三相變壓器鐵心的磁路分析

林 波,張國(guó)珍

（1山東電力設(shè)備有限公司,濟(jì)南 250022；2山東電工電氣集團(tuán)有限公司,濟(jì)南 250002）

三相變壓器鐵心的磁路分析

林 波1,張國(guó)珍2

（1山東電力設(shè)備有限公司,濟(jì)南 250022；2山東電工電氣集團(tuán)有限公司,濟(jì)南 250002）

目前國(guó)產(chǎn)的大容量三相變壓器一般采用三相五柱式鐵心結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以有效降低變壓器的運(yùn)輸高度，降低成本。本文介紹了三相變壓器四框五柱式鐵心與常規(guī)變壓器五柱式鐵心磁路的區(qū)別及特點(diǎn)。

三相；變壓器；鐵心；磁路

1 引言

三相四框五柱式鐵心結(jié)構(gòu)是在常規(guī)五柱結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上將三個(gè)心柱均分為2個(gè)半柱，柱間形成軸向散熱油道，這樣鐵心就形成了四個(gè)獨(dú)立的框，磁通在框內(nèi)形成回路。由于框式鐵心的主級(jí)片寬僅為常規(guī)鐵心的一半，所以可有效地提高鐵心卷料的利用率，同時(shí)鐵軛截面積也由常規(guī)鐵心心柱面積的53％降為50％，降低了鐵心的重量，同時(shí)降低了鐵軛的高度。由于框間油道的存在，框式鐵心的磁路與常規(guī)鐵心的磁路有了很大的不同，了解這兩種鐵心結(jié)構(gòu)的不同及各自的特點(diǎn)對(duì)變壓器的鐵心設(shè)計(jì)有重要的意義。

2 常規(guī)三相五柱鐵心的磁路分析

圖1 三相五柱鐵心結(jié)構(gòu)及磁路示意圖

根據(jù)磁路基爾霍夫第一定律，可得下列方程組：

求解方程組：

由方程組和式（4）以及對(duì)稱原理必得以下矢量圖（顯然,圖解是唯一的）：

圖2 磁通矢量圖

根據(jù)磁通的矢量圖，我們可以得出下面的關(guān)系：

理論上要求鐵軛的截面=0.5774*心柱截面。

實(shí)驗(yàn)證明：鐵軛內(nèi)的磁通與理論值有偏差且由于線圈端部漏磁等因素，上下軛比旁軛的磁通要大得多；老結(jié)構(gòu)鐵心上下軛截面≈0.58*心柱截面，旁軛截面≈0.45*心柱截面；新結(jié)構(gòu)鐵心考慮到制造工藝方便，上下軛和旁軛截面≈0.53*心柱截面，新老結(jié)構(gòu)鐵損相近。

3 三相四框鐵心的磁路分析

圖3 三相四框五柱式鐵心結(jié)構(gòu)及磁路示意圖

根據(jù)磁路基爾霍夫第一定律，可得下列方程組：

求解方程組：

（4）+（5）+（6），可得：

可得：

由方程組和式（7）以及對(duì)稱和平行原理必得以下矢量圖（顯然,圖解是唯一的）：

圖4 磁通矢量圖

根據(jù)磁通的矢量圖，我們可以得出下面的關(guān)系：

（1）心柱內(nèi)的合成磁通中無3次諧波磁通。

（2）心柱合成磁通在d接線線圈中不會(huì)感應(yīng)出3次諧波電勢(shì)，不會(huì)產(chǎn)生反3次諧波磁通的感應(yīng)電流，3次諧波可以隨基波在各框中任意流通。

（3）在鐵軛中有3次諧波磁通，可降低鐵軛中基波磁通幅值，所以可取鐵軛截面=心柱截面/2（鐵軛也不會(huì)飽和）。

（4）由于鐵軛中存在3次諧波會(huì)增加鐵軛的空載損耗。

4 結(jié)束語

通過本文的分析我們可以了解三相四框五柱式鐵心與常規(guī)鐵心在磁路上的各自特點(diǎn)。常規(guī)結(jié)構(gòu)是我公司的成熟結(jié)構(gòu)但框式結(jié)構(gòu)在成本上有著較大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)框式結(jié)構(gòu)也是現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的鐵心必須采取的型式，所以在在今后的設(shè)計(jì)工作中可以根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

林波（1979-），男，山東泰安人，高級(jí)工程師，本科，電氣技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事電力變壓器技術(shù)研究。