三相變壓器鐵心的磁路分析

林 波,張國珍

（1山東電力設備有限公司,濟南 250022；2山東電工電氣集團有限公司,濟南 250002）

三相變壓器鐵心的磁路分析

林 波1,張國珍2

（1山東電力設備有限公司,濟南 250022；2山東電工電氣集團有限公司,濟南 250002）

目前國產的大容量三相變壓器一般采用三相五柱式鐵心結構，該結構可以有效降低變壓器的運輸高度，降低成本。本文介紹了三相變壓器四框五柱式鐵心與常規變壓器五柱式鐵心磁路的區別及特點。

三相；變壓器；鐵心；磁路

1 引言

三相四框五柱式鐵心結構是在常規五柱結構的基礎上將三個心柱均分為2個半柱，柱間形成軸向散熱油道，這樣鐵心就形成了四個獨立的框，磁通在框內形成回路。由于框式鐵心的主級片寬僅為常規鐵心的一半，所以可有效地提高鐵心卷料的利用率，同時鐵軛截面積也由常規鐵心心柱面積的53％降為50％，降低了鐵心的重量，同時降低了鐵軛的高度。由于框間油道的存在，框式鐵心的磁路與常規鐵心的磁路有了很大的不同，了解這兩種鐵心結構的不同及各自的特點對變壓器的鐵心設計有重要的意義。

2 常規三相五柱鐵心的磁路分析

圖1 三相五柱鐵心結構及磁路示意圖

根據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

根據磁通的矢量圖，我們可以得出下面的關系：

理論上要求鐵軛的截面=0.5774*心柱截面。

實驗證明：鐵軛內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；老結構鐵心上下軛截面≈0.58*心柱截面，旁軛截面≈0.45*心柱截面；新結構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，新老結構鐵損相近。

3 三相四框鐵心的磁路分析

圖3 三相四框五柱式鐵心結構及磁路示意圖

根據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

根據磁通的矢量圖，我們可以得出下面的關系：

（1）心柱內的合成磁通中無3次諧波磁通。

（2）心柱合成磁通在d接線線圈中不會感應出3次諧波電勢，不會產生反3次諧波磁通的感應電流，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（鐵軛也不會飽和）。

（4）由于鐵軛中存在3次諧波會增加鐵軛的空載損耗。

4 結束語

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鐵心在磁路上的各自特點。常規結構是我公司的成熟結構但框式結構在成本上有著較大的優勢，同時框式結構也是現場組裝式變壓器的鐵心必須采取的型式，所以在在今后的設計工作中可以根據產品的實際需要進行選擇。

林波（1979-），男，山東泰安人，高級工程師，本科，電氣技術專業，現從事電力變壓器技術研究。