干式变压器基础知识讲座(磁路部分)

铁芯的夹紧结构是使铁芯的磁导体成为整体的紧固结构，应满足： 1.框架结构形式，它要承受夹紧力，起吊器身的重力和变压器短路时产生的机械力，以保证硅 钢片的电磁性能。主要承受拉伸应力、弯曲应力，尽量避免承受剪切应力。 2.应能可靠地压紧绕组（压钉、垫块）、支撑引线（支架、绝缘子）、布置器身绝缘，并具有 器身定位装置（硅胶棒、垫块）。 3.夹紧力要均匀，铁芯片边缘不得翘曲、接缝密合，噪声要小（固化漆、绑扎玻璃丝带、硅胶 棒定位、弹垫结构、垫块上安装硅胶垫等装置减噪）。 4.为了减少漏磁通在结构件中产生的涡流损耗和防止铁芯多点接地，结构件应采用绝缘件与铁 芯本体隔开，并尽可能远离漏磁区；而结构件自身不应交链主磁通而形成短路匝。但夹紧件 与旁螺杆或侧梁可以构成闭合回路，交链零序磁通，流通零序电流。 5.绝缘件应尽可能增设散热气道，以便于散热。 6.常见的几种夹紧结构： （1）无孔绑扎、拉螺杆夹紧结构——夹紧强度不大，而且拉螺杆又减小了绕组或引线对地的 绝缘距离。 铁芯绑扎用的树脂浸渍玻璃纤维绑扎带在铁芯立起后绑扎，然后同器身干燥时一起固化。 无碱玻璃纤维纱规格——厚度×宽度为0.1 ×25mm和0.1 ×50mm；玻璃粘带胶配制——先 把环氧树脂在50~60℃下溶化成流动液态，配方成分按质量分数称料： 634号环氧树脂 100% 三乙醇胺 夏季 7%~8%，冬季 8%~10% 工业酒精 适量 在称好后的环氧树脂中加入少量酒精并搅匀，然后把称好三乙醇胺加入并搅拌，在继续加入 酒精，使郊野粘度达到25~30s。 把玻璃纤维带松盘后在100~120℃烘箱中脱蜡2小时~3小时，取出滴干余胶后即可使用。
1.估算铁芯直径的经验公式
铁芯直径D是按下面经验公式估算，即 D=K 4 P ' ，mm k——经验系数； P’——变压器每柱容量 ； P’=PN/3 （1）经验公式的推导： K=53~57
P’=U¢I¢×10-3，kVA
电抗压降：
UX=49.6fWI¢ D ρκ／etHk×106 I¢= etHk×106 UX／ 49.6fW U¢=Wet et =4.44fBmπD2×10-4/4
ρκ D
自耦变压器额定容量等于传导容量家电磁容量（计算容量），每柱容量是由电次容量计算。 ρ——洛氏系数；k——横向漏磁通引起的附加电抗系数；Bm——磁通密度，T Hk——绕组电抗高度，cm； D ——漏磁空道之和（见阻抗电压计算），cm （2）每相容量P’计算说明：
P’= P’N/mt ,kVA P’N——折合成双绕组变压器容量，kVA；mt ——套有绕组铁心柱数； 三相双绕组 P’= P’N/mt =PN/3， kVA ；单相双绕组 P’= P’N/mt =PN/2 三绕组变压器每柱容量计算： PW =（）PN/2PN=P1＋ P2＋ P3/ 2 P’= P’N/mt=P1＋ P2＋ P3/ 2×3=PN/2； 单相三绕组P’= 3PN/4 ； 三相自耦P’=KB PN/2 ； 单相自耦P’=3KB PN/4；
（B）铁心机械强度
铁芯本体以及与绕组组成的器身都必须形成一个坚强的整体结构，以承受产品在制造、运输和运行 过程中可能受到的作用力为此，必须分析计算铁芯个结构的强度。 1.长期作用力； 2.较短时间的作用力 3.瞬时作用力
（C）铁芯的温升和散热
变压器的散热必须保证使其温升不超过规定的温升限值。不同容量的变压器，通过对铁芯温升的计 算来确定铁芯内部散热面积，以保证运行中变压器温升在规定温升限值以内，从而确保变压器安全运行。
B.铁芯的分类
铁心分为壳式（绕组被铁芯包围，且水平放置）和心式（铁芯被绕组包围，且垂直放置） 心式分为：单相双竹、单相三柱、三相三柱、三相五柱式等结构形式； 选择铁芯结构时，主要考虑使空载电流和空载损耗小，噪声低、电压波形保证为正弦波形。
C.铁芯的组成
铁芯是由铁芯本体、夹紧件、绝缘件和接地片组成
D.铁芯的夹紧结构
二.变压器铁芯结构
A.铁芯的作用
铁芯是变压器的基本构件，是变压器的磁路和安装骨架，在原理上铁芯的磁导体是铁芯的磁路。它 把一次电路的电能转换为磁能， 又把磁能转变为二次电路的电能，使能量转换的媒介。铁芯由磁导率 很高的硅钢片制成。硅钢片很薄（0.23~0.3mm），且有绝缘，涡流损耗很小。磁导体是铁芯的主体。 硅钢片的薄厚影响变压器的空载电流、空载损耗及噪声水平等性能。硅钢片越薄，单位损耗越小，其性 能越好。
三.铁芯内磁通分布和磁通密度
绕组内流过电流，而作为磁路的铁芯则是流过磁通。电密等于电流除以导线截面，而磁密则是磁通 除以铁芯截面。
1.单相变压器
单相二柱铁芯：芯柱磁通全部流经铁轭，故流经铁轭磁通等于芯柱磁通，在磁通密度相同的情况下， 铁轭截面等于芯柱截面。
2.三相变压器
三相三柱式铁芯：流经左右两部分铁轭的磁通，就是左右两个边柱的磁通，只是位置不同，故铁轭 截面等于芯柱截面，另外这种铁芯此路不平衡，中间柱磁路段，空载电流小。 三相三柱旁轭式铁芯（五柱铁芯）：铁轭磁通矢量相减为芯柱磁通，所以铁轭磁通为芯柱磁通的根 号3分之1，等于0.577，从而避三相三柱式铁芯高度降低了2×（1-1/ 3 ），即为铁轭高的85%，但 旁轭长增加了重量，为此其端轭和旁轭的截面取0.53倍芯柱截面。
2、变压器在电力系统中的主要作用是什么
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变压器在电力系统中的主要作用是变换电压，以利于电能的传输。电压经升压变 压器升压后，可以减少线路损耗，提高送点经济性，达到远距离送点的目的；电压经 降压变压器降压后，获得各级用电设备的所需电压，以满足用户使用的需要。
3、变压器的特点
一般情况下送电距离与升高电压的关系为1公里——1.5公里/1千伏。表示电压每 升高一千伏，可传送距离1.5公里——2公里。IN=SN/UN（单相时），三相时IN=SN/ （UN×根号3）。同时，在计算单相参数时在星形接法下U相=UN/根号3，角接下I相 =IN/根号3。
E.铁芯叠积形式
1.铁心的叠积形式 （1）保证不减弱电工钢带的磁性； （2）要在机械结构上对形成整体铁芯有利； a.对接和搭接 各个接合处的接缝在同一垂直平面内，称为对接；接缝在两个或多个垂直平面内的，称之为搭接。 搭接式的芯柱与铁轭的铁芯片的一部分交替搭接在一起，使接缝交替掩盖，从而避免了对接式的缺 点，是现代叠片铁芯采用的主要形式。（一片一叠最好） b.搭接的接缝结构： 搭接的形式分为：直接缝（当接缝与硅钢片的轧制方向平行或垂直时称为直接缝）。否则为斜接 缝）、斜接缝。边柱角接缝（接缝在边柱角处）、（在中柱上、下端）中柱角接缝。 直接缝：铁心角部仍然用直接缝，则磁通在角部拐弯时，离开了轧制方向，将增大空载损耗和空 载电流； 斜接缝比直接缝空载损耗降低了15%~25%，空载电流降低了50/%以上。 阶梯接缝：为了减少接缝处铁损过分集中而造成局部过热，目前国内外均采用了阶梯接缝，又称 为步进接缝（目前，我公司采用的是五步进接缝）。即把各层之间叠片接缝向纵向或横向错开，避 免铁芯某一个剖面接缝集中。采用这种接缝比普通接缝，空载损耗和噪音可以进一步降低。
4、干式变压器的种类
干式电力变压器、配电变压器、牵引整流变压器，接地变压器，消弧线圈等特种干式 变压器和非标干式变压器、干式电抗器等品种。
5、干式变压器的原理
干式变压器是根据电磁感应原理所制成的静止的传输交流电能并改变交流电压的装 置。在一个由彼此绝缘的硅钢片叠成的闭合铁心上套上两个彼此绝缘的绕组就构成了 干式变压器。变压器的主要功能有：电压变换、阻抗变换、隔离及文雅（磁饱和变压 器）等。 变压器的基本工作原理：当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有 交流电流I1并产生交变磁通Φ 1，沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合磁路。在 次级线圈中感应出互感电势U2，同时Φ 1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1， E1 的方向与所加电压U1的方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通Φ 1 的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管பைடு நூலகம்时次级线 圈没有接负载，而初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称之为“空载电流”。 如果变压器次级线圈接上负载，次级线圈中就产生电流I2，并因此而产生磁通Φ 2 ， Φ 2的方向与Φ 1相反，起了相互抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减小，从而使初 级自感电势E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切的关系。当次级 负载电流加大时， I1增加， Φ 1也增加，并且Φ 1增加部分正好补充了被Φ 2所抵消的那 部分磁通，以保持铁心里总磁通不变。
天变公司员工基础技术培训系列一
干式变压器基础 知识培训讲座
培训师：姜海玉
一、变压器的基础知识
1、什么是变压器？
变压器是一种静止的电磁感应设备，在其匝链于一个铁芯上的两个或几个绕组 回路之间可能进行电磁能量的交换与传递。也是一种利用电磁感应原理在两个或多个 绕组之间，交流电能转换的电器设备。它可以把一种交流电压、交流电流的电能转换 成相同频率的另一种交流电压、交流电流的电能，并传输电能。
3.磁通密度
铁芯主要尺寸包括：铁芯直径、铁芯窗高及中心距。而铁芯窗高及中心距主要取决于绕组尺寸和绝 缘计算。铁芯直径选取是否合理，将直接影响变压器主要材料的消耗和变压器重量、体积、运输及 技术性能指标。一般情况，同一台变压器如果铁芯直径选取过大时，变压器铁芯重量、空载损耗就 要增大。而变压器的导线重及负载损耗则减小，变压器外形矮胖。铁芯直径选取过小时，会得到相 反的结果。
（2）无孔绑扎，拉板夹紧结构 这种结构通常用在铁芯直径范围：三相三柱式￠400mm~ ￠900mm，紧固件用拉板代替拉螺杆。 这种结构器身吊运时，靠拉板通过销轴将上下夹件连成一体，承受器身重量以及发生短路时绕组 所产生的轴向力。在容量较大时，用低磁钢板加工拉板，并且在中间开一道或数道长槽以减少附加 损耗。铁芯尺寸较大时，铁轭的夹紧结构常用钢带绑扎结构或玻璃胶带绑扎结构。
变压器铁心磁路
一.铁心的磁路
（A）变压器此路的电气性能极电气绝缘
变压器磁路的电气性能主要是指变压器运行中的空载损耗及空载电流。因为，变压器只要投入电 网，不论带多大负荷，都有空载损耗存在；也就是说，空载损耗与变压器带负荷多少关系不大。所 以，为了降低能源消耗，而努力降低空载损耗和空载电流，这是用户和制造单位共同追求的目标。 降低空载损耗和空载电流主要途径： （1）选择优质的硅钢片——降低空载损耗，缩小变压器体积，减轻了重量。 在钢片中加入硅，能降低钢片的导电性，增加电阻率，减少涡流，使其损耗减少。 （2）严格铁心制造工艺——因为硅钢片的成分，内部结构与电磁性能、物理力学性能均有密切关系， 而铁心制造全过程，即从切片下料到铁心叠装，都会影响硅钢片的成分及内部结构。 注意区分硅钢片的轧制方向；操作时轻拿轻放；不可敲打和弯曲。控制剪切毛刺，执意保持片料表 面平整、光滑，切勿磕碰、划伤。 （3）选择适当的磁密——硅钢片的质量通常用磁通密度来表示。磁通密度的选取直接关系到变压器 的空载性能、铁芯的温升、，以及空载噪声和运行时过励磁的能力。磁通密度的选择要有不同程度 的裕量；减低磁通密度的后果，使硅钢片的用量增加，变压器多耗材和体积增加。 变压器铁芯的电气绝缘主要是指铁心和其他结构件的绝缘及铁芯片间的绝缘。 在铁芯结构中，虽然铁芯片和夹件、垫脚以及拉板等均要接地，但是，还必须有夹件绝缘、垫脚绝 缘、拉板绝缘等。其原因是它们各部分所处的电场位置不同，产生的电位不同，也就是说它们之间 会有电位差存在。变压器铁芯不仅要接地，而铁芯片间又必须要良好绝缘。如果片间绝缘破坏，等 于增加了硅钢片的厚度，这就会引起涡流损耗的增加，也就保证不了变压器的空载性能。 （4）涡流——当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导 体，在垂直于磁力线的平面上就会有感应电势，这种电势在铁芯的断面上形成闭合回路并产生电流， 好像一个漩涡，所以称为“涡流”。这个涡流使变压器的损耗增加，并且使铁心发热，导致变压器 温升增加。由涡流所产生的损耗为“铁损”。另外，要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线 存在着电阻，电流流过时，这些电阻会消耗一定的功率，这部分功率损耗我们称之为“铜损”。