李文龙
特变电工股份有限公司新疆变压器厂 新疆昌吉 831100
摘要：在我国电力行业发展的过程中，变压器是非常重要的一部分，基于当前的变压器主要是传统的叠铁心变压器，然而国家越来越重视环境保护、节约资源的工作，变压器制造的过程中一定要制造出可靠环保节能产品，立体卷铁心变压器是一种性能优良、结构合理、制造成本较低的高性能变压器。
关键词：立体卷铁心变压器；叠片铁心；环保
1引言
如果广泛的使用立体卷铁心变压器可以节约一定的材料和能源，具有非常好的经济效益，所以相关人士一定要重视该种变压器在电力行业的使用，我公司当前正在逐步开发和拓展立体卷铁心变压器，下面对该变压器的特性和优点进行介绍。
2立体卷铁心概述
在立体卷铁心变压器当中的立体卷绕式铁心是非常重要的一个组成部分，是变压器创新过程中的关键环节，去其特点在于立体卷铁心磁路中无空气隙、三个磁路长度相同，且都较短，铁心心柱当中的横截面在设计的过程中与圆形很接近，由于设计的过程中这些结构方面的特点，在实际操作的时候保证了变压器具有较好的性能，比如说能够节约材料，三相平衡，降低噪音和损耗，让三次谐波得到合理控制，在一个变压器上集中如此多的优点，是其他变压器无法比拟的。
立体卷铁心属于一种卷绕式铁心，主要是由三个完全相同的单框共同拼合成一个铁心，铁心在拼接之后，三个芯柱处于等边三角形立体排列的状态，各个单框当中主要是由一些梯形料带逐步转绕而产生的单框横截面卷绕，与半圆形相接近，在拼合之后从横截面方向与一个正圆的准多边体系非常接近，卷绕单框的不同尺寸梯形带料通过专业的折线开料机完成套裁形成，在套裁的时候，可以保证无废料加工，完全被利用了，也就是利用率能够达到100%。
3立体卷铁心和叠片铁心结构的差别分析
一般的变压器铁心使用的是叠片工艺以及平面结构，往往会出现三相磁路不平衡等问题，导致硅钢片的磁方向和局部磁通方向不同，另外还容易出现空气接缝等情况，对变压器的能耗提高产生了制约作用，而立体卷铁心磁路，由于卷绕非常紧密，而且无空气隙，让变压器的优点非常明显，比如说，三次谐波非常好，而且损耗比较低，性能较高，噪音较小，具体的三相磁路如下图所示。
立体卷铁心主要是通过三个几何尺寸相同的卷绕式铁心单框进行拼合，完成的三角形立体布置的铁心，柱体主要是通过冷轧硅钢薄带进行连续卷制而完成的，带宽主要是通过数控开料机成曲线或直线剪切，这种套裁工作的过程中，不会出现废料，叠片铁心主要是通过剪切的方式而产生，硅钢片铁心叠装而形成的，在制造的时候往往会冲去一些边角，降低了材料的利用率，通过相关分析研究发现，这不合格的废料占总铁心重量的5%。
图1立体卷铁心三相磁路示意
叠片铁心和立体卷铁心在填充系数方面差别也比较大，具体如图2图3所示，分别为立体卷铁心截面图和叠铁心截面图。
通过分析比较可以清楚的看到，立体卷铁心截面属于一个与圆非常接近的规则多边形，具有较大的填充系数，而叠片铁心填充系数较小，是一个阶梯形，在截面积相同的条件下填充系数大，铁心成型之后直径相对就小，在此过程中，使用的铜线用量情况也可以相应减少，让变压器的整体成本大幅度下降。
图2立体卷铁心变压器图
图3叠铁心变压器铁心截面铁心截面
三个尺寸相同的卷绕式铁心单方通过拼合之后形成了立体布置的铁心，填充系数很大，而且具有较高的利用率，让变压器的成本大幅度降低，这种技术的经济性能更高，而且技术性能更强。
4立体卷铁心变压器与叠铁心变压器性能比较
相比于叠铁心，立体卷铁心改进了结构方面的性能，首先心柱截面形状由原来的阶梯型向准多边型转变，心柱平面排列转变为立体排列，而且叠片改进为卷制，通过这种结构上的改进，产生了很多优点。
4.1节省材料，降低成本
相比于叠铁心变压器，立体卷铁心变压器能够大幅度的节省材料，主要是因为其铁心独特的构造而形成的，立体卷铁心的磁路平均长度比叠铁心明显要短，所以，其重量和叠铁心相比也明显较轻，降低的成本，节约了材料，在心柱截面积相同，心柱中心距相同的条件下，让铁心材料的成本降低了20%，与此同时立体卷铁心硅钢带在加工的过程中，使用的方式是套裁，这种方式不会出现废料，而叠铁心硅钢片在加工的时候，需要进行冲角，这些冲角的废料就无法再次利用，材料的浪费率为5%左右，叠铁心心柱截面是阶梯形，其只能保证0.89到0.925的截面填充系数，立体卷铁心心柱截面主要是多边形，可以保证0.95到0.96的截面填充系数，在截面相同的条件下，立体卷铁心绕组的平均匝长度可缩短2%到3%，这样可以节约一定的铜材。
4.2提高性能，降低损耗
和叠铁心变压器相比，立体卷铁心变压器能够大幅度提高性能，让损耗减低，主要是因为其结构产生的，具体可以分为两个方面。
首先因为立体卷铁心和叠铁心相比，重量明显要轻，在硅钢片单位损耗相同，工艺系数相同的条件下，其具有较低的空载损耗，具有较好的性能。
其次因为在制造的时候，立体卷铁心通过退火处理，但是在制造叠铁心的时候，往往不会通过退火处理，在硅钢带材料相同，心柱中心距相同的条件下，会导致空载损耗下降30%。
4.3降低噪声
叠铁心通常条件下是由硅钢片依照一定的规律叠成的，这些硅钢片在叠置的过程中不够紧密，由于电磁力的作用，在工作的时候会出现震动，而振动会出现一定的噪音，立体卷铁心在制造的过程中主要是通过几种梯形料带通过卷绕完成的，硅钢带相互之间排列非常紧密，在工作的过程中噪音非常低，而且震动较小，通过分析发现立体卷铁心变压器，在噪音方面与叠铁心变压器相比，噪音小7分贝的10分贝。
4.4三相平衡
因为叠铁心变压器主要是有三个心柱平面排列而形成的，在进行加工制造的过程中由于结构的限制三个心柱的磁路长度不一致，这就导致三个心柱在空载电流方面无法达到相等，而且相差在20%左右，出现了三相不平衡等情况，而立体的铁心，三个心柱排列的过程中属于等边三角形的结构，在磁路长度方面三个心柱相同，而且都较短，可以处于三相平衡的状态。
结束语
通过分析和研究发现，立体卷铁心变压器相比于叠铁心变压器，从技术层面上具有重量轻，损耗小，运行安全，噪音低等诸多优势，从经济方面分析，使用材料较少，而且运行费用较低，节约电量，具有非常重要的推广意义。
参考文献
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论文作者:李文龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/15
标签：铁心论文; 变压器论文; 磁路论文; 截面论文; 卷绕论文; 过程中论文; 硅钢片论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;