变压器铁心结构研究

裴红男/特变电工沈阳变压器集团有限公司

变压器铁心结构研究

裴红男/特变电工沈阳变压器集团有限公司

介绍了变压器铁心结构分类、主要材料及各结构的应用范围及特点。

变压器；铁心；硅钢片

一、前言

众所周知，变压器是根据电磁感应原理制造的，磁路是电能转换媒介，变压器铁心是变压器的磁路部分，主磁通的通道。变压器铁心由磁导率很高的冷扎硅钢片制成。另外，铁心还是变压器的内部骨架，其上套装各个绕组，支持着引线、器身等部件。因此，变压器的铁心结构的优劣直接影响变压器的电磁性能、机械强度、噪声等性能。

变压器铁心从结构型式上分，有壳式和心式；壳式一般是水平放置的，截面为矩形，每柱有两个旁轭，铁心包围绕组。这种铁心片型少，铁心紧固方便，漏磁通有闭合回路，附加损耗小。但匹配的矩形绕组制造困难，短路时绕组易变形。心式一般是垂直放置的，截面为分级圆柱形，绕组包围心柱。心式铁心片型较多，绑扎和夹紧要求较高。但匹配的圆筒形绕组制造方便，短路时稳定性好。目前，大多数变压器采用心式结构。心式铁心主要包括单相二柱式、单相单柱旁轭式、单相二柱旁轭式、三相三柱式、三相五柱式五种结构。

二、铁心结构介绍

1.单相变压器双柱铁心。单相变压器双柱铁心如图1所示，各种结构中最简单的一种，在同一心柱套装高、低压绕组，或将绕组分为两部分，分别套装在两个铁心柱。铁心上套装两个绕组，则绕组可以方便地连接成串联或并联，一般用于单相变压器及互感器。

2.单相变压器三柱双框铁心。单相三柱双框铁心如图2所示，铁心中间柱分为两个完全对称的截面，两个铁心之间一般设有一个框间油道，冷却效果好，并可有效地改善变压器的空载特性。由于铁轭截面积是铁心柱面积的1／2，铁轭高度比铁心柱直径小，可以降低运输高度，通常用于大容量单相变压器及高压试验变压器等。此种结构可以在一个旁柱上套装调压绕组，对超高压有载调压变压器的绕组和引线布置非常方便，经常用于超高压有载调压变压器、低电压大电流变压器，高压试验变压器等。

3.单相变压器四柱铁心。图3是单相四柱铁心（有两个旁轭），两个柱套装两个绕组，降低绕组的外径，可低变压器的运输高度，适用于高压大容量的单相变压器。

4.三相三柱式铁心。三相三柱式是应用最多的三相铁心的一种，三相三柱式铁心叠装工艺简单，单位重量小，即变压器的损耗系数小。由于三相电流在同一平面内，三相磁路的长度不等，三相的空载损耗不等，三相的空载电流也不对称，但现代变压器的空载损耗和空载电流相对于变压器容量是很小的，对电网和运行基本上没有影响。

5.三相五柱式铁心。这种铁心在三个中间的铁心柱上分别套装A、B、C三相绕组，有三个心柱和两个各有垂直与水平部分的铁轭，三相五柱式铁心适用于三相大容量变压器及三相三绕组电压互感器等。

三、变压器铁心材料的选取

目前，变压器铁心材料主要选用冷扎晶粒取向磁性硅钢片，变压器铁心材料的好坏直接影响变压器的性能优劣。通常选取变压器铁磁材料主要根据以下几点：

（1）、单位重量的铁耗（W／K g）尽可能低，以节省能耗；

（2）、设计磁密高，磁化特性好，不易饱和；

（3）、加工容易，机械特性好；

（4）、电阻率高，尽量减小涡流损耗；

（5）、叠片系数高，以增加有效的导磁面积，相应地降低损耗。通常叠片系数每提高1%，损耗可降低5%左右；

（6）、价格经济合理。

四、结论

变压器铁心结构的设计是一个复杂的过程，不仅跟设计水平有关，还与材料和制造工艺有关。随着科技发展，依靠制造薄硅钢片以及激光辐射处理的硅钢片可使高导磁硅钢片的铁损得以进一步降低，尤其是激光处理片的性能更为优越。目前，在一些发达国家出现了非晶合金材料的铁心材料，这种材料优点是在各种条件下的铁损值最低，但是价格昂贵，但是随着日益发展的现代化，配电变压器的数量急剧增多，但是负荷率降低的要求，这就使得非晶合金材料制成的变压器被一些发达应用的一个主要原因。

另外，研究表明铁心铁损的组成和机理是比较复杂的，不仅与材料的单位损耗有关，还与铁心结构形式，制造工艺等密切相关。愈是优质材料，愈是受结构、工艺因素影响大。因此，在研究材料在各种条件下的损耗特性的同时，再配合研究铁心的结构方式和工艺，才是降低铁损并使优质材料的性能得以充分利用的正确途径。

［1］谢毓城.电力变压器手册.保定：保定天威电气股份有限公司，2008.

［2］尹克宁.变压器设计原理.北京：中国电力出版社，2008.

［3］新编变压器实用技术问答.沈阳：辽宁科学技术出版社，1999.

图1 单相双柱式铁心

图2 单相三柱双框式铁心

图3 单相四柱式铁心