鐵心設計及計算

　　1．鐵心的作用：變壓器是根據電磁感應原理制造的，磁路是電能轉換的媒介，由于鐵心是采用導磁率較高的硅鋼片疊積而成，只要通入較小的勵磁電流，就能得到所需要的磁通。

　　2．鐵心的材料：常用冷軋硅鋼片的牌號及疊片系數如下表。由于硅鋼片表面已有附著性較好的絕緣薄膜，故可不涂漆。疊片系數取決于絕緣膜厚度、波浪度、同板差及毛刺的大小。

　　3．鐵心截面形狀：鐵心柱截面形狀為圓內接階梯形，鐵心直徑φ70~φ1600的級數為6~26級（1/4圓內）。當鐵心直徑為φ70~φ395時，鐵軛截面形狀與鐵心柱截面形狀相同；當鐵心直徑φ340~φ1600時鐵軛截面形狀為D形。

　　4.鐵心直徑：D0=KDPzh0.25

　　式中：KD—直徑經驗系數，冷軋硅鋼片，銅導線KD=52~57

　　Pzh—每柱容量（kVA）

　　5．磁通密度選擇原則：

　　鐵心磁密一般熱軋硅鋼片取1.4~1.47T；冷軋硅鋼片取1.6~1.75T

　　6.空載損耗：

　　變壓器在空載時測得的損耗，空載損耗主要包含鐵心硅鋼片中磁滯損耗（與頻率成正比）和渦流損耗（與頻率平方成正比）等。

　　7.空載電流：

　　變壓器在空載時測得的電流，空載電流中主要是勵磁電流無功分量（與頻率成正比）和空載損耗產生的有功分量。

　　8.影響空載性能的因素

　　8.1鐵心材質：熱軋比冷軋硅鋼片空載損耗及電流大；硅鋼片每片厚度愈厚，空載損耗及電流也愈大，但太薄又會增加工藝附加系數；一般采用每片厚度為0.23、0.27、0.3mm；

　　8.2鐵心磁密：鐵心磁密選過高，空載損耗及空載電流均會增加。

　　8.3疊片形式：每疊片數多，空載損耗及空載電流均會增加，一般采用2片一疊。

　　8.4接縫形式：有取向冷軋硅鋼片，一般采用全斜接縫，如采用半直半斜接縫時，每增加一個直接縫會使空載損耗增加3.5%左右；

　　8.5毛刺大小：毛刺大，空載損耗及空載電流均會增加，一般≤0.03mm；

　　8.6夾緊方式：采用穿心螺桿比用粘帶及綁扎帶綁扎，空載損耗及空載電流增加。

　　8.7制造工藝：如剪切、搬運、摔打均會產生應力，從而使空載損耗及空載電流增加；

　　8.8清潔程度：保持鐵心清潔無灰塵、無異物，否則也會使空載損耗及空載電流增加。

　　繞組設計及計算

　　1．導線材質：變壓器繞組的導線常采用電解銅或無氧銅桿（電阻率約低1%~1.5%）拉制的圓銅線及銅扁線制成縮醛漆包線、紙包線、組合導線及換位導線。也曾用過鋁導線，但由于鋁導線電阻率較高、機械強度較差、焊接較困難現已很少采用。

　　2．繞組形式：圓筒式（層式）：單層、雙層、多層圓筒式及分段圓筒式。常用于中小型的高壓或低壓繞組。

　　螺旋式：單、單半、雙、雙半、四、四半螺旋式；常用于中大型的低壓繞組。

　　連續式：常用于中大型的高壓及低壓繞組。

　　糾結式：常用于66kV及以上大型的高壓繞組。

　　內屏式：常用于66kV及以上大型的高壓繞組。

　　3．繞組排列：雙繞組：高—低排列。三繞組：降壓變壓器為高—中—低；升壓變壓器為高—低—中排列。

　　4．電壓比偏差：

　　額定電壓比是一個繞組的額定電壓與另一個具有較低或相等額定電壓繞組的額定電壓之比。

　　電壓比（變比或匝比）的偏差是產品的實測的空載電壓比與規定的標準電壓比之差，常以規定的標準電壓比的百分數表示。

　　國家標準GB1094.1規定的空載電壓比允許偏差，如表所示。為考慮制造和測量的偏差，在計算時，一般不應超過下表中規定的允許偏差值的一半，即空載電壓比允許偏差的計算值，常取V%≤±0.25%

　　當高壓繞組電壓較低，且容量較大的產品，電壓比（特別是分接電壓比）的允許偏差，如達不到要求時，應要及時與用戶協商。

　　自耦變壓器和增壓變壓器，因其阻抗很小，則應有更大的偏差。高壓及中壓各分接位置的電壓比的計算偏差（V%），分別按下式計算：

　　式中：et—每匝電勢（V）；et=U2/W2W2—低壓繞組的每相匝數；

　　U2—低壓繞組的相電壓（v）

　　W—高壓或中壓繞組各分接位置的每相匝數；

　　U—高壓或中壓繞組各分接位置的相電壓（v）。

　　5．電流密度選擇原則：

　　繞組導線的電流密度是根據負載損耗（Pk）；長期工作電流的溫升；突發短路的溫升；承受突發短路時的電動力（機械力）；經濟性等來選擇。銅導線電流密度一般選3.0A2左右。

　　6．主縱絕緣選擇：主要考慮承受電壓：長期工作電壓；感應試驗電壓；短時工頻耐受電壓；沖擊耐受電壓（全被、截波、操作波）等。

　　7．負載損耗

　　7.1繞組導線的電阻損耗：I2R注意應換算到參考溫度（一般為75C）。

　　7.2繞組導線的渦流損耗：由于漏磁通穿過導線而產生渦流，造成渦流損耗，它與頻率及垂直于漏磁的導線厚度等的平方成正比，常以占電阻損耗的百分數表示。

　　注意：三繞組變壓器在計算外－內（一般為高－低壓）繞組的負載損耗時，這時中間（一般為中壓）繞組，雖然沒有電流通過，但它處于漏磁場最大的位置，故需另加上中間（一般為中壓）繞組的3倍渦流損耗。

　　7.3、繞組損耗的環流損耗：導線在漏磁場中所處的位置不一樣，或導線的長度不一樣，而又換位不完全，導線間產生環流，造成環流損耗，常以占電阻損耗的百分數表示。

　　7.4、引線的損耗：包含引線的電阻損耗及附加損耗（渦流損耗）。

　　7.5、雜散的損耗：漏磁通穿過夾件、拉板、油箱等鋼鐵零件而產生渦流，從而造成雜散損耗。

　　8．繞組在電氣方面常發生的故障

　　8.1、三相電阻不平衡：由于材質、焊接、結構（B相引線較短）會造成三相電阻不平衡，注意，引線配制和焊接質量，使三相電阻不平衡率，一般不超過2%。

　　8.2、匝間短路：由于導線的毛刺或換位不當，而損傷匝絕緣，造成匝間短路。應將墊塊去毛刺、加強制造工藝。

　　8.3、感應或沖擊擊穿：由于材質、設計、工藝等原因，造成匝間、段間、層間擊穿。選擇合理的絕緣結構（如高電壓的繞組采用分部電容補償等）。加強制造工藝，注意清潔度。

　　8.4、對地放電：由于材質、設計、工藝等原因，造成高壓繞組間或對地放電。

　　選擇合理的絕緣結構（如采用薄紙筒小油隙及角環結構），采用靜電板改善端部電場等。加強制造工藝，注意清潔度。

　　9．提高繞組機械強度的措施

　　9.1、繞組導線：一般采用機械強度較好的半硬銅導線。換位導線宜用粘性換位導線（其抗彎強度為普通換位導線的3倍以上）。

　　9.2、安匝平衡：高低壓繞組要盡量做到安匝平衡，對中大型變壓器不平衡安匝一般不超過5%。

　　9.3卷緊：注意計算及制造公差。

　　9.4壓緊：墊塊密化；繞組壓緊力一般為2.5MPa；最好采用恒壓或帶壓干燥和整體套裝。

　　9.5撐緊：低壓繞組內部加副撐條，所有繞組均卷在硬紙筒上。