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三相变压器铁芯的结构分类

作者:威博特铁芯   发布时间:2018-09-03 09:28      浏览次数:
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    根据三相铁芯柱的布置方式 ,可以将三相变压器铁芯分为平面布置型(三相铁芯柱呈平面布置) 和立体布置型(三相铁芯柱呈立体布置) 两种。在平面布置型铁芯中 ,旁轭 (如果有旁轭) 和铁轭一般与三相铁芯柱布置在同一平面内 ;在立体布置型铁芯中 ,旁轭(如果有旁轭) 与三相铁芯柱一般呈立体对称布置 ,铁轭通常呈三角形。
    根据铁芯制造的工艺特点 ,变压器铁芯可分为叠片式和卷铁芯两种(渐开线式铁芯已淘汰) 。叠片式铁芯一般为平面布置型 ,又可分为壳式和芯式两种 ,目前 ,也有将叠片式铁芯呈立体布置的 ;卷铁芯既有平面布置型又有立体布置型。
    根据铁芯磁通回路的特点 ,变压器铁芯还可分为不带旁轭式和带旁轭式两种。不带旁轭式铁芯包括平面布置型三相三柱式铁芯和立体布置型三相三柱式铁芯 ;带旁轭式铁芯包括壳式铁芯和平面布置型三相五柱式、三相四柱式、三相四框式铁芯以及立体布置型三相六柱式铁芯。

1、平面布置型三相铁芯

①叠片式铁芯
    叠片式铁芯通常为平面布置型 ,又可分为壳式和芯式两种参见文献[ 1 ] 。其中 ,壳式铁芯 (带旁轭式结构) 只在一些特种变压器中采用。芯式铁芯适用于各种类型的变压器。芯式铁芯一般采用三相三柱式结构 ,这种铁芯结构因其固有的优点 ,所以应用最为广泛。在大型变压器中 ,为降低铁芯高度 ,常采用三相五柱式结构。
    目前 ,在组合式变压器中 ,为降低铁芯高度 ,铁芯也采用三相五柱式结构 ,而且为了使组合式变压器结构紧凑 ,其铁芯截面和绕组均为矩形。
    从组合式变压器断电保护的需要考虑 ,采用带旁轭式结构 ,如三相四柱式铁芯结构。第四柱在某一相断相故障时 ,起闭合磁路作用 ,保证其余两健全相正常运行供电 ,以减少事故所造成的损失。

②巻铁芯
    卷铁芯最早使用于电子变压器 ,特别适用于单相变压器 ,参见文献[2 ] 。采用晶粒取向硅钢带卷制成的单相卷铁芯结构能保证规定的取向方向与磁通流通方向相同 ,从而使材料的优良特性得到完全发挥。必须指出 :连续式卷铁芯由硅钢带不间断连续卷制而成 ,虽然在片形上没有接缝 ,但磁通闭环回路上仍有气隙存在。
    将卷铁芯技术推广到三相变压器即可制成平面布置型三相三柱式铁芯。它有两个相同的内框和一个外框。由于其每一芯柱都是由两个不同的框柱组成 ,在高磁密下 ,磁通在不同的框柱之间穿越时 ,其磁通回路性较差。因此 ,这种三相三柱式卷铁芯存在结构缺陷。
    非晶合金铁芯材料不适用于叠片式铁芯 ,宜采用卷铁芯。目前 ,非晶合金铁芯采用不连续式矩形铁芯截面(绕组也采用矩形型式) 的三相四框结构制成平面布置型三相五柱式铁芯 ,参见文献[3 ] 。三相五柱式铁芯的铁轭磁通只有铁芯柱磁通的 1/ 3 ,铁轭磁通量的减小可通过适当增加铁芯柱的截面积来弥补三相三柱式卷铁芯的固有结构缺陷 ,使卷铁芯空载性能得到改善 ;但铁芯柱截面积和旁轭的增加 ,将造成材料消耗和成本的增加。

2、立体布置型三相铁芯
    早期的渐开线式铁芯为立体布置型三相三柱式结构。该结构最大优点是节省硅钢片 ,但由于此种结构铁芯柱和铁轭的接缝处气隙较大 ,致使空载电流和噪声较大而被淘汰。从节省硅钢片材料的角度出发 ,这种铁轭为立体布置型三相三柱式铁芯结构框架是三相变压器铁芯较理想的结构框架。然而 ,这种“理想结构框架”很难与铁芯制造的工艺特点有机地结合起来 ,难以充分保证铁芯磁通回路性能。

①叠片式铁芯
    目前 ,在组合式变压器中 ,为降低铁芯高度 ,也有将叠片式铁芯呈立体布置 ,并采用三相三柱式结构。这种铁芯由三个独立的“□”形单框组装而成 ,每个芯柱均由两个对称的近似半圆形的多级阶梯式截面组成。这是铁芯采用叠片式以求实现“理想结构框架”的尝试之一。但是 ,由于每一芯柱是由两个分开的部分组成 ,在高磁密下 ,磁通在分开部分之间穿越时将对空载性能产生不良的影响。为减轻这一影响 ,应适当增加铁芯柱截面积 ,但这将造成材料用量的增加。

②卷铁芯
    在早期 ,曾将卷铁芯技术推广到立体布置型三相三柱式星形铁轭的铁芯 ,这种结构与渐开线式铁芯一样 ,由于星形铁轭接缝处气隙较大而没有被采用。
    目前 ,有将卷铁芯制成立体布置型三相三柱式铁芯的。这种结构经环形绕制成不开口的多级三环三柱式 ,每环结合面为 60°斜平面相接 ,其框架与立体布置型叠片式铁芯结构有一些相似之处。这是采用卷铁芯以求实现“理想结构框架”的又一种尝试。但是 ,该结构铁芯填充系数较低 ,且与立体布置型叠片式铁芯一样 ,应适当增加铁芯柱有效截面积。
    还有将卷铁芯制成立体布置型三相六柱式铁芯的。这种结构是在三相三柱式铁芯基础上多增加了三柱旁轭 ,从而提高了铁芯填充系数 ,且不需增加铁芯柱截面积。但由于旁轭的增加 ,将造成材料消耗和成本的增加 ,且旁轭的不良影响必须采用绕组的三角形联结来抵消。