在高效節能配電變壓器領域，非晶合金鐵心配電變壓器（以下簡稱非晶合金變壓器）和立體卷鐵心配電變壓器（以下簡稱立體卷鐵心變壓器）應用廣泛。變壓器生產廠家為了在市場競爭中處于有利位置，對配電變壓器的節材降耗進行了積極地探索。在疊鐵心變壓器領域，長圓形鐵心和橢圓形鐵心結構的應用成為降低成本的一種有效方法，但由于要相應采用長圓形和橢圓形繞組，導致抗短路能力較差，故障損壞率較高。在各種類型的配電變壓器抗短路能力比較上，還是傳統的圓形疊鐵心變壓器最好。
配電變壓器的鐵心直徑相對較小，硅鋼片在剪切過程中邊緣會有損傷從而影響性能，片寬越小影響占比越大。在鐵心疊積及二次插片過程中，機械應力對硅鋼片造成的傷害相對值也大。鐵心柱與鐵軛間的接縫會使得空載性能變壞，尤其是鐵心中間柱與鐵軛的接縫處。疊積式鐵心在制造過程中的以上幾點使得空載損耗大幅增加，很難達到高效節能配電變壓器標準中的要求。疊鐵心變壓器要降低空載損耗，一般要在三個方面下功夫：使用高牌號硅鋼片，降低鐵心磁通密度，提高器身填充率縮小體積。為此，張亞杰等研發人員通過使用最新的高性能硅鋼片，采取了一系列技術措施，經過多個方案的設計分析和相關資料的查找借鑒，研發出高效節能的疊鐵心配電變壓器。
研究主要從以下幾點進行變壓器產品的優化設計：
(1）采用性能最好的硅鋼片疊制鐵心。采用B20R065高導磁硅鋼片，單位損耗小于0.65W/kg(1.7T，50Hz下）。疊片采用多級步進式疊積，可降低空載損耗和空載電流。由于單片厚度薄，疊片系數按0.96計算；
(2）降低鐵心磁通密度，增大鐵軛截面積。鐵心磁通密度降至1.5T以下，對應磁通密度下的單位損耗不超過0.45W/kg。鐵軛截面的增大對繞組尺寸沒有影響，因而可以通過增大鐵軛的截面積，進一步降低鐵軛中磁通密度和對應磁通密度下的單位損耗，從而進一步降低空載損耗。由于硅鋼片材料各向異性的特性，鐵心柱和鐵軛截面不相等會造成磁通片間穿越進而增加損耗，特別是在中柱接縫處損耗增加明顯，過度增大鐵軛截面是不可取的；
(3）提高繞組的填充率，降低鐵心重量。通過優化繞組結構，盡量縮小繞組體積，相應可減小鐵心的體積和重量，從而降低空載損耗。對配電變壓器而言，高壓繞組采用層式5低壓繞組采用箔式，比連續式繞組和螺旋式繞組的填充系數為高，可有效減小繞組的尺寸。而隨著配電變壓器容量的增大，低壓繞組采用一張銅箔時厚度過大，繞制難度增大。采用雙層銅箔并繞甚至三層銅箔并繞在大容量配電變壓器中得到越來越多的應用，本方案中最終采用雙層銅箔繞制低壓繞組；
(4）降低雜散損耗。通過降低結構件中的雜散損耗，在保持負載損耗不變的前提下，將降低的這部分損耗增加到繞組直流電阻損耗中，從而減小繞組電磁線用量，進一步縮小繞組體積，相應減小鐵心體積和重量，進一步降低空載損耗。
在鐵心設計方面：鐵心按技術要求采用圓形鐵心截面，鐵軛采用截面增大的D型大軛結構。鐵軛疊片厚度與鐵心柱疊片厚度相同，疊片寬度在1.3~1.5倍心柱疊片寬度范圍內選擇。為了降低夾件中的損耗，夾件可選用不導磁鋼材料，或在導磁鋼夾件的繞組側增加硅鋼片制成的磁屏蔽，或是采用絕緣夾件。在綜合考慮夾件機械強度和電磁性能要求的基礎上，夾件整體由絕緣材料制成效果最佳，可使夾件中的雜散損耗降低到近似為零。
在繞組設計方面：高壓繞組采用多層層式結構，層間一個散熱油
道。低壓繞組采用雙層銅箔層式結構，層間一個散熱油道。
在引線設計方面：低壓引線中電流較大，可選用較大截面的銅排以降低引線中的損耗，同時，低壓繞組尾頭的引線銅排伸出盡量短一些，也可降低部分引線損耗。低壓引線采用在夾件內側向上引出的方式，使大電流的低壓引線遠離油箱壁，從而降低了引線漏磁場在油箱壁中產生的雜散損耗，有利于降低產品的整體損耗。
設計的變壓器通過產品仿真值與實測值的對比驗證了模型仿真結果的準確性，為新產品開發的事前控制起到了保障作用。
配電變壓器的鐵心直徑相對較小，硅鋼片在剪切過程中邊緣會有損傷從而影響性能，片寬越小影響占比越大。在鐵心疊積及二次插片過程中，機械應力對硅鋼片造成的傷害相對值也大。鐵心柱與鐵軛間的接縫會使得空載性能變壞，尤其是鐵心中間柱與鐵軛的接縫處。疊積式鐵心在制造過程中的以上幾點使得空載損耗大幅增加，很難達到高效節能配電變壓器標準中的要求。疊鐵心變壓器要降低空載損耗，一般要在三個方面下功夫：使用高牌號硅鋼片，降低鐵心磁通密度，提高器身填充率縮小體積。為此，張亞杰等研發人員通過使用最新的高性能硅鋼片，采取了一系列技術措施，經過多個方案的設計分析和相關資料的查找借鑒，研發出高效節能的疊鐵心配電變壓器。
研究主要從以下幾點進行變壓器產品的優化設計：
(1）采用性能最好的硅鋼片疊制鐵心。采用B20R065高導磁硅鋼片，單位損耗小于0.65W/kg(1.7T，50Hz下）。疊片采用多級步進式疊積，可降低空載損耗和空載電流。由于單片厚度薄，疊片系數按0.96計算；
(2）降低鐵心磁通密度，增大鐵軛截面積。鐵心磁通密度降至1.5T以下，對應磁通密度下的單位損耗不超過0.45W/kg。鐵軛截面的增大對繞組尺寸沒有影響，因而可以通過增大鐵軛的截面積，進一步降低鐵軛中磁通密度和對應磁通密度下的單位損耗，從而進一步降低空載損耗。由于硅鋼片材料各向異性的特性，鐵心柱和鐵軛截面不相等會造成磁通片間穿越進而增加損耗，特別是在中柱接縫處損耗增加明顯，過度增大鐵軛截面是不可取的；
(3）提高繞組的填充率，降低鐵心重量。通過優化繞組結構，盡量縮小繞組體積，相應可減小鐵心的體積和重量，從而降低空載損耗。對配電變壓器而言，高壓繞組采用層式5低壓繞組采用箔式，比連續式繞組和螺旋式繞組的填充系數為高，可有效減小繞組的尺寸。而隨著配電變壓器容量的增大，低壓繞組采用一張銅箔時厚度過大，繞制難度增大。采用雙層銅箔并繞甚至三層銅箔并繞在大容量配電變壓器中得到越來越多的應用，本方案中最終采用雙層銅箔繞制低壓繞組；
(4）降低雜散損耗。通過降低結構件中的雜散損耗，在保持負載損耗不變的前提下，將降低的這部分損耗增加到繞組直流電阻損耗中，從而減小繞組電磁線用量，進一步縮小繞組體積，相應減小鐵心體積和重量，進一步降低空載損耗。
在鐵心設計方面：鐵心按技術要求采用圓形鐵心截面，鐵軛采用截面增大的D型大軛結構。鐵軛疊片厚度與鐵心柱疊片厚度相同，疊片寬度在1.3~1.5倍心柱疊片寬度范圍內選擇。為了降低夾件中的損耗，夾件可選用不導磁鋼材料，或在導磁鋼夾件的繞組側增加硅鋼片制成的磁屏蔽，或是采用絕緣夾件。在綜合考慮夾件機械強度和電磁性能要求的基礎上，夾件整體由絕緣材料制成效果最佳，可使夾件中的雜散損耗降低到近似為零。
在繞組設計方面：高壓繞組采用多層層式結構，層間一個散熱油
道。低壓繞組采用雙層銅箔層式結構，層間一個散熱油道。
在引線設計方面：低壓引線中電流較大，可選用較大截面的銅排以降低引線中的損耗，同時，低壓繞組尾頭的引線銅排伸出盡量短一些，也可降低部分引線損耗。低壓引線采用在夾件內側向上引出的方式，使大電流的低壓引線遠離油箱壁，從而降低了引線漏磁場在油箱壁中產生的雜散損耗，有利于降低產品的整體損耗。
設計的變壓器通過產品仿真值與實測值的對比驗證了模型仿真結果的準確性，為新產品開發的事前控制起到了保障作用。
