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变压器的成分结构及生产工艺

2021.9.07

  成分结构

  变压器组成部件包括器身(铁芯、绕组、绝缘、引线)、变压器油、油箱和冷却装置、调压装置、保护装置(吸湿器、安全气道、气体继电器、储油柜及测温装置等)和出线套管。

  1、铁芯[2]

  铁芯是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高,厚度分别为0.35 mm\0.3mm\0.27 mm,由表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。

  铁芯分为铁芯柱和横片两部分,铁芯柱套有绕组;横片是闭合磁路之用。

  铁芯结构的基本形式有心式和壳式两种。

  2、绕组

  绕组是变压器的电路部分,它是用双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成。

  变压器的构成

  一个变压器通常包括:

  两组或以上的线圈:以输入交流电电流与输出感应电流。

  一圈金属芯:它把互感的磁场与线圈耦合在一起。

  变压器一般运行在低频、导线围绕铁芯缠绕成绕组。虽然铁芯会造成一部分能量的损失,但这有助于将磁场限定在变压器内部,并提高效率。 电力变压器按照铁芯和绕组的结构分为芯式结构和壳式结构,以及按照磁通的分支数目(三相变压器有3,4或5个分支)分类。它们的性能各不相同。

  芯

  薄片钢芯

  变压器通常采用硅钢材料的铁芯作为主磁路。这样可以使线圈中磁场更加集中,变压器更加紧凑。 电力变压器的铁芯在设计的时候必须保防止达到磁路饱和,有时需要在磁路中设计一些气隙减少饱和。 实际使用的变压器铁芯采用非常薄,电阻较大的硅钢片叠压而成。 这样可以减少每层涡流带来的损耗和产生的热量。 电力变压器和音频电路有相似之处。典型分层铁芯一般为E和I字母的形状,称作“EI变压器”。 这种铁芯的一个问题就是当断电之后铁芯中会保持剩磁。 当再次加电后,剩磁会造成铁芯暂时饱和。 对于一些容量超过数百瓦的变压器会造成的严重后果,如果没有采用限流电路,涌流可造成主熔断器熔断。 更严重的是,对于大型电力变压器,涌流可造成主绕组变形、损害。

  实芯铁芯

  在如开关电源之类的高频电路中,有时使用具有较高的磁导率和电阻率的铁磁材料粉末铁芯。 在更高的频率下,需要使用绝缘体导磁材料,常见的有各种称作铁素体的陶瓷材料。 在一些调频无线电电路中的一些变压器铁芯采用可调铁芯,来配合耦合电路达到谐振。

  空气芯

  卷铁芯

  线圈线圈由电磁线所构成,用于环绕铁蕊,藉以通电产生磁场,或是经由磁场产生感应电流。

  绝缘保护

  屏蔽物

  冷却剂有的变压器利用液态物质的循环进行热量的疏散。常用的液态物质为变压器油(英语:transformer oil),其主要成分为烷烃、环烷烃、芳香烃等化合物。变压器油比热容较大,它吸收热量体积膨胀上升,在管中形成循环,再通过散热装置将热量散发到空气中。 有的变压器利用气态物质(如六氟化硫)作为冷却剂。由于导热能力的限制,气体冷却剂一般应用于小容量变压器。

  关于变压器油,绝大多数采用的是矿物油, 极少数的变压器采用的是植物油。矿物油泄露可能会对环境造成污染,而植物油污染程度就会少很多。而且植物油的闪点要比矿物油的高。所以,在将来,植物油可能会取代矿物油。

  生产工艺

  产量

  随着中国经济持续健康高速发展,电力需求持续快速增长。2011年全国全社会用电量4.69万亿千瓦时,比上年增长11.7%,消费需求依然旺盛。人均用电量3483千瓦时,比上年增加351千瓦时,超过世界平均水平。

  中国电力建设的迅猛发展带动了中国变压器制造行业的发展。2011年,全国变压器的产量达14.3亿千伏安,同比增长6.86%。2011年,中国变压器制造行业规模以上(主营业务收入2000万元以上)企业有1461家;实现销售额2901.40亿元,实现利润总额166.08亿元,资产规模为2638.40亿元,产品销售利润为339.72亿元。

  中国变压器行业竞争激烈,外资跨国公司抢占了很大市场份额,国内变压器制造企业数量也在快速增长。例如山东永成变压器,中低端变压器市场竞争激烈,具备220KV变压器生产能力的企业有20余家,具备110KV变压器产品生产能力的企业有100余家。而生产500KV等级以上变压器企业通过技术和产能构筑了很高的进入壁垒,市场格局趋于稳定。

  根据规划,国家电网“十二五”期间将投资约2.55万亿用于电网建设,相比“十一五”期间的1.5万亿元,“十二五”电网投资额同比提升了68%。细分来看,2.55万亿中将有5000亿用于特高压电网投资,5000亿用于配电网投资,另外约1.55万亿用于其他电压等级的电网线路投资。

  在特高压电网投资中,特高压交流的投资额约为2700亿元。特高压交流的主要设备包括特高压变压器、电抗器、GIS组合开关、互感器等设备。在特高压投资中,设备投资约占45%,其中变压器(含电抗器)占设备投资约30%,由此测算,“十二五”期间,变压器(含电抗器)的市场容量超过360亿元。

  绕制材料

  要绕制一个变压器我们必须对与变压器有关的材料要有一定的认识,为此这里我就介绍一下这方面的知识。

  1、铁芯材料

  变压器使用的铁芯材料是铁片中加入硅能降低钢片的导电性,增加电阻率,它可减少涡流,使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片,变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系,硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示,一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000,高硅片为12000-16000。

  2、绕制变压器通常用的材料

  漆包线,纱包线,丝包线纸包线,最常用的漆包线。对于导线的要求,是导电性能好,绝缘漆层有足够耐热性能,并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用QZ型号的高强度的聚脂漆包线。

  3、绝缘材料

  在绕制变压器中,线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离,均要使用绝缘材料,一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作,环氧板,或纸板。层间可用聚脂薄膜,电话纸,6520复合纸等作隔离,绕阻间可用黄腊布,或亚胺膜作隔离。

  4、浸渍材料

  变压器绕制好后,还要过最后一道工序,就是浸渍绝缘漆,它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命,一般情况下,可采用甲酚清漆作为浸渍材料 或1032绝缘漆,树脂漆。

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