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【摘 要】本文介绍了近年来出现的新型变压器——三维立体卷铁心变压器的铁心结构，分析了这种铁心的各项特点，通过对比表明，三维立体卷铁心变压器与传统叠片铁心变压器相比的优越性。
【关键词】三维立体；卷铁心；变压器；磁路
0.引言
变压器的工作原理是电磁感应定律，而铁心则是变压器的磁路部分。铁心是能量转换的媒介，它把一次电路的电能转换为磁能，又将此磁能转变为二次电路的电能。因此，铁心质量的优劣，关系到整个变压器的性能好坏。
新型的三维立体卷铁心创造性的改革了传统三相变压器的磁路结构，大幅度降低变压器的空载损耗、空载电流和噪音，使变压器的运行成本大大降低，显示了其突出的社会效益和经济效益。
1.三维立体卷铁心的结构
1.1三维立体卷铁心是由三个形状完全相同的铁心框组合而成。
三维立体卷铁心俯视图 单框铁心实物图
单框铁心截面图
1.2心柱截面呈纯圆形，填充系数达99%，紧密卷绕的铁心叠装系数达98%。
三维立体卷铁心俯视图 心柱截面图
2.工艺特点
2.1铁心框无接缝卷绕制成
三维立体卷铁心的每个单框铁心都是由一条几千米长的硅钢片经曲剪工艺后一次性卷绕成型，不存在搭头接缝，磁路各处分布均匀，避免了搭头接缝形成的高阻区，没有接缝处磁通密度的畸变现象；同时，磁通转向时不会垂直于硅钢片的碾压方向，充分利用了硅钢片的取向性。
2.2铁心框卷绕成形后经过高温真空退火处理
硅钢片在经过剪裁、卷绕等工序时，必然会发生磁撞、拉伸，这对硅钢片的性能有很大影响。在高温（800℃）状态下，原子的活动能力增强，进一步细化硅钢片磁畴，提高硅钢片二次再结晶能力，从而修复并提升硅钢片的电磁性能。 同时，高温退火可以消除铁心在进行卷绕时产生的内应力。
2.3三维立体卷铁心不需要夹件夹紧处理
卷绕而成的铁心框本身叠装系数高达98%，三维立体卷铁心的组装只需使用绝缘带绑扎即可，不需使用金属夹件夹紧，避免了夹件造成铁心性能恶化的可能性。
2.4机械自动化程度高，人为影响少
三维立体卷铁心的整个生产过程，从硅钢带的纵剪、曲剪，到单框铁心的卷绕、退火处理，都是机械自动完成的，工人只需在旁监督即可，使产品质量稳定可靠，避免了人为产生的不稳定因素。
3.铁心特点
3.1优化磁路结构
三维立体卷铁心创造性地改革了传统铁心的磁路结构，使三相磁路完全对称，长度完全相等，且长度之和最短，三相空载电流完全平衡，不产生三次谐波。
3.2大幅度降低空载损耗、空载电流和噪音
三维立体卷铁心层间没有接缝，磁通方向与硅钢片的晶体取向完全一致，大幅度降低了铁心的空载损耗和空载电流。另外，铁心经过退火处理，进一步降低空载损耗、空载电流和噪音。
3.3独特的自然通风散热
三维立体卷铁心的上下三条铁轭互成60度角，加装绕组后形成一个自然的“抽风烟筒”气道。由于上下铁轭温差30-40℃，在气道内产生强烈的空气对流，能迅速将热量散发出去，大大降低了变压器的温升值，从而提高了变压器的过载能力。
3.4结构紧凑，占地面积小，节省安装空间
三维立体卷铁心的心柱截面呈纯圆形，缩小了心柱的直径，使得三相绕组更加紧凑，节省安装空间，为用户带来更多实惠。
4.三维立体卷铁心与传统铁心的性能比较
4.1技术性能比较表
4.2经济性能比较表
5.铁心重量比较
假设由平面卷铁心转为三维立体卷铁心时，铁心中心距不变、窗高不变、心柱截面积不变，同时假设单框铁轭重量为G，则平面卷铁心铁轭重量大于8G，而三维立体卷铁心的铁轭重量为6G，如图所示。那么，当卷铁心参数不变的情况下，三维立体卷铁心铁轭比平面卷铁心铁轭重量减轻25%左右，这样三维立体卷铁心铁轭部分的空载损耗比平面卷铁心铁轭部分降低25%左右。一般来说，整个三维立体卷铁心的空载损耗比平面卷铁心下降10%左右。
综上所述，三维立体卷铁心比平面结构的铁心有明显的优越性。立体布置铁心，使三相磁路完全对称，从节省硅钢片材料和降低铁损的角度出发，三维立体卷铁心是变压器最理想的结构，它不但减少了铁轭长度，又避免了轭部的磁路自调节适应，解决了三相负载不平衡时的磁通平衡问题；同时，使励磁电流减小、谐波降低，空载损耗、噪声、体积也随之减小。
【参考文献】
［１］谢毓城.电力变压器手册.机械工业出版社.2003.
［２］戴文进、黄厚宪等.电机学.航空工业出版社.1996.
【关键词】三维立体；卷铁心；变压器；磁路
0.引言
变压器的工作原理是电磁感应定律，而铁心则是变压器的磁路部分。铁心是能量转换的媒介，它把一次电路的电能转换为磁能，又将此磁能转变为二次电路的电能。因此，铁心质量的优劣，关系到整个变压器的性能好坏。
新型的三维立体卷铁心创造性的改革了传统三相变压器的磁路结构，大幅度降低变压器的空载损耗、空载电流和噪音，使变压器的运行成本大大降低，显示了其突出的社会效益和经济效益。
1.三维立体卷铁心的结构
1.1三维立体卷铁心是由三个形状完全相同的铁心框组合而成。
三维立体卷铁心俯视图 单框铁心实物图
单框铁心截面图
1.2心柱截面呈纯圆形，填充系数达99%，紧密卷绕的铁心叠装系数达98%。
三维立体卷铁心俯视图 心柱截面图
2.工艺特点
2.1铁心框无接缝卷绕制成
三维立体卷铁心的每个单框铁心都是由一条几千米长的硅钢片经曲剪工艺后一次性卷绕成型，不存在搭头接缝，磁路各处分布均匀，避免了搭头接缝形成的高阻区，没有接缝处磁通密度的畸变现象；同时，磁通转向时不会垂直于硅钢片的碾压方向，充分利用了硅钢片的取向性。
2.2铁心框卷绕成形后经过高温真空退火处理
硅钢片在经过剪裁、卷绕等工序时，必然会发生磁撞、拉伸，这对硅钢片的性能有很大影响。在高温（800℃）状态下，原子的活动能力增强，进一步细化硅钢片磁畴，提高硅钢片二次再结晶能力，从而修复并提升硅钢片的电磁性能。 同时，高温退火可以消除铁心在进行卷绕时产生的内应力。
2.3三维立体卷铁心不需要夹件夹紧处理
卷绕而成的铁心框本身叠装系数高达98%，三维立体卷铁心的组装只需使用绝缘带绑扎即可，不需使用金属夹件夹紧，避免了夹件造成铁心性能恶化的可能性。
2.4机械自动化程度高，人为影响少
三维立体卷铁心的整个生产过程，从硅钢带的纵剪、曲剪，到单框铁心的卷绕、退火处理，都是机械自动完成的，工人只需在旁监督即可，使产品质量稳定可靠，避免了人为产生的不稳定因素。
3.铁心特点
3.1优化磁路结构
三维立体卷铁心创造性地改革了传统铁心的磁路结构，使三相磁路完全对称，长度完全相等，且长度之和最短，三相空载电流完全平衡，不产生三次谐波。
3.2大幅度降低空载损耗、空载电流和噪音
三维立体卷铁心层间没有接缝，磁通方向与硅钢片的晶体取向完全一致，大幅度降低了铁心的空载损耗和空载电流。另外，铁心经过退火处理，进一步降低空载损耗、空载电流和噪音。
3.3独特的自然通风散热
三维立体卷铁心的上下三条铁轭互成60度角，加装绕组后形成一个自然的“抽风烟筒”气道。由于上下铁轭温差30-40℃，在气道内产生强烈的空气对流，能迅速将热量散发出去，大大降低了变压器的温升值，从而提高了变压器的过载能力。
3.4结构紧凑，占地面积小，节省安装空间
三维立体卷铁心的心柱截面呈纯圆形，缩小了心柱的直径，使得三相绕组更加紧凑，节省安装空间，为用户带来更多实惠。
4.三维立体卷铁心与传统铁心的性能比较
4.1技术性能比较表
4.2经济性能比较表
5.铁心重量比较
假设由平面卷铁心转为三维立体卷铁心时，铁心中心距不变、窗高不变、心柱截面积不变，同时假设单框铁轭重量为G，则平面卷铁心铁轭重量大于8G，而三维立体卷铁心的铁轭重量为6G，如图所示。那么，当卷铁心参数不变的情况下，三维立体卷铁心铁轭比平面卷铁心铁轭重量减轻25%左右，这样三维立体卷铁心铁轭部分的空载损耗比平面卷铁心铁轭部分降低25%左右。一般来说，整个三维立体卷铁心的空载损耗比平面卷铁心下降10%左右。
综上所述，三维立体卷铁心比平面结构的铁心有明显的优越性。立体布置铁心，使三相磁路完全对称，从节省硅钢片材料和降低铁损的角度出发，三维立体卷铁心是变压器最理想的结构，它不但减少了铁轭长度，又避免了轭部的磁路自调节适应，解决了三相负载不平衡时的磁通平衡问题；同时，使励磁电流减小、谐波降低，空载损耗、噪声、体积也随之减小。
【参考文献】
［１］谢毓城.电力变压器手册.机械工业出版社.2003.
［２］戴文进、黄厚宪等.电机学.航空工业出版社.1996.