CN103021633A

CN103021633A - 椭圆截面铁心变压器

Info

Publication number: CN103021633A
Application number: CN 201110296848
Authority: CN
Inventors: 蒋国富
Original assignee: ZUNYI CHANGBIAN TRANSFORMER CO Ltd
Current assignee: ZUNYI CHANGBIAN TRANSFORMER CO Ltd
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-03

Abstract

一种椭圆截面铁心变压器，该变压器的铁心铁轭、心柱截面积均为椭圆，相应的铁轭绝缘也为椭圆状。本发明椭圆截面铁心变压器的有益效果与圆截面铁心变压器材料成本下降10%，节材效果显著，能降低空载损耗，空载损耗比S9型低30%。

Description

椭圆截面铁心变压器

技术领域

本发明属于变压器制造技术领域，尤其属于椭圆截面铁心变压器。

背景技术

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S11型配电变压器，空载损耗比S9型低30%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。

发明内容

本发明的目的是提供一种椭圆截面铁心变压器，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：

GFe ＝(3HW ＋ 4M0)ρ At × 10－ 4 ＋ G0

式中：

GFe——铁心的质量，kg

HW——铁心窗高，mm

M0——铁心中心距，mm

ρ——硅钢片密度，冷轧片为7.65 kg/dm3

At——铁心有效截面积，cm2

G0——铁心角重，kg

中心距M0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。

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。

椭圆截面铁心片的中间矩形部份的长为140，叠宽为96，两端椭圆部份的圆弧为R70，叠片系数0.97，有效面积267.332

Cm²。

采用椭圆截面铁心变压器的有益效果与圆截面铁心变压器材料成本下降10%，节材效果显著，能降低空载损耗，空载损耗比S9型低30%。

附图说明

图1为本发明的变压器的椭圆截面铁心结构示意图。

图中：1-圆弧铁心硅钢片、2-中间段矩形铁心硅钢片。

图2为变压器圆形截面铁心结构示意图。

具体实施方式

本发明所述的椭圆截面铁心变压器的具体实施方式：对照附图加以说明。

一种是将变压器的铁心硅钢片组合叠合成椭圆形，其中，两端椭圆部份的圆弧铁心硅钢片1的R为70mm，中间段矩形铁心硅钢片2长度为140mm，叠宽为96mm，有效面积为267.332cm²，叠片系数为0.97，铁心窗高H：480mm，铁心中心距285mm。

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S11－ M － 500/10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30Q120 硅钢片，每匝电势为9.622 5 V。

磁通密度 B＝45et/At＝45×9.622 5/287.702 T＝1.505 T，单位铁损为0.831 W/kg

铁心质量 GFe＝(3×480＋4×345)×7.65×287.702×10－4＋95.8 kg＝716.5 kg

空载损耗 P0＝1.15×716.5×0.831＝685 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＝45et/At＝45×9.622 5/267.332 T＝1.62 T，单位铁损为1.008 W/kg

铁心质量 GFe＝(3×480＋4×285)×7.65×267.332×10－4＋59.8 kg＝587.4 kg

空载损耗 P0＝1.15×587.4×1.008 W＝681 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10%，节材效果十分明显。

椭圆形与圆形铁心截面节材及性能比较表：

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
							/kg	/kg	/kg	/kg	/元
圆形	332.91	716.5	305	300	50160.30
						椭圆	334.41	587.4	235	255	45895.30

注：铜导线80元/kg、硅钢片25元/kg、变压器油13元/kg、钢材5.5元/kg

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	685	5 131	0.62	3.98
					椭圆	681	5 153	0.60	3.97
S11 － M － 500/10 标准值	680	5 100	1.00	4.00

Claims

1.一种椭圆截面铁心变压器，其特征在于：该变压器的铁心铁轭、心柱截面积均为椭圆，相应的铁轭绝缘也为椭圆状。

2.根据权利要求1所述的椭圆截面铁心变压器，其特征在于：两端椭圆部份的圆弧铁心硅钢片（1）的R为70mm，中间段矩形铁心硅钢片（2）长度为140mm，重叠宽度为96mm，有效面积为267.332cm²，叠片系数为0.97。