅鋼片,此種硅鋼片必須經由特殊的加工處理過程才能達成,價格非常昂貴,因此建議改采用鎳-鐵合金(Nickel-Iron Alloy)材料,可以達到相同目的,但成本卻比較低。變壓器鐵芯經退火熱處理完成后,千萬不能再受到外力撞擊或掉落地面,甚至繞線工作也要非常小心,以免鐵芯變形使特性劣化,因而前功盡棄,不可不慎!
降低銅損的方法
繞組的電阻損占變壓器銅損的50%以上,故要降低銅損應考慮下列方法:
■增加導線的截面積:除了慎選材料純度較高的銅線外,宜酌量加大導線的截面積以降低導線直流電阻。
■ 減少線圈匝數:選用導磁系數比較高的鐵芯材料或采用無接縫卷鐵芯等均可降低繞組線圈匝數,達到降低銅損的目的。
■降低漂游損:導體與漏磁通的交鏈,會在導體內部產生窩流損,故要慎選漏磁較低的鐵芯結構。漏磁也會流竄到線圈以外的地方,對于夾件及外殼等金屬配件產生窩流損,宜將內部受到磁漏影響較大的配件材質改為非磁性材料,以降低損耗??梢岳冒惭b于線圈與外殼間的「外殼遮蔽板」來阻隔磁漏。該外殼遮蔽板的種類與形狀很多,以材質而言,可分為銅板、鋁板及硅鋼片等三種,經驗顯示,銅板的阻隔效果更好,但價格較高,通常在平坦的外殼側板上采用硅鋼片,銅板或鋁板則多裝設于需折彎的轉角或角落處。

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