铁心结构.doc

铁心柱和铁轭截面的确定铁心柱和铁轭截面的确定 变压器铁心截面分为心柱截面和铁轭截面从结构上看，铁心柱截面的形 状与绕组的形状是互相适应的壳式变压器和环型铁心电流互感器的绕组为矩 形铁心心柱截面亦为矩形；心式变压器、电压互感器和电抗器的绕组为圆筒形 铁心校截面也相应近于圆形圆形铁心柱截面一般由内接于圆的多级矩形组成 选定铁心心柱截面必须遵守三个原则：一是铁心柱的填充系数(利用系数)要高， 也就是铁心柱的几何截面与外接圆截面之比要大；二是铁心加工和装配容易， 结构合理；三是考虑在铁心柱夹紧时，防止局部变形而超出外接圆 铁轭部分一般不套线圈，截面形状可以有所变化一般铁轭截面略大于铁 心柱截面 铁心柱截面有矩形和多级圆形截面壳式变压器采用矩形截面，它的填充 系数高，铁心片种类少，剪切、叠积和装配均很简单多级圆形截面是传统的 用得最广泛的铁心柱截而形状：为了使铁心柱截面形状尽可能地接近圆形，以 充分利用材料，增大填充系数，级数就要分得更多—些，但级数太多就使铁心 制造工作量增加，所以实际上铁心柱所采用的级数是不多的铁心级数是一个 重要的经济技术参数，应多方面分析、比较，才能合理地选定 铁心柱截面的合理级数可参照表 3-2 选取。

表 3-2 铁心柱截面级数的选择 铁心心柱直径，mm级数 80～1956～9 200～2659～11 270～39511～13 400～74012～16 ≥760≥16 铁轭截面有矩形、T 形、多级圆形和多级椭圆形多种 矩形截面：铁心柱为矩形截面时，铁轭截面一般也为矩形，铁心柱为其它 截面时，铁轭截面也可为矩形，但当铁心柱为多级圆形截面时，铁轭最好不采 用矩形，如果铁轭各级截面和铁心柱各级截面不相对应，磁通分布不均匀，部 分磁通横向穿越到相邻一级，将增大铁心的空载损耗和空载电流 T 形截面：T 形截面分为正 T 形，倒 T 形、分级 T 形为使它们与多级圆形 铁心柱截面相配合，并减少空载损耗和空载电流，通常铁轭截面比铁心柱截面 增大 5～10％二级 T 形可减少铁心片的规格，改善铁心和器身的机械稳定性 为了使铁轭与多级圆形铁心柱截面配合得更合理一些，目前多趋向用分级 T 形 对于高电压大容量的产品采用 T 形截面是解决运输高度的一个有效措施三相 五柱式铁心，理论上铁轭截面应为铁心往截面的 0.58 倍，目前根据经验一般取 0.53 倍左右 多级圆形截面：采用多级圆形截面，铁心柱中磁通分布均匀，空载损耗可 以降低，但增加了制造工时。

多级椭圆形截面，三相五柱式铁心的两个旁轭一般采用这种截面 在变压器设计计算时，需采用铁心的有效截面所谓有效截面是指铁心柱 中硅钢片所占的净截面，它等于铁心柱的几何面积乘以叠片系数，该系数必然 小于 1它取决于硅钢片厚度和硅钢片表面绝缘膜厚度、硅钢片的平整度以及 铁心夹紧程度 为了改善铁心内部的散热条件，铁心柱直径大到一定程度时，必须设置冷 却油道油道的位置应使其分割的各部分铁心柱截面上的温升近似相等特大 型变压器中，漏磁场会在铁心柱最小级叠片内产生涡流较大，为了降低损耗、 防止过热，需在该级叠片上开槽或采取屏蔽措施 4、铁心柱截面优化计算方法、铁心柱截面优化计算方法 变压器铁心柱直径和铁心柱级数确定后，就可以对铁心柱截面进行优化计 算为了拉板的放置，铁心柱的最小级片宽不能太小，应预先给定考虑硅钢 片剪切、迭片等方面因素，心柱直径大于 390mm 时，每级片宽应为 10 的倍数， 每级叠厚应取整数 通常采用多变量函数来求解铁心柱最优截面当铁心截面级数很多时，即 使通过电脑程序计算也很耗时本文介绍一种简便的计算方法-奇偶优化法 铁心柱截面图 铁心柱截面如图 1 所示，铁心柱外接圆直径为 D，铁心片总级数为 N，每 级片宽为、、…、、…、，每级叠厚为、、…、、…、 1 B 2 B k B N B 1 D 2 D k D ，计算时，最小级片宽为已知（由拉板尺寸确定） ，则半圆内的总叠厚 N D 1 B 为：  N D1 （3-25） 2 1 2 1 22                BD D N 先将每一级叠厚按均匀设置，即每级初始叠厚： ，可以得到初始片宽： N D DDDD N Nk    1 002010 （3-  2 1 2 0 1 2 2                     N ND D B N k 26） 假设与一定，则必然存在一个使得与之间的硅钢片 1k B 1k B k B 1k B 1k B 截面最大。

设第级片宽为，则第级叠厚：k k Bk （3- 2 1 222 2222                          kk k BDBD D 27） 从而第级铁心截面积为：k （3- 2 1 222 2222                          kk kkkk BDBD BDBS 28） ，第级铁心叠厚为：1k （3- 222 1 2 1 2222                            kk k BDBD D 29） 第级铁心截面积为：1k ， （3- 222 1 2 1111 2222                            kk kkkk BDBD BDBS 30） 从而与之间的硅钢片截面积为： 1k B 1k B 222 1 2 1 2 1 222 1 22222222                                                                 kk k kk kkk BDBD B BDBD BSS （3- 31） 上式存在一个极大值，对求偏导数并令其等于零 k B 即，就可得到极大值点上的值。

0 )( 1     k kk B SS k B 铁心截面优化时，先固定、及、…、、…奇数级，优化计算 1 B N B 3 B 12 k B 、、…、、…偶数级，再固定、及、、…、、…偶数级， 2 B 4 B k B2 1 B N B 2 B 4 B k B2 优化计算、…、、…奇数级可以证明，不断地计算下去，铁心截面无 3 B 12 k B 限趋近于最优截面，在编程计算时，可考察每一轮计算完后铁心截面与上一次 计算相比的增加值，当增加值小于某一设定值时程序结束计算，输出计算结果 铁心结构设计铁心结构设计 铁心是由导磁材料制成的框形闭合结构为了减少涡流损耗，变压器铁心 由很薄的附有绝缘层的硅钢片叠积或卷绕而成铁心部分是变压器的基本部件， 由导磁体和夹紧装置组成，它有两个作用：（1）构成变压器的磁路，它是一次 和二次电路电能转换的媒介 （2）通过铁心的夹紧装置使导磁体成为一个完整 的结构，构成变压器的骨架 1、铁心的分类、铁心的分类 变压器铁心的结构决定于它的结构型式、导磁材料的质量、运输条件以及 制造工艺水平铁心通常的分类如下： （1）壳式和心式铁心通常壳式铁心是水平放置的，铁心截面为矩形，每 柱有二旁轭，铁心包围线圈。

这种铁心的铁心片规格少，旦不需任何冲孔和切 口，心柱截面大而长度短；铁心紧固方便；漏磁通有闭合回路，附加损耗小 但其矩形线圈制造困难，绝缘结构比较复杂，短路强度差，另外硅钢片用量相 对多些 通常心式铁心是垂直放置的，铁心截面多为分级圆柱形，线圈包围铁心 叠片规格较多，绑扎和夹紧要求较高但圆形线圈制造方便，短路时稳定性好， 硅钢片用量也较少本文主要讨论心式铁心的结构形式 （2）单相和三相铁心单相铁心常见有单相双柱式、单相三柱式、单相四 柱式几种结构形式，特大型变压器还有单相五柱式结构三相铁心主要有三相 三柱式和三相五柱式两种形式 （3）立体式和平面式按铁心心柱和铁轭的相互位置可分为立体式和平面 式铁心立体式铁心的心柱和铁轭不在一个平面内，有辐射式、渐开线式和对 称式，等等立体式铁心结构的磁通分布比较均匀，能降低变压器的空载损耗 平面式铁心的心柱和铁轭在同一平面内平面式铁心的机械强度高，工艺性好， 获得广泛的应用 （4）叠铁心和卷铁心 叠铁心，是由铁心片叠装而成的卷铁心是由硅钢带卷绕而成的卷铁心 卷铁心由于需要在卷绕机上进行绕制，故不可能做得太大，常用于中小型变压 器和互感器上 2、铁心材料、铁心材料 变压器用铁心材料必须符合如下要求：（1）正常工作状况下，具备较高的 磁感应强度；（2）较低的空载损耗；（3）较低的激磁电流；（4）较低的磁滞 伸缩和由此带来的噪音；（5）有效的表面绝缘；（6）良好的机械加工性能； （7）同一型号的硅钢片能够保持一致的磁和机械方面的性能。

变压器铁心主要由厚度为 0.23～0.35mm 的冷轧晶粒取向的硅钢片叠装而成 心柱通常呈圆形由于技术上的原因，铁心片宽度一般是分级的，级宽通常是 5mm 或 10mm 的倍数） 在铁心直径内不可能完全充满硅钢片，存在一个小于 1 的填充系数另外，为了防止铁心里循环电流的产生，在硅钢片的表面要涂上 一层绝缘漆膜，这层绝缘漆膜也会使铁心有效截面减小铁心片的净截面与毛 截面面积之比称为叠片系数，叠片系数取决于硅钢片及漆膜的厚度、硅钢片的 平整度和夹紧力，其数值在 0.94～0.98 之间 3、铁心结构、铁心结构 三相五柱式变压器铁心结构如图 4-1 所示除铁心本体外还包括以下附属 零件：紧固件：如夹件、拉板、拉带、上梁、垫脚、侧梁、螺杆、绑带和木垫 块等；绝缘零件：如夹件绝缘、拉板绝缘、垫脚绝缘等；接地片和其它附件 铁心中硅钢片的几何形状和装配结构对铁心的性能和制造工艺都有很大影 响 三相五柱式铁心结构视图 变压器的铁心叠片目前普遍采用的叠片方式为：（1）全斜接缝 （2）交 错式叠片对于冷轧取向硅钢片只有采取全斜接缝结构，才能减小空载损耗和 空载电流为了保证心柱和铁轭有足够的连接强度，为了减小接缝处磁通畸变 的影响，相邻接缝之间必须有足够的搭接面积。

变压器铁心的夹紧结构铁心的夹紧装置是使铁心本体导磁体成为整体的 紧固结构，应满足如下要求：（1）构成框架结构，并能承受夹紧力、起吊器身 的重力和变压器短路时产生的机械力；（2）能可靠地压紧线圈、支撑引线、布 置器身绝缘，并具有器身定位装置；（3）夹紧力要均匀，铁心片边缘不得翘曲， 接缝严合，在铁心励磁时噪声小；（4）漏磁通在结构件中产生涡流损耗要小 （5）绝缘件应增设油道，散热良好 目前普遍采用的是无孔绑扎、拉板的夹紧结构心柱采用半干性玻璃粘带 绑扎；铁轭的夹紧结构主要是由垂直的腹板和上、下肢板组成的焊接夹件，为 了减小漏磁在夹件肢板中产生涡流损耗而局部过热，上夹件的下肢板和下夹件 的上肢板做成细条状夹件上有固定上梁和垫脚的固定孔、拉带的固定板、支 持引线木件的角板、吊拌以及固定侧梁、上梁、拉板的定位孔，夹件两端放置 侧梁 铁心的绝缘铁心的绝缘与变压器其他绝缘一样，占有重要的地位，铁心 的绝缘有两种：铁心片间的绝缘，铁心片与结构件间的绝缘 铁心的接地铁心及其金属结构件圈的电场作用下，具有不同的电位， 与油箱电位又不同，它们之间的电位差虽然不大，也可能通过很小的绝缘距离 而发生放电为了消除铁心和金属附件圈电场作用下产生的电位以及它们 之间的电位差，避免造成游离放电，铁心及金属结构件必须经油箱而接地，且 要确保电气接通。

铁心接地时必须是一点接地。