非晶合金油浸式变压器的工作原理

　　非晶合金油浸式变压器的工作原理，核心基于电磁感应定律，同时结合了“非晶合金铁芯的低损耗特性”与“变压器油的冷却/绝缘作用”，是传统油浸式变压器在铁芯材料上的优化升级，具体可拆解为4个关键环节：

　　一、基础原理：电磁感应(与普通变压器一致)

　　变压器的核心功能是“电能传递与电压变换”，其底层逻辑依赖互感现象，具体过程如下：

　　1. 原边绕组(一次侧)：电能→磁能

　　当原边绕组接入交流电网时，交流电会在绕组中产生交变电流。根据安培定则，交变电流会在铁芯中激发一个交变磁场(磁场方向随电流方向周期性变化，频率与电网频率一致，如我国50Hz)。

　　2. 铁芯：磁场的“传导路径”

　　铁芯的作用是集中并传导交变磁场(减少磁场泄漏)，确保大部分磁通量能穿过副边绕组。非晶合金铁芯的特殊材料属性，正是在这一步实现了“低损耗”优化(见下文第二点)。

　　3. 副边绕组(二次侧)：磁能→电能

　　根据法拉第电磁感应定律，穿过副边绕组的交变磁场会在副边绕组中感应出交变电动势。若副边绕组接入负载(如电机、灯具等)，则会形成感应电流，实现电能从原边到副边的传递。

　　4. 电压变换规律

　　原、副边的输出电压比，等于两者的绕组匝数比，公式为：

　　U₁/U₂ = N₁/N₂

　　(U₁=原边电压，U₂=副边电压;N₁=原边匝数，N₂=副边匝数)

　　例如：原边匝数是副边的10倍，若原边接入10kV高压，则副边可输出1kV低压，实现“高压变低压”。

　　二、核心优化：非晶合金铁芯的“低铁损”原理

　　非晶合金油浸式变压器与传统油浸式变压器(硅钢片铁芯)的核心差异，在于铁芯材料——非晶合金的原子排列为“无序非晶体结构”(区别于硅钢片的“有序晶体结构”)，这一特性使其在磁场变化时的铁损(铁芯损耗)大幅降低，具体体现在两点：

　　1. 低磁滞损耗

　　磁滞损耗是铁芯在交变磁场中“反复磁化”时，因磁畴(磁性单元)翻转产生的能量损耗。非晶合金的原子无序排列无“晶粒边界”，磁畴翻转时的阻力远小于硅钢片，因此磁滞损耗仅为传统硅钢片的1/3~1/5。

　　2. 低涡流损耗

　　交变磁场会在铁芯内部感应出“涡流”(环形电流)，涡流流经铁芯电阻会产生热量(涡流损耗)。非晶合金的电阻率比硅钢片高2~3倍，且通常制成极薄的带状(厚度仅0.02mm左右)，可大幅削弱涡流的产生，进一步减少损耗。

　　→ *终效果：非晶合金铁芯使变压器在空载或低负载时的总损耗显著降低(空载损耗可降低50%以上)，更适用于电网中“长期轻载运行”的场景(如居民小区、商业楼宇配电)。

　　三、关键支撑：变压器油的“冷却+绝缘”作用

　　“油浸式”的核心是通过变压器油(矿物油或合成油)实现两大功能，保障变压器稳定运行：

　　1. 散热冷却：带走损耗热量

　　变压器运行时，会产生两类损耗：① 铁芯的铁损(前文所述);② 绕组的铜损(电流流经绕组电阻产生的热量)。这些损耗最终转化为热量，使铁芯和绕组温度升高。

　　冷却过程为：

　　热量先传递给变压器油，使油受热膨胀、密度降低;

　　热油自然上升至油箱顶部的散热器(或强制循环系统)，通过散热器与空气接触，将热量散发到环境中;

　　冷却后的油密度增大，沿油箱壁下降，回到铁芯和绕组周围，形成循环散热，确保变压器温度控制在允许范围(通常顶层油温不超过95℃)。

　　2. 绝缘保护：隔绝导电部件

　　变压器油的绝缘性能远优于空气，可填充铁芯、绕组与油箱之间的空隙，隔绝各导电部件(如不同绕组、绕组与油箱)，防止出现漏电或击穿短路，同时还能保护铁芯和绕组的金属表面，减缓氧化腐蚀。

　　四、辅助环节：关键部件的协同作用

　　除核心的“电磁感应低铁损油冷却”外，以下部件确保变压器安全、稳定工作：

　　分接开关：通过调节原边绕组的匝数，微调副边输出电压，补偿电网电压波动(如电网电压升高时，减少原边匝数，使副边电压保持稳定)。

　　油箱与储油柜：油箱容纳铁芯、绕组和变压器油;储油柜(油箱顶部的小油箱)用于补偿油体积的热胀冷缩，防止油箱变形，并隔绝空气(减少油的氧化和水分混入)。

　　瓦斯继电器：油浸式变压器的核心保护装置，当变压器内部发生故障(如短路、绝缘击穿)时，会产生气体或油流冲击，瓦斯继电器触发报警或跳闸，切断电源。

　　绝缘纸/纸板：与变压器油配合，包裹在绕组外层，进一步增强绕组的绝缘性能，防止绕组间或绕组与铁芯间的短路。

　　总结：非晶合金油浸式变压器的核心优势原理

　　它本质是“传统电磁感应原理”+“非晶合金低铁损材料”+“变压器油冷却绝缘”的结合体，核心优势源于：

　　1. 非晶合金铁芯大幅降低铁损(尤其空载损耗)，提升运行效率;

　　2. 油浸冷却能有效带走热量，适应中大容量场景(比干式变压器散热能力更强);

　　3. 变压器油的绝缘作用，使设备绝缘性能更可靠，使用寿命更长。

　　因此，它广泛应用于10kV/35kV配电网中，尤其适合对能效要求高、需要长期运行的场合(如城市电网、工业园区配电)。