非晶態合金鐵芯具有高飽和磁感應強度、低損耗、低激磁電流、良好的溫度穩定性等特點。非晶合金變壓器(Amorphous Metal Transformer)是一種低損耗、高能效的電力變壓器。此類變壓器以鐵基非晶態金屬作為鐵芯，由于該材料不具長程有序結構，其磁化及消磁均較一般磁性材料容易。因此，非晶合金變壓器的鐵損（即空載損耗）要比一般采用硅鋼作為鐵芯的傳統變壓器低70~80%。

　　 

由于損耗降低，發電需求亦隨之下降，二氧化碳等溫室氣體排放亦相應減少。基于能源供應和環保的因素，非晶合金變壓器在中國和印度等大型發展中國家得到大量采用。以中印兩國目前的用電量來計算，若于配電網全面采用非晶合金變壓器的話，每年大約可節省25-30TWh發電量，以及減少2至3千萬噸二氧化碳排放。

一

非晶合金變壓器設計

非晶合金鐵芯配電變壓器的最大優點是，空載損耗值特低。最終能否確保空載損耗值，是整個設計過程中所要考慮的核心問題。當在產品結構布置時，除要考慮非晶合金鐵芯本身不受外力的作用外，同時在計算時還須精確合理選取非晶合金的特性參數。除此設計思路外，還須遵循以下三點要求：

(1)由于非晶合金材料的飽和磁密較低，在產品設計時，額定磁通密度不宜選得太高，通常選取1.3～1.35T磁通密度便可獲得較好的空載損耗值。

(2)非晶合金材料的單片厚僅為0.03mm，所以其疊片系數也只能達到82%～86%。

(3)為了使用戶能獲得免維護或少維護的好處，現把非晶合金配電變壓器的產品，都設計成全密封式結構。

二

變壓器非晶合金結構特點

利用導磁性能突出的非晶合金，來用作制造變壓器的鐵芯材料，最終能獲得很低的損耗值。但它具有許多特性，在設計和制造中是必須保證和考慮的。主要體體現以下幾個方面：

(1)非晶合金片材料的硬度很高，用常規工具是難以剪切的，所以設計時應考慮減少剪切量。

(2)非晶合金單片厚度極薄，材料表面也不是很平坦，則鐵芯填充系數較低。　　

(3)非晶合金對機械應力非常敏感。結構設計時，必須避免采用以鐵芯作為主承重結構件的傳統設計方案。

(4)為了獲得優良的低損耗特性，非晶合金鐵芯片必須進行退火處理。

(5)從電氣性能上。為了減少鐵芯片的剪切量，整臺產品的鐵芯由四個單獨的鐵心框并列組成，并且每相繞組是套在磁路獨立的兩框上。每個框內的磁通除基波磁通外，還有三次諧波磁通的存在，一個繞組中的兩個卷鐵芯框內，其三次諧波磁通正好在相位上相反，數值上相等，因此，每一組繞組內的三次諧波磁通向量和為零。如一次側是D接法，有三次諧波電流的回路，當在感應出的二次側電壓波形上，就不會有三次諧波電壓的分量。

　　

根據上面分析，三相非晶合金配電變壓器最合理的結構為：鐵芯，由四個單獨鐵芯框在同一平面內組成三相五柱式，必須經退火處理，并帶有交叉鐵軛接縫，截面形狀呈長方形。繞組，為長方形截面，可單獨繞制成型的，雙層或多層矩形層式。油箱，為全密封免維護的波紋結構。

三

非晶合金變壓器性能

目前廣泛采用的新S9型配電變壓器，其鐵心所采用的導磁材料通常為30Z140高導磁冷軋硅鋼片，其飽和磁密比非晶合金高，產品設計時所選取的磁通密度通常在1.65～1.75T之間。這也就是非晶合金鐵心配電變壓器比新S9型配電變壓器空載損耗低的一個主要原因。用于配電變壓器的鐵基非晶態合金與硅鋼片的主要電磁特性對比如表1所示。

表1 用于配電變壓器的鐵基非晶態合金與硅鋼片的主要電磁特性對比

四

使用效果

三相非晶合金鐵心配電變壓器與新 S9 型配電變壓器相比，其年節約電能量是相當可觀的。

以800kVA為例，△P0為1.05kW;兩種型式配電變壓器的負載損耗值是一樣的，則△Pk=0，便可計算出一臺產品每年可減少的電能損耗為：

△Ws=8760(1.05+0.62×0)=9198kW·h

　　

通過該種規格產品的計算可知，三相非晶合金鐵心配電變壓器系列產品的節能效果非同一般。由于油箱又設計成全密封式結構，使變壓器內的油與外界空氣不接觸，防止了油的氧化，延長了產品的使用壽命，為用戶節約了維護費用。

五

非晶合金變壓器發展前景

若能完全替代新 S9 系列配變，如 10kV 級配電變壓器年需求量按 5000 萬 kVA 計算時，那么，一年便可節電 100 億 kW·h 以上。 同時，還可帶來少建電廠的良好的環保效益，少向大氣排放溫室氣體，這樣會大大地減輕對環境的直接污染，使其成為新一代名副其實的綠色環保產品。

　　 

總之，國家在城鄉電力網系統發展與改造中，若能大量推廣采用三相非晶鐵心配電變壓器產品，其最終會獲得節能與環保兩方面的效益。

來源：維基百科網