三相变压器铁心的磁路分析

　　摘 要：目前国产的大容量三相变压器一般采用三相五柱式铁心结构，该结构可以有效降低变压器的运输高度，降低成本。本文介绍了三相变压器四框五柱式铁心与常规变压器五柱式铁心磁路的区别及特点。 

　　关键词：三相；变压器；铁心；磁路 

　　1 引言 

　　三相四框五柱式铁心结构是在常规五柱结构的基础上将三个心柱均分为2个半柱，柱间形成轴向散热油道，这样铁心就形成了四个独立的框，磁通在框内形成回路。由于框式铁心的主级片宽仅为常规铁心的一半，所以可有效地提高铁心卷料的利用率，同时铁轭截面积也由常规铁心心柱面积的53%降为50%，降低了铁心的重量，同时降低了铁轭的高度。由于框间油道的存在，框式铁心的磁路与常规铁心的磁路有了很大的不同，了解这两种铁心结构的不同及各自的特点对变压器的铁心设计有重要的意义。 

　　2 常规三相五柱铁心的磁路分析 

　　图1 三相五柱铁心结构及磁路示意图 

　　根据磁路基尔霍夫第一定律，可得下列方程组： 

　　（1） 

　　（2） 

　　（3） 

　　求解方程组： 

　　（1）+（2）+（3），得：1=4 （4） 

　　由方程组和式（4）以及对称原理必得以下矢量图（显然，图解是唯一的）： 

　　图2 磁通矢量图 

　　根据磁通的矢量图，我们可以得出下面的关系： 

　　︱1︱=︱A︱/√3=0.5774*︱A︱ 

　　理论上要求铁轭的截面=0.5774*心柱截面。 

　　实验证明：铁轭内的磁通与理论值有偏差且由于线圈端部漏磁等因素，上下轭比旁轭的磁通要大得多；老结构铁心上下轭截面≈0.58*心柱截面，旁轭截面≈0.45*心柱截面；新结构铁心考虑到制造工艺方便，上下轭和旁轭截面≈0.53*心柱截面，新老结构铁损相近。 

　　3 三相四框铁心的磁路分析 

　　图3 三相四框五柱式铁心结构及磁路示意图 

　　根据磁路基尔霍夫第一定律，可得下列方程组： 

　　（4） 

　　（5） 

　　（6） 

　　求解方程组： 

　　（4）+（5）+（6），可得： 

　　0=1+4 

　　可得： 

　　4= -1 （7） 

　　由方程组和式（7）以及对称和平行原理必得以下矢量图（显然，图解是唯一的）： 

　　图4 磁通矢量图 

　　根据磁通的矢量图，我们可以得出下面的关系： 

　　三相四框铁心的特点： 

　　（1）心柱内的合成磁通中无3次谐波磁通。 

　　（2）心柱合成磁通在d接线线圈中不会感应出3次谐波电势，不会产生反3次谐波磁通的感应电流，3次谐波可以随基波在各框中任意流通。 

　　（3）在铁轭中有3次谐波磁通，可降低铁轭中基波磁通幅值，所以可取铁轭截面=心柱截面/2（铁轭也不会饱和）。 

　　（4）由于铁轭中存在3次谐波会增加铁轭的空载损耗。 

　　4结束语 

　　通过本文的分析我们可以了解三相四框五柱式铁心与常规铁心在磁路上的各自特点。常规结构是我公司的成熟结构但框式结构在成本上有着较大的优势，同时框式结构也是现场组装式变压器的铁心必须采取的型式，所以在在今后的设计工作中可以根据产品的实际需要进行选择。