楊同勛 李洪波

【關(guān)鍵詞】三相;變壓器;三相四框式;鐵心;磁路

一.引言

鐵心作為電力變壓器的磁路，是變壓器實(shí)現(xiàn)能量傳遞的媒介，是變壓器的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)形式對(duì)變壓器制造的成本和產(chǎn)品的性能有著重要的影響。本文主要對(duì)一種新穎的鐵心結(jié)構(gòu)——框式鐵心進(jìn)行介紹。

二，框式鐵心磁路分析

常用框式鐵心分為單相框式鐵心和三相四框式鐵心。其結(jié)構(gòu)、磁通分布如下所示：

（一）單相框式鐵心

顯然，由圖1、2、3我們不難看出：對(duì)于單相框式鐵心，其磁路對(duì)稱(chēng)，各框的截面相等，磁路長(zhǎng)度相差很小，從而各框問(wèn)的磁阻相差甚微。因此可以認(rèn)為鐵心內(nèi)部各框中的磁通幅值是相同的。即：

（二）三相四框式鐵心

由上圖可得下列方程組：

由于三相四框式鐵心的框與框之間有較大的氣隙（一般6-8毫米），該氣隙形成了較大的磁阻，使磁通很難穿越，因此各框中的磁路是相對(duì)獨(dú)立的;又由于各框的截面相等，磁路長(zhǎng)度相差很小，從而各框間的磁阻相差甚微。因此可以認(rèn)為三相四框式鐵心內(nèi)部的基波磁通分布符合圖5所示的向量關(guān)系。

通過(guò)向量圖并結(jié)合磁路圖，可以得出：三相四框式鐵心的心柱內(nèi)合成磁通中無(wú)3次諧波磁通。下面采用解析法對(duì)上述判斷進(jìn)行證明：

設(shè)心柱內(nèi)的三相磁通分別為：

忽略各框內(nèi)的高次諧波，并設(shè)框內(nèi)基波的幅值為a，三次諧波的幅值為b，則有：

雖然心柱內(nèi)無(wú)3次諧波磁通。但三相四框式鐵心鐵軛內(nèi)卻有3次諧波磁通，這部分磁通造成變壓器空載損耗增大，設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意。

三.框式鐵心結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（一）鐵軛截面小、軛寬小

一般情況下，框式鐵心鐵軛、旁柱的截面為心柱的1/2，但當(dāng)為降低變壓器運(yùn)輸高度而壓軛時(shí)，鐵軛、旁柱的截面應(yīng)適當(dāng)增大以抵消壓軛對(duì)磁路的影響。而常規(guī)三相五柱式鐵心，鐵軛、旁柱的截面一般為心柱的53%以上，因此對(duì)于三相變壓器采用框式鐵心可明顯地降低產(chǎn)品的材料成本。此外框式鐵心鐵軛寬度小，還可有效降低變壓器高度。

以某臺(tái)SSZ-180000/220產(chǎn)品為例，對(duì)比如下：

（二）軸向油道散熱能力好

變壓器鐵芯內(nèi)部損耗所產(chǎn)生的熱量通過(guò)硅鋼片的片寬和疊厚兩個(gè)方向向外發(fā)散，由于熱量克服硅鋼片絕緣膜的熱阻向疊厚方向散熱比較困難，熱量主要通過(guò)片寬方向散熱。因此采用具有軸向油道的框式鐵心其散熱能力比常規(guī)鐵心更強(qiáng)，因此相同條件下采用框式鐵心可以減少鐵心油道數(shù)量，提高鐵心的填充率。

（三）硅鋼片的片形簡(jiǎn)單，材料利用率高

常規(guī)鐵心心柱片形為六邊形，如圖6所示。橫剪加工時(shí)，兩端需要剪去很大角材料，導(dǎo)致材料利用率不高，同時(shí)加工較為繁瑣。

框式鐵心心柱片形為梯形，如圖7所示，橫剪加工時(shí)無(wú)須去角，加工簡(jiǎn)單，而且材料利用率高。

（四）由于框式鐵心鐵軛中存在3次諧波，會(huì)增加一部分空載損耗，設(shè)計(jì)時(shí)需合理選擇工藝系數(shù)。

四、結(jié)論

綜上所述，框式鐵心尤其是三框四柱式鐵心是一種比較理想的磁路結(jié)構(gòu)，具有突出的優(yōu)點(diǎn)，在降成本工作和研發(fā)ASA變壓器方面具有重要的意義，值得我們進(jìn)一步的研究和應(yīng)用。