椭圆截面铁心变压器.pdf

产品报道技术与应用 TECHNOLOGY APPLICATION 1 1 8 电气时代 2 0 0 8 年第 1 期 变 压器自身的能量消耗有两种 一种是铁 心产生的空载损耗 另一种是主要由导 线产生的负载损耗 虽然空载损耗比额 定负载损耗小很多 但只要产品挂网运行 不管负 载大小 空载损耗总是存在的 尤其在变压器轻载 情况下 空载损耗占总损耗的比重很大 因此 降 低空载损耗是变压器技术发展的一个趋势 目前大 力推广的 S 1 1 型配电变压器 空载损耗比 S 9 型低 3 0 左右 节能效果明显 但用传统圆截面铁心设 计的该产品 材料成本很高 中电电气集团生产的椭圆截面铁心变压器是一 种结构更合理 制造成本更低的新型变压器 用该 方案设计的S 1 1 型配电变压器 能节省大量制造材 料 经济效益十分显著 椭圆截面铁心 椭圆截面铁心变压器的关键部件是椭圆截面 铁心 出于对工艺 结构的考虑 通常铁心截面如 图1 所示 中间部位矩形 两侧分别有一个以矩形 的片宽为直径的半圆组成 三相三柱铁心质量计算公式为 G F e 3 HW 4 M0 At 1 0 4 G 0 式中 G F e 铁心的质量 k g H W 铁心窗高 m m M 0 铁心中心距 m m 硅钢片密度 冷轧片为7 6 5 k g d m 3 A t 铁心有效截面积 c m 2 G 0 铁心角重 k g 中心距M 0由最大片宽 线圈幅向尺寸 套装间 隙 绝缘距离等因素决定 角重由片宽 截面形状 及大小决定 椭圆截面铁心通过改变片宽 叠厚及 截面形状 降低中心距和角重 减轻铁心重量 降 低空载损耗 虽然由于铁心截面改为椭圆形 绕组 的周长 导线重量和负载损耗有少许增加 但总体 是节能 节材的 如保持空载损耗大小不变 则可 以减小铁心有效截面积 进一步降低硅钢片用量 这时绕组的周长 导线重量和负载损耗也能和圆截 面铁心变压器相当 椭圆截面铁心变压器设计要点 椭圆截面铁心变压器设计时首先要确定铁心截 面大小和形状 传统变压器只要确定了铁心截面大 小 也就能确定铁心直径 而椭圆截面是一种类似 椭圆的铁心截面形式 它的大小由主级的片宽 叠 厚确定 同一截面积可以有多种方案 如何确定椭 圆截面的形状 要结合变压器的结构 工艺和经济 性考虑 1 结构 该铁心铁轭 心柱截面均为椭圆 相 应的线圈 铁轭绝缘等也为椭圆状 这样变压器器 身布置比较紧凑 如果主级片宽太小 铁心拉螺杆 到高压线圈的距离满足不了绝缘的要求 同时 夹 件到线圈的距离也不能满足高 低压引线的引出 如果主级片宽过大 又会引起中心距增大 增加铁 心重量和空载损耗 椭圆截面铁心变压器 文 中电电气集团 顾小虎 金承祥 郭明军 国家颁布了节能中长期规划 明确了节能的主要任务和方向 变压器是城乡电 网 工矿企业等应用十分广泛的电力设备 它是否节能十分重要 图 1 AA HW M0M0 A A 产品报道技术与应用 TECHNOLOGY APPLICATION 1 2 0 电气时代 2 0 0 8 年第 1 期 2 工艺 椭圆截面铁心变压器生产工艺的最大 难点在线圈 线圈绕制之后短轴方向会变大 长轴 方向会缩小 线圈长 短轴之比越大 绕制后的变 化就越大 从这方面考虑 要减小线圈长 短轴之 比 也就是要增大铁心主级片宽 但这样同样会引 起中心距增大 可以看出线圈制作水平的高低直接 影响椭圆截面铁心变压器的设计成本 3 经济性 在满足结构 工艺的前提下 要尽 可能降低片宽 减小铁心中心距 降低铁心重量 如 使空载损耗大小不变 可减小铁心有效截面积 进 一步降低硅钢片用量 尽量使导线重量 负载损耗 不增加 确定了铁心截面后 可进行电磁计算 该变压器的椭圆线圈抗短路能力比圆线圈要差 些 但可通过低压设计成箔式线圈 高低压线圈整 型固化 薄弱处加强等方法提高抗短路能力 在考 虑椭圆截面铁心变压器特殊性的同时 尽量采用传 统变压器成熟的结构和工艺 保留传统变压器所具 有的可靠性 椭圆截面铁心变压器与圆截面铁心变压器 主要材料成本比较 椭圆截面铁心变压器通过技术创新 改变铁心 截面形状 缩小中心距 减少材料用量 降低制造 成本 以S 1 1 M 5 0 0 1 0 为例 比较圆截面 椭 圆截面两种设计方案 1 圆截面 铁心尺寸 截面形状如图2 所示 铁心材料为 3 0 Q 1 2 0硅钢片 每匝电势为 9 6 2 2 5 V 磁通密度 B 4 5 e t At 4 5 9 6 2 2 5 2 8 7 7 0 2 T 1 5 0 5 T 单位铁损为0 8 3 1 W k g 铁心质量 G F e 3 4 8 0 4 3 4 5 7 6 5 2 8 7 7 0 2 1 0 4 9 5 8 k g 7 1 6 5 k g 空载损耗 P 0 1 1 5 7 1 6 5 0 8 3 1 6 8 5 W 2 椭圆截面 铁心尺寸 截面形状如图3 所示 与圆截面相比 由于铁心截面改为图3 的椭圆 引起铁心 线圈和油箱等尺寸变化 铁心材料 每 匝电势 导线规格和线圈高度等与原来一样 磁通密度 B 4 5 e t At 4 5 9 6 2 2 5 2 6 7 3 3 2 T 1 6 2 T 单位铁损为1 0 0 8 W k g 铁心质量 G F e 3 4 8 0 4 2 8 5 7 6 5 2 6 7 3 3 2 1 0 4 5 9 8 k g 5 8 7 4 k g 空载损耗 P 0 1 1 5 5 8 7 4 1 0 0 8 W 6 8 1 W 两方案主要材料用量及成本如表1 所示 主要 性能如表2 所示 可以看出 上述两方案的主要技术性能指标相 当 但椭圆截面铁心变压器主要材料成本比圆截面 铁心变压器下降了约 1 0 节材效果十分明显 结束语 中电电气研发的椭圆截面铁心变压器改变了传 统变压器的铁心截面形式 通过技术创新 在保证 性能质量的前题下 降低了材料用量 为制造企业 提高了经济效益 为社会节约了大量资源 具有较 好的推广价值 EA 收稿日期 2 0 0 7 1 2 1 2 表 2 铁心截面类形 空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压 W W 圆形6 8 55 1 3 1 0 6 23 9 8 椭圆6 8 15 1 5 30 6 03 9 7 S 1 1 M 5 0 0 1 0 标准值6 8 05 1 0 01 0 04 0 0 表 1 铁心截面类形 铜导线硅钢片变压器油钢材主要材料成本 k g k g k g k g 元 圆形3 3 2 9 17 1 6 53 0 53 0 05 2 0 8 1 2 椭圆3 3 4 4 15 8 7 42 3 52 5 54 6 9 1 8 7 注 铜导线7 0 元 k g 硅钢片3 5 元 k g 变压器油8 元 k g 钢材4 2 元 k g 图 2 A H W 4 8 0 M 0 3 4 5 A M 0 3 4 5 A A 2 0 0 叠片系数