开口式三角立体卷铁芯变压器...

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一 研发背景

随着我国产业结构的逐步调整，国家对节能产品重视程度也越来越高，对变压器而言，即对其损耗及噪声的要求越来越高，原有的S11型产品已经满足不了市场的需求，损耗更低的S13型产品逐渐成为了市场的主流。而国内现在大部分变压器厂家生产的均为传统的叠铁心变压器，但由于其结构本身的特点，其在降低损耗及噪音上很难有大的突破，虽然可以勉强达到S13型产品损耗要求，但其生产成本太高，对原材料浪费严重。

在这种情况下，结构更合理，损耗、噪音及成本更低的闭口立体卷铁心变压器逐渐被研发出来，经过几年的发展，逐渐得到了认可，这种变压器可以比较轻松的达到S13型产品的损耗要求，而且其更节材，所以国家现在正在主推这种产品。但这种变压器的缺点也很明显，就是它的生产效率比较低，而且其对生产设备的要求也很高，原来生产传统叠片式变压器的厂家想要生产这种产品需要新进很多新设备，无意中增加了很多前期投入，使其对传统变压器的优势缩小了很多。

在这种背景下，研发一种更节能，更省材、生产效率更高、对生产设备要求更低的产品已势在必行。基于以上情况我公司经过多年的设计研发，开发了现在的S13型开口式三角立体卷铁心变压器，该产品很好的解决了传统叠片式变压器损耗及噪音难以下降、成本高及常规闭口立体卷铁心变压器生产效率低、生产难度大的问题。是一种新型的节能型电力变压器，可以轻松达到S13型变压器1级能效的损耗标准，充分响应国家现在对产品节能、绿色、环保的总体要求。

二 技术原理

该立体卷铁芯变压器将原有的传统叠铁芯变压器与闭口式立体三角形卷铁芯变压器进行了融合，将闭口式立体三角形变压器的每个铁芯单框分为了分离的上下两部分，每个部分的铁心是1片1叠，5级接缝，这样既提高了铁心的机械强度，降低了铁心的噪音和空载电流，又提高了铁心插上铁轭时候的插片效率，可以一次插5片。生产时先将硅钢片通过纵剪线和曲线开料机开好料后，然后用新研制的铁心折弯机将铁心的四个角折成八棱形，将铁心下半部分叠装在下夹件上，然后套入线包，最后用引片将铁心上半部分插入即可。

铁心组装图解：

三 应用领域

产品适用于各类各种容量的油浸式变压器、干式变压器及各类大容量特种变压器。

四 主要技术创新点

开口式立体卷铁心结合了传统叠铁心与闭口式立体卷铁心的主要优势：

与传统叠铁心相比，1、开口式立体卷铁心变压器三相平衡，具有完全对称的磁路，空载电流小，减少了三次谐波，噪音也大大降低;2、节电效果显著，可以轻松达到S13型变压器的标准，结构紧凑体积小，成本低，散热及过载能力强;3、硅钢带加工成梯形料带，采用套裁方法开料，开料时没有废料产生，不浪费材料。

与闭口式立体卷铁心相比，该产品除了拥有闭口式立体卷铁心所有的优点外，还有以下几个优势：

1、由于其结构的特点，其线圈可以单独绕制，使用传统绕线机就可以，不需要再引进新的绕线设备，而且其绕线工艺也比闭口式简单很多，绕制难度降低了很多;

2、便于修理，原有的闭口式立体卷铁心必须有专用的绕线机和模具才能修理，修理难度很大，基本上需要返回原厂修理，而我公司的开口式立体卷铁心由于其结构特点，只需要将上铁轭拆掉，将线圈拔出来单独修理就可以，修理简单，不需要再返回原厂修理;

3、生产大容量的变压器的难度低，原有的闭口式立体卷铁心由于其必须在铁心上绕制线圈，当需要生产大容量变压器时，其铁心模具、铁心缠绕机及绕线机都需要特殊设计，而且对设备要求也非常高，实际生产变压器难度也非常大，所以只能做样机，不太适合于量产，而我公司的开口式立体卷铁心由于其线圈是单独绕制的，而且铁心生产也不需要模具，所以可以大量推广到大容量的变压器中。

4、生产过程中由于硅钢片只受到部分的剪切应力和折弯应力，所受的应力小，可以不用退火，大大降低了生产工艺及成本。

五 技术指标

1、主要技术性能指标

与传统的叠片式铁心变压器相比，由于传统叠片型铁心在每层边连接处都存在多处斜接缝，从而导致磁阻和铁损都会增大，使变压器的励磁电流也相应增大，降低了功率因数，严重影响了电网的供电质量。而开口式三角立体卷铁心却不存在以上问题。而且由于其铁心是由三个相同双开口铁心组合而成，各框磁路对称性好，三相磁路平衡，三次谐波分量少，同时具有空载电流小，铁心损耗低，噪音小等特点，采用开口式立体卷铁心结构的变压器可以轻松达到S13型零偏差的产品，而且其结构紧凑，对铁心的利用率高，制作成本低，与S13型叠铁心产品相比，成本可以大大降低。

从上表可以看出，以我们生产的S13型315kVA容量的开口式立体卷铁心变压器与传统叠铁心变压器相比，铜用量下降了7%左右，硅钢片用量下降了14%左右，变压器油用量下降了7%左右，钢板用量基本差不多，整体成本开口式立体卷铁心变压器比传统的叠铁心变压器下降了9%左右;与闭口式立体卷铁心变压器相比虽然材料成本上略有提高(1%左右)，但生产工艺和生产效率上却大大的提高了。

2、国内外同类技术比较

我公司生产的开口式立体三角形卷铁心变压器是在原有的闭口式立体卷铁心的基础上做出了大量的技术改进，很好的解决了传统叠片式变压器损耗及噪音难以下降、成本高及闭口立体卷铁心变压器生产效率低、生产难度大的问题。它的结构更合理，性能更优良，制造成本降低明显，既符合电力行业节能的要求，又符合制造企业的成本、质量目标，是一种新型的节能型电力变压器。与传统叠铁心变压器及闭口立体卷铁心变压器相比由以下几个优点：

1)空气间隙比传统的叠铁心少，仅为2个，大大降低了铁心的磁阻，减少了漏磁，空载电流可以降低到0.1-0.3左右，可以提高功率因数，改善电网供电质量。

2)噪音低，更好的发挥高导磁冷轧硅钢片的导磁特性，磁通基本按照铁心的叠制方向流通，三相磁路、磁通完全对称，工作磁密设计更加合理，磁阻明显小，因而产品噪音大大降低，符合环保要求。

3)卷铁心的磁化方向基本与硅钢片的轧制方向一致，三相磁路长度完全相等且其长度之和最短，磁路完全对称，磁路各处的磁通分布均匀，保证了三相电压的平衡，减少了三次谐波分量，提高了供电系统效率。

4)谐波小。变压器联接组别全部采用Dyn11，高压的三角形接法给三次谐波提供了循环回路，不会向上级电网扩散，减少了电网的谐波电流，提高电网供电效率。

5)过载能力强，由于其本身损耗低，发热量也少，而且开口式立体卷铁心的线圈呈“品”字型排布，有利于散热，绝缘材料的老化速度减慢，变压器的使用寿命更长。

6)抗短路能力强，现在有的叠铁心变压器为了节省成本，线圈结构都是长圆形，抗短路能力比较差，而开口式立体三角形卷铁心变压器的线圈结构都为圆形，发生突发短路时，各方向受力均匀，抗短路能力更强。

开口式立体三角形卷铁心变压器与闭口式卷铁心变压器相比由以下几个优点：

1)线圈可以单独绕制，使用传统绕线机就可以，不需要再引进新的绕线设备，从另一方面减少了前期投资，减少了资源浪费，而且其绕线工艺也比闭口式简单很多，绕制难度低;

2)生产效率显著提高，闭口立体卷铁心变压器线圈必须在铁心上绕制，这样一来造成了传统的绕线机满足不了这种工艺需求，必须购买新的绕线机，而且其绕制前需装绕线模具、齿轮等，工艺复杂，绕制效率很低，线圈必须在铁心完成并且实验合格以后才能进行绕制，增加了生产周期。而开口式卷铁心可以使用传统绕线机将线圈绕制完成后套入铁心，这样一方面可以不必增加其他绕线设备，另一方面其线圈与铁心可以分开制作，缩短生产周期。

3)维修简单，闭口式立体卷铁心因为铁心的闭合结构，导致线圈无法从铁心上拆下来，必须使用专业的绕线机返回原厂修理，维修非常困难，而开口式立体卷铁心由于上铁轭是分开的，所以和常规叠铁心变压器一样，可以轻松将上铁轭拆除以后将线圈拔出进行修理。在很大程度上解决了闭口式立体卷铁心变压器不能维修的难题，保证了用户售后的疑虑，也给用户减少了不必要的开支，既节约又节能环保。

4)生产大容量的变压器的难度低，闭口式立体卷铁心生产大容量变压器需要特殊设计铁心模具、铁心缠绕机及绕线机等，设备整体尺寸巨大，操作困难，而我公司的开口式立体卷铁心的铁心生产不需要模具及铁心缠绕机，可以大量推广到大容量、高电压等级的变压器中。

5)不需要退火，由于闭口式立体卷铁心变压器在铁心绕制过程中产生了巨大的拉应力，所以必须进行退火来去应力，而我们产品由于只是在生产过程中受到了很小的剪切力，所以不需要退火，消除了退火过程中对环境的破坏，保护了环境。

6)根据市场情况调整设计方案成本低，闭口式立体卷铁心其设计一旦确定，绕制线圈的齿轮盘的尺寸也确定了，今后的设计如果要变动，要重新生产齿轮盘，无法随着原材料价格的变动随时调整设计，而开口式立体卷铁心却没有这种疑难问题，反而凸显了他的应变性和灵活性，达到了产品适应市场的需要。

7)生产干式变压器优势明显，闭口式立体卷铁心干式变压器需将器身整体放入浇注灌进行浇注，浇注十分困难，对工艺的要求高，占地面积大，对浇注灌的利用率低。而开口式立体卷铁心干式变压器只需将线圈单独浇注后再套入铁心，极大的简化了浇注工艺，提高了设备的利用率，降低了对设备的要求。

六 对促进行业科技进步的作用和意义

1、可以全面取代传统叠铁心变压器，由于其工艺难度低，对设备要求低，所以推广难度低。

2、节能效果好，比原有S11型产品空载损耗下降20%。

3、产品制造成本低，产品成本与叠片式变压器相比有了大幅度的下降，相应采购成本也大幅度降低。

4、由于其三相磁路平衡，空载电流小，三次谐波分量小，很大程度上提高了电网的供电质量。

七 推广和应用前景

一种新结构变压器的推广开来，除了技术、设备、工艺、工装等具备外，还需要顺应市场的需求，开口式卷铁心变压器有许多亮点，其突出的亮点是既节约了材料，又提升了变压器性能，还增加了变压器的生产效率，特别是做能效指标高的变压器更有优势，比如油变S13及以上，干变SCB13及以上。而按国家有关部门的规划，S11是最低能效标准(三级标准)，目标能效标准是S13(二级能效)，期望能效标准是S15(一级能效)。从2012年开始，国家电网采购S11变压器的比例逐年减少，大部分是采购S13的变压器，展望未来三至五年的变压器市场，S11能效的变压器将逐渐被淘汰出市场，市场将以S13能效的变压器为主，以S15为辅。可见，立体卷铁心变压器顺应了市场的需求。而闭口卷铁心变压器由于其生产效率低和生产设备要求高等缺点，推广起来很难，而我们现在研制的开口式卷铁心变压器不管从生产效率、工艺难度，还是从生产成本来说都优于闭口式卷铁心变压器，所以推广起来很容易。

来源 | EPTC协作网

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