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立体卷铁心变压器与传统叠铁心变压器比较


第 !" 卷

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立体卷铁心变压器与传统叠铁心变压器比较!
周书琴 !

, 张明德 ", 雷大春 #
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介绍了立体卷铁心变压器的优点和特性, 并与叠铁心的变压器性能进行了对比。 摘要:

关键词: 变压器; 立体卷铁心; 叠铁心; 对比 中图分类号: %&’(# 文献标识码: ) 文章编号: (#((-) !((!*+’#, ($*(((-*(’

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目前,我国电力行业使用的油浸配电变压器绝 大部分都是传统的叠铁心变压器。国家未来发展计
! 全国变压器节材技术研讨会获奖论文。

划要走 “节约资源, 保护环境” 的发展路子, 因此, 变 压器制造业的当务之急是为输变电建设提供节能、 环保、 可靠的产品。 立体卷铁心变压器是一种结构更合理、性能更

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中不断探索总结和提高,才能进一步扩大其应用范 围。 参考文献:
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王瑞华 " 脉冲变压器设计 M&N" 北京: 科学出版社, !B+L" (# ) : $$ !+,-*!+,B" !BBL,

M$N M’N M,N

路长柏 " 电力 变 压 器 绝 缘 技 术 M&N" 哈 尔 滨 : 哈尔滨工业 大学出版社, !BBL" 刘传彝 " 电力变 压 器 设 计 计 算 方 法 与 实 践 M&N" 沈 阳 : 辽 宁科学技术出版社, #((#" 保 定 天 威 变 电 气 股 份 有 限 公 司 " 电 力 变 压 器 手 册 M&N" 北京: 机械工业出版社, #(($"

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收稿日期: #((’*($*## 作者简介: 李曼苹 (!BL!* ) , 女, 湖南隆回人, 中国工程物 理 研 究 院 电 子 工 程 研 究 所 助 研 , 硕士, 从事脉冲变压器方面 研究。

第!期

周书琴、 张明德、 雷大春: 立体卷铁心变压器与传统叠铁心变压器比较

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优良、 制造成本更低的新型高性能变压器。 这种变压 器的大量推广使用, 将节省大量能源和材料, 经济效 益十分显著。 因此, 该种变压器必将引起电力行业和 有识之士的关注和重视。我公司在研制和开发立体 卷铁心变压器方面做了很多开拓性工作。下面对该 产品的优点和特性加以介绍。

带片间紧密, 因此明显降低了铁心的噪声。叠片系 数也有所提高。

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心柱排列不同 叠铁心变压器的三个心柱呈平面排列, 中间心

柱的磁路短, 性能好, 损耗低, 而两个边柱的磁路 长, 性能差, 空载电流大, 从而造成三相不平衡。 立体卷铁心变压器的三个心柱呈等边三角形 的立体排列。三个磁路长度一致, 且都最短, 因此三 个心柱空载电流小, 且一致, 从而使三相平衡。而且 由于三个磁路都最短,因此明显地减轻了铁心重 量, 节省了硅钢带材料。

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立体卷铁心变压器的关键部件是立体卷绕式铁 心。立体卷铁心磁路中无空气隙, 卷绕紧密, 三个磁 路长度一致, 且都最短, 铁心心柱的横截面更接近于 圆形,这些结构上的特点使该种变压器具有明显的 优点, 如节省材料、 提高性能、 降低损耗、 降低噪声、 三相平衡、 减少三次谐波等。 而这些优点同时集中于 一种结构的变压器上,是其它结构的变压器所难以 做到的。 立体卷铁心是一种卷绕式铁心。整个铁心由三 个完全相同的单框拼合而成。拼合后铁心的三个心 柱呈等边三角形立体排列。每个单框是由若干根梯 形料带依次连续卷绕而成。卷绕后的单框横截面接 近半圆形。拼合后的横截面呈非常接近整圆的准多 边形。 卷绕单框的不同尺寸梯形料带, 由专用折线开 料机进行套裁加工得到。这种套裁加工可以做到无 废料加工, 即套裁时材料利用率为 !""# 。 单框的卷绕是在专用的立体卷铁心卷绕机上完 成的。 这种铁心卷绕机料带卷绕时, 卷绕机会自动精 确地完成料带的 $"% 倾斜角。从而确保三个单框拼 合时, 拼合面良好粘合。

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心柱的横截面形状不同, 截面占空系数不同 传统铁心的心柱横截面形状呈阶梯形, 一般中

小型叠铁心变压器叠片的级数为 &)!" 级,其截面 的填充系数为 "*’+)"*+(& 。虽然级数越多填充系数 越大, 但制造越麻烦。 立体卷铁心采用多根梯形料带卷绕而成, 截面 形状呈准多边形, 填充系数可达 "*+&)"*+, 。 因此, 立 体卷铁心截面的填充系数比叠铁心截面的填充系 数大 $*&#),# , 即在同样截面积的情 况 下 , 铁心心 柱外接圆直径减小 (#)$# 。 从而减少了绕组的平均 匝长, 节省铜材 (#)$# , 同时降低了负载损耗。

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立体卷铁心与叠铁心相比,在结构上有三个明

显的改进: 叠片改进为卷绕; 心柱平面排列改进为立 体排列; 心柱截面形状由阶梯形状改为准多边形。 这 使得立体卷铁心变压器与叠铁心变压器相比有五大 优点。

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制造方法上是卷绕式而不是叠片式 叠铁心变压器铁心的制造方法是,首先由纵剪

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节省材料, 降低成本 立体卷铁心变压器比叠铁心变压器节省材料的

原因是由立体卷铁心的独特结构决定的。立体卷铁 心的三个磁路的平均长度明显短于叠铁心。因此立 体卷铁心重量比叠铁心重量明显轻, 所以节省材料, 降低了成本。 在相同的心柱截面积、 相同的窗高尺寸、 相同的 心柱中心距情况下,立体卷铁心重量比叠铁心轻 则立体卷铁心比叠铁心节省硅钢带材 ("# , 降 ("#, 低铁心材料成本 ("# 。立体卷铁心硅钢带加工成梯 形料带时, 采用套裁方法开料, 故开料时没有废料产 生, 不浪费材料。 而叠铁心硅钢片加工过程中需要冲 角,冲下来的角料成为废料,造成约 -# 的材料浪 费。 立体卷铁心心柱截面呈多边形, 截面填充系数可 而叠铁心心柱截面呈阶梯 形 , 截面填 达 "*+&)"*+, ,

生产线和横剪生产线将硅钢带加工成一定形状的硅 钢片, 然后再将硅钢片拼搭成一个个平面, 每个平面 要有 & 张片子 ’ 个接缝。 这种铁心存在着三个缺点: (!) 在磁路中存在着许多接缝形成的空气隙, 这 种空气隙加大了磁路的磁阻, 从而增加了损耗。 (() 两片相接处磁路的方向与硅钢片的高导磁 方向不一致。 ($ ) 片与片之间不够紧密, 不仅降低了叠片系 数, 更重要的是加大了噪声。 立体卷铁心是由若干根一定形状的硅钢带连续 卷绕而成的, 整个磁路中无空气隙; 硅钢带的高导磁 方向和磁路方向完全一致, 故磁阻小, 损耗低; 硅钢

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第 !" 卷

充系数为 )./,8).,06 , 故在相同截面情况下, 立体卷 铁心绕组的平均匝长短 09819 ,从而可节省铜材

长度最短,两个边柱的磁路长度比中柱平均磁路长 度长 0)9 以上, 从而造成三个心柱空载电流差别较 大, 中柱空载电流最小, 两个边柱的空载电流较大, 造成三相不平衡。 立体叠铁心的三个心柱呈等边三角形排列, 三 个心柱的磁路长度完全一致, 且最短, 三个心柱空载 电流相等, 因而三相平衡。

09819。 降低损耗 "#$ 提高性能,
立体卷铁心变压器比叠铁心变压器提高性能, 降低损耗的原因, 也是由立体卷铁心的结构所决定。 具体有两个方面: (+ ) 由于立体卷铁心的重量比叠铁心明显轻, 在 工艺系数相同、 硅钢片单位损耗相同的情况下, 立体 卷铁心的空载损耗就明显低, 性能好。其关系式为: 式中 ? !):" ) #? $ —— !)—空载损耗 (+)
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三相空载电流与空载损耗测试值比较如表 0 所示。

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!&&’() 平面 * 型卷铁心与立体三角形卷铁心测试值

—— " )—硅钢片单位损耗 —— # —铁心重量 —— $ —工艺系数 由于立体卷铁心 在 制 造 过 (0 ) 程中经过退火处理,工艺系数为

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平面 @ 型铁心测试数据 立体三角形铁心测试数据 空载电流值 空载电流 空载损耗

相序

空载电流值

空载电流

空载损耗

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+.)68+.+,而叠铁心在制造 过 程 中 一般不退火处理, 工艺系数为 +.08 +.7。

在相同的硅钢带材料、 相同的心柱横截面积、 相 同的窗高尺寸、 相同的心柱中心距情况下, 立体卷铁 心变压器比叠铁心变压器空载损耗下降约 1)9 , 空 载电流下降 ;)98/)9 。 平面叠铁心与立体卷铁心材料用量及性能比较 如表 + 所示。 示。

几种油浸配电变压器性能参数的对比如表 1 所

" 123
打破了传统配电 @ 型平面卷铁心变压器的诞生, 变压器只能套装绕组的习惯, 使性能指标比传统叠铁 心变压器有了一次突破, 而立体卷铁心变压器的诞生 则是变压器设计和制造史上的一次重大革命。 它打破 了传统叠铁心的结构框架, 依靠结构的改进, 使配电 变压器有了一个质的飞跃。这在各行各业飞速发展, 用电需求紧张的今天, 意义尤为重大。 从环保、 节能、 运行安全可靠这三个方面来综合 评价一个产品的发展前景,立体形卷铁心变压器既 环保又节能, 制造工艺可靠, 必将会有一个广阔的市 场。

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降低噪声 叠铁心是由一定形状的硅钢片按一定规律叠

成。硅钢片之间不够紧密, 工作时在电磁力作用下, 产生振动, 故噪声较大。 而立体卷铁心是由几种梯形 料带依次卷绕而成, 硅钢带之间较紧密, 工作时, 振 动小、 噪声低。 立体卷铁心变压器噪声比叠铁心变压 器噪声低 ;8+)<= 。

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三相平衡 由于叠铁心变压器的三个心柱呈平面排列, 这

样使三个心柱的磁路长度不一致,中间心柱的磁路
表! 平面叠铁心与立体卷铁心材料用量及性能

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序号 规格

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铁心结构 平面叠铁心 立体卷铁心 平面叠铁心 立体卷铁心 铜质量 !"# 铁质量 !’( 性能 铁心材料 备注

(容量)

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接近 5++ 超过 5+1

第!期

周书琴、 张明德、 雷大春: 立体卷铁心变压器与传统叠铁心变压器比较 表! 几种油浸配电变压器性能参数

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容量 行业 %& 产品 空载损耗 空载电流 噪声

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天灵 %’’ 产品 空载损耗 空载电流 噪声 天灵 %’( 产品 空载损耗 空载电流 噪声

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注: 负载损耗均与行业 %& 产品一致, 不再列出。

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收稿日期: /..36’’6’3 作者简介: 周书琴 (’&3’6 ) , 女, 辽宁沈阳人, 上海天灵变 压 器 有 限 公 司 总 工 程 师 , 高级工程师, 从事变压器设计与制 造研究工作; , 男, 上海嘉定人, 上海宝涛机电设备制造有限公司高级工程师, 从事变压器卷铁心设计开 张明德 (’&(&6) 发与制造工作; , 男, 四川达州人, 上海天灵开关厂有限公司工程师, 从事电器设计与开发。 雷大春 (’&2/6)

立体卷铁心变压器与传统叠铁心变压器比较
作者: 作者单位: 周书琴, 张明德, 雷大春, ZHOU Shu-qin, ZHANG Ming-de, LEI Da-chun 周书琴,ZHOU Shu-qin(上海天灵变压器有限公司,上海,201806), 张明德,ZHANG Ming-de(上海 宝涛机电设备制造有限公司,上海,201802), 雷大春,LEI Da-chun(上海天灵开关厂有限公司 ,上海,201823) 变压器 TRANSFORMER 2006,43(3) 0次

刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:

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