温度对取向硅钢磁性能的影响

武卫革，刘 涛，范亚娜，韩贵胜

(保定天威保变电气股份有限公司，河北 保定 071056)

根据国家标准，电力变压器正常使用条件中规定的最高环境温度是+40℃，铁心的最高温升是80 K，这表明变压器的铁心温度可以工作在120℃。［1］但是硅钢片厂家提供的磁性能参数，如铁损和磁化曲线，通常是在室温条件下测量得到的，与变压器实际运行温度下的电磁性能有一定的误差，这样就会对变压器的数字仿真、优化设计产生不利影响。

爱泼斯坦方圈作为一种测量硅钢片带磁性能的标准方法，具有测量数据重复性好、制作简单、无需重复绕制励磁绕组和测量绕组等优点［2］。本文将25 cm爱泼斯坦方圈置于高低温试验箱中，分别测试 25、50、75、100、125 ℃ 下硅钢片的 30Q120 磁性能参数，并分析了不同环境温度下取向硅钢片的磁性能变化规律，为变压器进一步的优化设计提供了参考依据。

1 实验

爱泼斯坦方圈由初级绕组、次级绕组和待测量的硅钢片式样作为铁心组成，形成了一个空载变压器［3］。实验用硅钢片牌号为30Q120，剪切方向与轧制方向夹角为0，样片尺寸为30 mm×300 mm，测试频率为50 Hz。为保证测试电源稳定性，实验过程中使用UPS电源。实验所使用的设备如表1所示。

表1 实验设备Tab.1 Experiment equipments

2 结果与分析

不同温度下铁损变化率如图1所示。不同温度下的铁损变化率可定义为［4］

式中:Wt为硅钢片在 t温度下(t=50，75，100，125)的铁损;W25为硅钢片在25℃的铁损;W表示t温度下的铁损相对于25℃铁损的变化率。

图1 不同温度下铁损变化率Fig.1 Iron loss change rate under different temperature

从图1中可以看到，随着温度升高，硅钢片的铁损在降低。125℃相对于25℃时铁损变化率最大可以达到－8.6%

温度变化对导磁率的影响如图2所示［5－6］。

图2 温度对导磁率的影响Fig.2 Effect of temperature on permeability

从图2可以看出，在磁感应强度小于1.4T情况下，随着温度的升高，导磁率在增大;在磁感应强度大于1.4T情况下，随着温度的升高，导磁率减小。从图2(b)还可以看出，高磁密(如:1.7T)下磁导率对温度的变化率要大于低磁密(如:0.5T)下导磁率对温度的变化率。这说明在高磁密下温度对导磁率的影响更大一些。

25、75、125℃下的B－H曲线如图3所示。

图3 25℃，75℃，125℃下的B－H 曲线Fig.3 B －H curves at 25，75 and 125 Centigrade

从图3中可以看出，当H小于50 A/m时，不同温度下的B－H曲线基本重合;当H大于50 A/m时，随着温度的升高，相同的磁场强度对应磁感应强度会减小。这说明当温度升高时，硅钢片的饱和磁感应强度会降低。

温度变化对矫顽力的影响如图4所示。

图4 温度对矫顽力的影响Fig.4 Effect of temperature on coercivity

从图4可以看出，随着温度的升高，矫顽力在减小。

不同温度下剩磁变化率如图5所示。

图5 不同温度下剩磁变化率Fig.5 Remanence change rate under different temperature

不同温度下的铁损变化率可定义为

式中:Br(t)为硅钢片在 t温度下(t=50，75，100，125℃)的剩磁;Br(25)为硅钢片在25℃的剩磁;Br表示t温度下的剩磁相对于25℃剩磁的变化率。从图5可以看到，温度为125℃时，剩磁变化率在0.1 T时达到正向最大值2%，在0.6 T时达到负向最大值－2%。其他温度环境对剩磁的影响都在±2%范围之内。

3 结论

1)随着温度升高，硅钢片的铁损在降低。

2)在磁感应强度小于1.4 T情况下，随着温度的升高，导磁率增大;在磁感应强度大于1.4 T情况下，随着温度的升高，导磁率减小，而且在高磁密下温度对导磁率的影响更大一些。

3)当H小于50 A/m时，不同温度下的B－H曲线基本重合;当H大于50 A/m时，随着温度的升高，硅钢片的饱和磁感应强度会降低。

4)随着温度的升高，矫顽力在减小。

5)温度对剩磁的影响在2%范围之内。

［1］ 谢毓城.电力变压器手册［M］.北京:机械工业出版社，2003.XIE Yucheng.Handbook of power transformer［M］.Beijing:Mechanical Industry Press，2003.

［2］ 程志光，高桥则雄，博札德.弗甘尼，等.电气工程电磁热场模拟与应用［M］.北京:科学出版社，2009.CHENG Zhiguang，TAKAHASHI N，FORGHANI B，et al.Electromagnetic and thermal field modelling and application in electrical engineering［M］.Beijing:Science Press，2009.

［3］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 3655—2008用爱泼斯坦方圈测量电工钢片(带)磁性能的方法［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［4］ NAKAOKA M，FUKUMA A，NAKAYA H，et al.Examination of temperature characteristics of magnetic properties using a single sheet tester［J］.Trans.IEE of Japan，2005，125(1):63 －68.

［5］ TAKAHASHI N，MORISHITA M.Examination of magnetic properties of magnetic materials at high temperature using a ring specimen［J］.IEEE Transactions on Magnetics，2010，46(2):548－551.

［6］ KAGIMOTO H ，MIYAGI D.Effect of temperature dependence of magnetic properties on heating characteristics of induction heater［J］.IEEE Transactions on Magnetics，2010，46(8):3018－3021.