电源变压器

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电源变压器范文第1篇

引言

电源装置，无论是直流电源还是交流电源，都要使用由软磁磁芯制成的电子变压器（软磁电磁元件）。虽然，已经有不用软磁磁芯的空芯电子变压器和压电陶瓷变压器，但是，到现在为止，绝大多数的电源装置中的电子变压器，仍然使用软磁磁芯。因此，讨论电源技术与电子变压器之间的关系：电子变压器在电源技术中的作用，电源技术对电子变压器的要求，电子变压器采用新软磁材料和新磁芯结构对电源技术发展的影响，一定会引起电源行业和软磁材料行业的朋友们的兴趣。本文提出一些看法，以便促成电源行业与电子变压器行业和软磁材料行业之间就电子变压器和软磁材料的有关问题进行对话，互相交流，共同发展。

1 电子变压器在电源技术中的作用

电子变压器和半导体开关器件，半导体整流器件，电容器一起，称为电源装置中的4大主要元器件。根据在电源装置中的作用，电子变压器可以分为：

1）起电压和功率变换作用的电源变压器，功率变压器，整流变压器，逆变变压器，开关变压器，脉冲功率变压器；

2）起传递宽带、声频、中周功率和信号作用的宽带变压器，声频变压器，中周变压器；

3）起传递脉冲、驱动和触发信号作用的脉冲变压器，驱动变压器，触发变压器；

4）起原边和副边绝缘隔离作用的隔离变压器，起屏蔽作用的屏蔽变压器；

5）起单相变三相或三相变单相作用的相数变换变压器，起改变输出相位作用的相位变换变压器（移相器）；

6）起改变输出频率作用的倍频或分频变压器；

7）起改变输出阻抗与负载阻抗相匹配作用的匹配变压器；

8）起稳定输出电压或电流作用的稳压变压器（包括恒压变压器）或稳流变压器，起调节输出电压作用的调压变压器；

9）起交流和直流滤波作用的滤波电感器；

10）起抑制电磁干扰作用的电磁干扰滤波电感器，起抑制噪声作用的噪声滤波电感器；

11）起吸收浪涌电流作用的吸收电感器，起减缓电流变化速率的缓冲电感器；

12）起储能作用的储能电感器，起帮助半导体开关换向作用的换向电感器；

13）起开关作用的磁性开关电感器和变压器；

14）起调节电感作用的可控电感器和饱和电感器；

15）起变换电压、电流或脉冲检测信号的电压互感器、电流互感器、脉冲互感器、直流互感器、零磁通互感器、弱电互感器、零序电流互感器、霍尔电流电压检测器。

从以上的列举可以看出，不论是直流电源，交流电源，还是特种电源，都离不开电子变压器。有人把电源界定为经过高频开关变换的直流电源和交流电源。在介绍软磁电磁元件在电源技术中的作用时，往往举高频开关电源中的各种电磁元件为例证。同时，在电子电源中使用的软磁电磁元件中，各种变压器占主要地位，因此用变压器作为电子电源中软磁元件的代表，称它们为“电子变压器”。

2 电源技术对电子变压器的要求

电源技术对电子变压器的要求，像所有作为商品的产品一样，是在具体使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比最好。有时可能偏重价格和成本，有时可能偏重效率和性能。现在，轻、薄、短、小成为电子变压器的发展方向，是强调降低成本。从总的要求出发，可以对电子变压器得出四项具体要求：使用条件，完成功能，提高效率，降低成本。

2.1 使用条件

电子变压器的使用条件，包括两方面内容：可靠性和电磁兼容性。以前只注意可靠性，现在由于环境保护意识增强，必须注意电磁兼容性。

可靠性是指在具体的使用条件下，电子变压器能正常工作到使用寿命为止。一般使用条件中对电子变压器影响最大的是环境温度。决定电子变压器受温度影响强度的参数是软磁材料的居里点。软磁材料居里点高，受温度影响小；软磁材料居里点低，对温度变化比较敏感，受温度影响大。例如锰锌铁氧体的居里点只有215℃，比较低，磁通密度、磁导率和损耗都随温度发生变化，除正常温度25℃而外，还要给出60℃，80℃，100℃时的各种参数数据。因此，锰锌铁氧体磁芯的工作温度一般限制在100℃以下，也就是环境温度为40℃时，温升必须低于60℃。钴基非晶合金的居里点为205℃，也低，使用温度也限制在100℃以下。铁基非晶合金的居里点为370℃，可以在150℃～180℃以下使用。高磁导坡莫合金的居里点为460℃至480℃，可以在200℃～250℃以下使用。微晶纳米晶合金的居里点为600℃，取向硅钢居里点为730℃，可以在300℃～400℃下使用。

电磁兼容性是指电子变压器既不产生对外界的电磁干扰，又能承受外界的电磁干扰。电磁干扰包括可听见的音频噪声和听不见的高频噪声。电子变压器产生电磁干扰的主要原因是磁芯的磁致伸缩。磁致伸缩系数大的软磁材料，产生的电磁干扰大。铁基非晶合金的磁致伸缩系数通常为最大（27～30）×10－6，必须采取减少噪声抑制干扰的措施。高磁导Ni50坡莫合金的磁致伸缩系数为25×10－6，锰锌铁氧体的磁致伸缩系数为21×10－6。以上这3种软磁材料属于容易产生电磁干扰的材料，在应用中要注意。3％取向硅钢的磁致伸缩系数为（1～3）×10－6，微晶纳米晶合金的磁致伸缩系数为（0.5～2）×10－6。这2种软磁材料属于比较容易产生电磁干扰的材料。6.5％硅钢的磁致伸缩系数为0.1×10－6，高磁导Ni80坡莫合金的磁致伸缩系数为（0.1～0.5）×10－6，钴基非晶合金的磁致伸缩系数为0.1×10－6以下。这3种软磁材料属于不太容易产生电磁干扰的材料。由磁致伸缩产生的电磁干扰的频率一般与电子变压器的工作频率相同。如果有低于或高于工作频率的电磁干扰，那是由其他原因产生的。

2.2 完成功能

电子变压器从功能上区分主要有变压器和电感器2种。特殊元件完成的功能另外讨论。变压器完成的功能有3个：功率传送、电压变换和绝缘隔离。电感器完成功能有2个：功率传送和纹波抑制。

功率传送有2种方式。第一种是变压器传送方式，即外加在变压器原绕组上的交变电压，在磁芯中产生磁通变化，使副绕组感应电压，加在负载上，从而使电功率从原边传送到副边。传送功率的大小决定于感应电压，也就是决定于单位时间内的磁通密度变量ΔB。ΔB与磁导率无关，而与饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br有关。从饱和磁通密度来看，各种软磁材料的Bs从大到小的顺序为：铁钴合金为2.3～2.4T，硅钢为1.75～2.2T，铁基非晶合金为1.25～1.75T，铁基微晶纳米晶合金为1.1～1.5T，铁硅铝合金为1.0～1.6T，高磁导铁镍坡莫合金为0.8～1.6T，钴基非晶合金为0.5～1.4T，铁铝合金为0.7～1.3T，铁镍基非晶合金为0.4～0.7T，锰锌铁氧体为0.3～0.7T。作为电子变压器的磁芯用材料，硅钢和铁基非晶合金占优势，而锰锌铁氧体处于劣势。

功率传送的第二种是电感器传送方式，即输入给电感器绕组的电能，使磁芯激磁，变为磁能储存起来，然后通过去磁变成电能释放给负载。传送功率的大小决定于电感器磁芯的储能，也就是决定于电感器的电感量。电感量不直接与饱和磁通密度有关，而与磁导率有关，磁导率高，电感量大，储能多，传送功率大。各种软磁材料的磁导率从大到小顺序为：Ni80坡莫合金为（1.2～3）×106，钴基非晶合金为（1～1.5）×106，铁基微晶纳米晶合金为（5～8）×105，铁基非晶合金为（2～5）×105，Ni50坡莫合金为（1～3）×105，硅钢为（2～9）×104，锰锌铁氧体为（1～3）×104。作为电感器的磁芯用材料，Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金占优势，硅钢和锰锌铁氧体处于劣势。

传送功率大小，还与单位时间内的传送次数有关，即与电子变压器的工作频率有关。工作频率越高，在同样尺寸的磁芯和线圈参数下，传送的功率越大。

电压变换通过变压器原绕组和副绕组匝数比来完成，不管功率传送大小如何，原边和副边的电压变换比等于原绕组和副绕组匝数比。

绝缘隔离通过变压器原绕组和副绕组的绝缘结构来完成。绝缘结构的复杂程度，与外加和变换的电压大小有关，电压越高，绝缘结构越复杂。

纹波抑制通过电感器的自感电势来实现。只要通过电感器的电流发生变化，线圈在磁芯中产生的磁通也会发生变化，使电感器的线圈两端出现自感电势，其方向与外加电压方向相反，从而阻止电流的变化。纹波的变化频率比基频高，电流纹波的电流频率比基频大，因此，更能被电感器产生的自感电势抑制。

电感器对纹波抑制的能力，决定于自感电势的大小，也就是电感量大小，与磁芯的磁导率有关，Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金磁导率大，处于优势，硅钢和锰锌铁氧体磁导率小，处于劣势。

2.3 提高效率

提高效率是对电源和电子变压器的普遍要求。虽然，从单个电子变压器来看，损耗不大。例如，100VA电源变压器，效率为98％时，损耗只有2W并不多。但是成十万个、成百万个电源变压器，总损耗可能达到上十万W，甚至上百万W。还有，许多电源变压器一直长期运行，年总损耗相当可观，有可能达到上千万kW·h。显然，提高电子变压器的效率，可以节约电力。节约电力后，可以少建发电站。少建发电站后，可以少消耗煤和石油，可以少排放CO2，SO2，NOx，废气，污水，烟尘和灰渣，减少对环境的污染。既具有节约能源，又具有保护环境的双重社会经济效益。因此，提高效率是对电子变压器的一个主要要求。

电子变压器的损耗包括磁芯损耗（铁损）和线圈损耗（铜损）。铁损只要电子变压器投入工作，一直存在，是电子变压器损耗的主要部分。因此，根据铁损选择磁芯材料，是电子变压器设计的主要内容，铁损也成为评价软磁材料的一个主要参数。铁损与电子变压器磁芯的工作磁通密度和工作频率有关，在介绍软磁材料的铁损时，必须说明是在什么工作磁通密度下和什么工作频率下的损耗。例如，P0.5/400，表示在工作磁通密度0.5T和工作频率400Hz下的铁损。P0.1/100k表示在工作磁通密度0.1T和工作频率100kHz下的铁损。

软磁材料包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。涡流损耗又与材料的电阻率ρ成反比。ρ越大，涡流损耗越小。各种软磁材料的ρ从大到小的顺序为：锰锌铁氧体为108～109μΩ·cm，铁镍基非晶合金为150～180μΩ·cm，铁基非晶合金为130～150μΩ·cm，钴基非晶合金为120～140μΩ·cm，高磁导坡莫合金为40～80μΩ·cm，铁硅铝合金为40～60μΩ·cm，铁铝合金为30～60μΩ·cm，硅钢为40～50μΩ·cm，铁钴合金为20～40μΩ·cm。

因此，锰锌铁氧体的ρ比金属软磁材料高106～107倍，在高频中涡流小，应用占优势。但是当工作频率超过一定值以后，锰锌铁氧体磁性颗粒之内的绝缘体被击穿和熔化，ρ变得相当小，损耗迅速上升到很高水平，这个工作频率就是锰锌铁氧体的极限工作频率。

金属软磁材料厚度变薄，也可以降低涡流损耗。根据现有的电子变压器使用金属软磁材料带材的经验，工作频率和带材厚度的关系为：工频50～60Hz用0.50～0.23mm（500～230μm），中频400Hz至1kHz用0.20～0.08mm（200～80μm），1kHz至20kHz用0.10～0.025mm（100～25μm），中高频20kHz至100kHz用0.05～0.015mm（50～15μm），高频100kHz至1MHz用0.02～0.005mm（20～5μm），1MHz以上，厚度小于5μm。金属软磁材料带材只要降到一定厚度，涡流损耗可显著减少。不论是硅钢、坡莫合金，还是钴基非晶合金和微晶纳米晶合金都可以在中、高频电子变压器中使用，和锰锌铁氧体竞争。

2.4 降低成本

降低成本是对电子变压器的一个主要要求，有时甚至是决定性的要求。电子变压器作为一种商品和其他商品一样，都面临着市场竞争。竞争的内容包括性能和成本两个方面，缺一不可。不注意成本，往往会在竞争中被淘汰。

电子变压器的成本包括材料成本、制造成本和管理成本。降低成本要从这三个方面来考虑。

软磁材料成本在电子变压器的材料成本中占有相当大的比例。根据现行的市场价格，每kg重量的软磁材料的价格从小到大的顺序是：锰锌软磁铁氧体，硅钢，铁基非晶合金，Ni50坡莫合金，钴基非晶合金，Ni80坡莫合金。锰锌铁氧体在中高频范围内广泛应用，硅钢在工频范围内广泛应用，最主要的原因之一就是价格便宜。

制造成本与设计和工艺有关。电子变压器所用的磁芯、线圈和总体结构的加工和装配工艺是复杂还是简单？需要人工占的比例多大？是否需要工模具？质量控制中需要检测的工序和参数有多少？要用什么检测仪器和设备？这些都是降低制造成本时要考虑的问题。

管理成本一般约占材料和制造成本之和的30％左右。如果管理得好，充分利用人力和财力，有可能降到20％左右。充分利用人力，是指工时利用率要高，减少管理人员和工人比例等等。充分利用财力，是指缩短生产周期，减少库存，加快资金流转等等。

所以，一个好的电子变压器设计者，除了要了解电子变压器的理论和设计方法而外，还要了解各种软磁材料，电磁线，绝缘材料的性能和价格；还要了解磁芯加工和热处理工艺，线圈绕制和绝缘处理工艺和结构组装工艺；还要了解实现质量控制的检测参数和仪器设备；还要了解生产管理的基本知识以及电子变压器的市场动态等等。只有知识全面的设计者，才能设计出性能好，价格低的电子变压器。

3 新软磁材料在电子变压器中的应用

电子变压器中的软磁材料，根据上面的分析，在工频及中频范围内主要采用硅钢，在高频范围内主要采用软磁铁氧体。现在硅钢遇到非晶纳米晶合金的挑战，软磁铁氧体既遇到非晶纳米晶合金的挑战，又遇到软磁复合材料的竞争。在挑战和竞争中，不但使新软磁材料迅速发展，也使硅钢和软磁铁氧体得到发展。新发展起来的软磁材料在电子变压器中的应用，使电子变压器的性能提高，成本下降。而且也使电源技术在向短、小、轻、薄的变革中遇到的难点——磁性元件小型化问题逐步得到解决。

下面分别介绍硅钢，软磁铁氧体，非晶纳米晶合金，软磁复合材料在电子变压器中应用的一些新进展。这里不介绍薄膜软磁材料，它是用于1MHz以上的，高频小型电子变压器的新一代软磁材料，留待以后专文介绍。

3.1 硅钢

电源技术中的工频电子变压器大量使用3％取向硅钢，现在厚度普遍从0.35mm减到0.27mm或0.23mm。国内生产的23Q110的0.23mm厚，3％取向硅钢，饱和磁通密度Bs为1.8T，其P1.7/50为1.10W/kg；27QG095的0.27mm厚，3％Hi?B取向硅钢，Bs为1.89T，P1.7/50为0.95W/kg。日本生产的0.23mm厚，3％取向硅钢Bs为1.85T，P1.7/50为0.85W/kg。与国内产品相差不多。但是0.23mm厚的3％取向硅钢经过特殊处理，即用电解法将表面抛光至镜面，再涂张力涂层，最后细化磁畴，可以使P1.7/50下降到0.45W/kg。同时，对要求损耗低的电子变压器，日本还进一步把厚度减薄到0.15mm，经过特殊处理，可以使P1.3/50下降到0.082～0.11W/kg和铁基非晶合金水平基本相当。

日本还用温度梯度炉高温退火新工艺，使0.15mm厚，3％取向硅钢的Bs达到1.95～2.0T，经过特殊处理，使P1.3/50为0.15W/kg，P1.7/50为0.35W/kg。采用三次再结晶新工艺，制成更薄的硅钢，Bs为2.03T，P1.3/50为0.19W/kg（0.075mm厚），0.17W/kg(0.071mm厚)和0.13W/kg0.032mm厚）。

电源装置中的中频（400Hz至10kHz）电子变压器，除了使用0.20～0.08mm厚，3％取向硅钢外，日本已采用6.5％无取向硅钢。6.5％硅钢，磁致伸缩近似为零，可制成低噪声电子变压器，磁导率为16000～25000。ρ比3％硅钢高一倍，中频损耗低，例如：0.10mm厚的6.5％无取向硅钢P1/50为0.6W/kg，P1/400为6.1W/kg，P0.5/1K为5.2W/kg，P0.1/10k为8.2W/kg，Bs为1.25T。采用温轧法可以生产6.5％取向硅钢，Bs提高到1.62～1.67T。0.23mm厚的6.5％取向硅钢P1/50为0.25W/kg。日本已用6.5％硅钢制成1kHz音频变压器，在1.0T时，噪声比3％取向硅钢下降21dB，铁损下降40％，还用6.5％硅钢取代3％取向硅钢用于8kHz电焊机中，铁芯重量从7.5kg减少到3kg。6.5％硅钢国内已进行小批量生产。

与研制6.5％硅钢的同时，日本还开发了硅含量呈梯度分布的硅钢。

1）中高频低损耗梯度硅钢，表层硅含量6.5％，电阻率高，磁导率高，磁通集中在表面，涡流也集中表面，损耗小。内部硅含量低于6.5％。总的损耗低于6.5％硅钢。例如：0.20mm厚的6.5％硅钢的P0.1/10k为16W/kg，梯度硅钢为13W/kg；P0.05/20k6.5％硅钢为14W/kg，梯度硅钢为9W/kg。由于总的硅平均含量低于6.5％，Bs比6.5％硅钢高，可达1.90T。延伸性即加工性也比6.5％硅钢好。已经用这种梯度硅钢制成家用电器逆变器用电感器，由于Bs高，损耗低，既体积小，又发热少。

2）低剩磁梯度硅钢，表层硅含量高，磁致伸缩小，中心层硅含量低，磁致伸缩大。表层与中心层存在的磁致伸缩差而引发应力。出现的弹性能导致剩磁低，一般饱和磁通密度Bs为1.96T，剩磁Br为0.34T。ΔB=Bm－Br超过1.0T（Bm为工作磁通密度）。损耗也低，P1.2/50为1.27W/kg。可以用于脉冲变压器，单方向磁通变化电源变压器等。作为电源变压器铁芯时，还可以抑制合闸时的突发电流浪涌。

最近报导，日本开发出用于中高频电子变压器的硅钢新品种——添加铬（Cr）的硅钢。在4.5％硅钢中，添加4％铬，电阻率可达82μΩ·cm，而一般3％取向硅钢电阻率为44μΩ·cm，牌号为“HiFreqs”。0.1mm厚添加铬的硅钢损耗低，P0.2/5k为20.5W/kg，P0.1/10k为10W/kg，P0.05/20k为5W/kg；延伸性即加工性好，与3％硅钢一样，可以进行冲剪，铆固加工；耐腐蚀性好，在盐水和湿气中，不涂层也不腐蚀。已用这种添加铬的硅钢制成25kHz开关电源用滤波电感器，铁芯损耗为22W/kg，比6.5％硅钢（36W/kg）和铁基非晶合金（29W/kg）小。还用它制成70kHz感应加热装置的电子变压器，比0.1mm厚3％取向硅钢发热显著减少，寿命延长4倍以上。

电源变压器范文第2篇

关键词：变压器；大容量；高电压；绝缘

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.184

0 前言

经济的快速发展要求机电行业适时的转变发展模式，摒弃不合时宜的高能源生产模式以顺应时展的要求[1]。在此背景下，绝缘技术从理论到具体的机电绝缘结构均得到了较大的发展与进步。绝缘技术的改进降低了火电投资比例，有助于低投入高效益的生产。其中，过电压与绝缘技术、防护技术、测试技术、绝缘结构、高电压和绝缘理论是研究高电压绝缘技术的主要内容。

1 绝缘材料分析

（1）绝缘胶材料。变压器使用的绝缘胶种类很多，具体包括环氧树脂胶、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、酚醛树脂、聚醋酸乙烯酯等。

（2）电工用塑料材料。填料、合成树脂、各种添加剂组成了电工用塑料材料，这种材料主要呈纤维状、粒状或粉末状，能够当作电缆电线绝缘保护材料使用。在一定的压力与温度条件下加工后可得电工设备绝缘零部件，且形状与规格多样[2]。塑料中的主要构成是合成树脂，合成树脂对塑料制品基本特性有决定性的作用。塑料可分为两种类型，热塑性塑料与热固性塑料，分类依据为树脂类型的不同。在热塑性塑料中，树脂分子的线型结构不会受热挤与热压影响，不会出现明显的化学、物理性质变化，可溶性依然良好。而热固性塑料则不同，树脂分子受热压影响会变为网状结构，得出不熔、不溶的固体。因此，热塑性塑料具有反复多次成型的特征。

（3）绝缘漆管材料。玻璃纤维与面纱是绝缘漆管的两种底材，绝缘漆管的树脂主要有硅橡胶浆、硅有机漆、改性聚氯乙烯树脂、醇酸清漆、油性绝缘清漆几种类型。

（4）气体绝缘材料。气体绝缘材料不但能够绝缘，还能够发挥保护、冷却、灭弧等作用，因此，气体绝缘材料在电气设备的使用比较常见，甚至气体在部分设备中属于主绝缘材料。液体固体绝缘中普遍存在气体空隙，只是不同绝缘中使用的量不同[3]。气体需具备来源丰富、价格低廉、惰性、热导率高、不燃、液化温度低、绝缘强度高等特点才能用作绝缘材料，其中惰性指的是不会同共存材料反应。

二氧化碳、氮气、空气、六氟化硫及混合气体等是气体绝缘材料的主要类型。气体电介质使用最广的是空气，廉价、分布广阔是空气的特点，用作混合介质的优势表现在物理化学性能稳定、击穿后能自愈、液化温度低等，因此，空气绝缘介质在断路器中使用较多。但空气中存在杂质较多，其氧化作用会在接触金属材料时发生腐蚀反应，而氮气在这方面的稳定性比空气更高，惰性且不会助燃，因此，在电气设备中气体电介质常使用压缩氮气作为材料。六氟化硫击穿场强很高，属于电负性气体，其绝缘强度在0.2MPa气体压力下与绝缘油相当。与空气相比，六氟化硫在均匀电场中是其2.5倍，且灭弧能力是其数10倍，灭弧性能优良。此外，纯净的六氟化硫耐热性与稳定性较好，无毒性，不会在500℃下分解，同卤素、碱、酸、水、绝缘材料不会在150℃条件下作用。因六氟化硫有诸多优点，在高压电气设备中的使用日益受到重视，使用越来越广泛。超过两种以上的气体组成了混合气体，纯六氟化硫与六氟化硫混合气体二者的电气强度相比，后者更优更明显，且价格更为经济，其中被认为有很大发展前景是六氟化硫与氮气的混合气体。

在放电电压以下，气体的绝缘电阻通常非常高，即使出现绝缘破坏也能自行恢复。其不足主要是绝缘屈服值较低，与固体相比较差。在电气设备中气体绝缘材料主要担负着绝缘任务，适用于高频、高压绝缘，主要是因为这一材料具有小损耗、小介电常数以及小电导。

2 技术类型分析

（1）少胶粉云母脂环氧VPI绝缘技术。少胶粉云母脂环氧VPI绝缘实际作用的发挥需要辅助使用VB2645树脂，并引进专门TMEIC绝缘，这一技术类型成品的获得需经过稀释、合成等操作，合成需有专门的工艺，成品获得过程通常需要使用浸渍树脂、固化剂。

（2）LD.F绝缘技术。这一绝缘技术有较多分类，主要得益于长期的发展与完善，其中包括抵压机电绝缘，以变频电机、同步电动机等作为低压机电绝缘的代表[4]。LD.F绝缘有非常明显的优势，如电气性能好、稳定性强、耐热性强、绝缘厚度非常薄等，其优势已然得到了普遍的认可，有助于降低安全隐患。LD.F绝缘工艺简单，运行可靠安全，易于掌握，能够实现净化生产与能源的节约，是对当下无污染生产要求的积极贯彻，自然得到了大力的推广与使用。在不断的实践与研究中，LD.F绝缘不断的提升、不断的创新，现阶段其发展的方向为向6kv和10kv减薄机缘厚度，理想的减薄厚度为1.0mm，而低于2.0mm 为10kv单边绝缘的理想厚度。现阶段，虽LD.F绝缘的使用有较好的效果，但市场需求并不会停滞不前，因此仍需不断的完善与发展，提高技术使用的适应性。

（3）多胶模压绝缘体技术。这一体系的主要构成是通过多胶粉云母带连续式绕包、模压成型，在交流电机行业中推行，效果较好。虽多胶云母有诸多种类，但以环氧多胶粉云母带使用最多，此外，VPI体系类型也较为常见。在我国，尤其是在机电制造业这一绝缘体非常受欢迎，国内大多数公司都选择使用这一绝缘体。在经济全球化影响下，技术合作交流增多，通过各国间的交流引进了不少关联技术，国内的不少绝缘材料都是来自于国外公司。在技术更新日新月异的时代，新产品更新换代非常快，以LD-F绝缘体系为例，LD-F绝缘体系使用的材料是少胶单面补强高定量鳞片，这种材料比较稀有，此外，补强材料为聚酯薄膜材料与的玻璃纤维材料两种。渗透性强、含量高是云母的优点，固化树脂效果较好，能有效防止流失，作为备选材料十分优良。

3 结束语

单靠传统的绝缘材料难以实现高压大容量变压器理想的稳定与可靠状、运行，因此，需积极应用新的绝缘技术与绝缘材料，加大研发力度与投入，不断的提高绝缘技术水平，优化绝缘体系性能，为高压大容量变压器运行的稳定与安全提供保障，更好的满足生活生产的需求。

参考文献：

[1]刘复林，韩延纯.大型电力变压器常见故障和状态检修要点[J].黑龙江科学，2015（03）：21+25.

[2]常非，赵丽平.高压大容量五电平变换器在RPC中的应用[J].电力系统及其自动化学报，2014（09）：40-45.

电源变压器范文第3篇

2008年有一天，中原油田某110kV变电所控制室发出警铃预告声音，值班人员立即开展检查，发现中央信号屏“6kV系统Ⅰ段接地”光字牌亮，相应的三相电压表显示的一次电压为UAN=3.17kV，UBN=4.29kV，UCN=4.22kV，并将这一情况报告了上级电力调度，调度员立即通知有关部门组织人员查找故障。

2故障查找

2.1 从6kV母线和出线方面查找

（1）把6kVⅠ段母线出线剩余负荷转移到其他地方（发生“接地”故障前6kVⅠ段负荷已经很小了，因此不必采用拉路选线法来查找接地线路），6kVⅠ段母线上只剩下631PT，用万用表测量631PT二次出口电压（拔下二次保险）为Uan=52V，Ubn=71V，Ucn=69.7V，开口三角电压为ULN=19V，该电压已达到了接地选线继电器动作值，从而发出了“6kV系统Ⅰ段接地”光字牌亮。

（2）对PT二次回路和631PT的一次回路进行了检查，除发现631PT一次侧A相螺丝较松外，未发现其他情况，经反复试验，上述电压情况未变；

（3）更换631PT和避雷器后测得631PT二次出口电压为Uan=70V，Ubn=56V，Ucn=61kV，开口三角电压为ULN=13.8V，对应的三相电压表显示的一次电压为UAN=4.2kV，UBN=3.4kV，UCN=3.62kV，一、二次测量数据非常吻合，只是与第一次测量情况有所不同，但电压不平衡依然存在。

（4）利用高压定相仪直接测量6kVⅠ段母线电压，测得数据为UAN=3.09kV，UBN=4.12kV，UCN=4.03kV，接着把631PT刀闸拉开，退出631PT，如下图所示，再用高压定相仪直接测量6kVⅠ段母线电压，其数据变为UAN=4.1kV，UBN=3.46kV，UCN=3.53kV，再切开601开关单独测量601过桥母线电压，其数据为UAN=4.15kV，UBN=3.44kV，UCN=3.53kV，与不切开601开关所测数据相同，这样可以判断1号主变6kV出口电压本身就存在不平衡现象。

2.2 从主变压器上查找

（1）对主变压器110kV侧的母线电压进行测量，其二次电压在101.1V-101.4V间，数据相当平衡。

（2）对1号主变110kV侧进行有载调压，其6kV三相电压同时下降或同时上升，不平衡情况未见变化。

（3）对1号主变进行全部项目的电气试验，包括主变有关档位的直流电阻、变比、主变介损、泄露、绝缘电阻等以及6kV过桥母线耐压、绝缘和6kV侧避雷器试验，上述试验项目全部合格。

（4）在1号主变和2号主变的35kV侧上分别投退35kV消弧线圈，结过在投入35kV消弧线圈时，1号主变6kV侧B电压相较高；在切开35kV消弧线圈时，1号主变6kV侧A电压相较高，不平衡情况依然未改变。

电源变压器范文第4篇

1 传统变压器铁心存在的缺点

各种传统变压器虽然用途、电压等级和容量不同，但它们的基本结构是一样的，即都是由铁心和绕组组成。铁心结构分叠片式和卷绕式两类，并且有多种形状。传统变压器铁心各有其优点，但不同类型的铁心也各有其不足之处。例如，如图1所示的EI型铁心，磁路呈矩形，在E型和I型铁心结合处必然会出现气隙，这会使磁阻变大，激励安匝数和损耗增加。这种铁心的磁感应分布不均匀，在a处的磁感应较大；在b处的磁感应较小，不能充分利用铁心材料的饱和磁感应强度。EI型铁心的线圈截面积也为矩形，因此漏感较大，使变压器特性变劣。后来出现的C型铁心采用冷轧硅钢带卷绕而成，磁感应方向和晶粒取向与轧制方向一致。在制造铁心时，先将硅钢带绕成矩形并黏接为一个整体，再切割成两半，两个接合面经过研磨，可以保证装配时的气隙很小，如图2所示。但是，尽管C型铁心气隙很小，由于磁路仍为矩形，内角处（类似图1中的a处角）的磁感应强度仍较大，线圈同样有较大的漏感。环形铁心由钢带卷制成圆形，没有气隙，磁路设计比较合理（见图3）。但是，环形铁心的线圈绕制工艺比较复杂，特别是粗导线的绕制更加困难，有时不得不用多股细绝缘导线并联。

R型电子变压器是R型变压器的一个重要的代表性产品。为使读者对R型电子变压器有更好的理解，这里有必要介绍一下传统电子变压器铁心的制造工艺。目前绝大多数电子变压器多采用叠片式铁心结构，三相铁心材料是厚度约为0.3mm的冷轧取向型硅钢卷料；将其纵向剪切成一定宽度的带料后，再横向切成一定长度的条料（其中用作铁轭的条料还须冲裁缺口），然后拼叠出三相铁心。这种传统结构的铁心横截面不易夹紧，占空系数约为0.9，在每相磁路中有多个气隙，铁心加工和组装后一般不退火，导致空载损耗和运行噪声均较大。为了提高铁心的性能，需要采用分级卷绕不切割阶梯形截面卷绕铁心，并进行退火处理。采用这种卷绕铁心的电力变压器的空载损耗和噪声等指标比采用叠片式铁心的变压器有一定提高，但其截面占空系数也只有0.9左右，并且不仅浪费大量铜材，负载损耗也增大。欲提高占空系数，必须增加阶梯的数目，这势必增加生产加工的难度。一般情况下，铁心级数为5阶左右（最多达7阶）。

2 R型变压器的结构与加工工艺

R型变压器铁心的制造方法和加工工艺与传统变压器铁心有很大的区别。R型变压器属于卷绕式铁心变压器，其铁心制备使用曲线型硅钢带开料机进行加工开料。开料机是关键性设备，它由计算机控制。根据R型变压器的设计要求，在开料机控制计算机程序中设置加工参数后，进行自动程序控制，裁剪出符合设计要求的带料。

R型铁心硅钢带的开料原理可把R型铁心理解为由一层接一层的不同宽度的硅钢带卷绕而成。开料机工作流程和R型铁心硅钢带展开图如图4所示。

由计算机模拟出的一根两头窄中间宽的曲线形硅钢带如图5所示。图6所示为单相R型铁心外形及其圆形横截面。

图7所示为三相R型电力变压器铁心及产品外观。

R型铁心卷绕机可以采用阶梯形铁心卷绕机，但必须在卷绕机之前附加一套曲线形硅钢带中心导向装置。图8所示为R型铁心卷绕示意。目前有些R型铁心卷绕机是在C型铁心卷绕机基础上开发的。

R型变压器绕线机采用阶梯型铁心变压器的绕线机，同样是以三点定位原理将线包的纸筒安装在R型铁心柱上，如图9所示。当主动轮带动纸筒以铁心柱为轴旋转时，铜线就随纸筒绕制在线包上。

3 R型变压器的优势

R型变压器的卷绕式铁心磁路封闭，与横截面一样近似圆形，线圈截面也为圆形，磁场分布均匀，能减小磁阻，截面的占空系数达到0.99。R型铁心漏磁一般只有EI型铁心的10%。在相同横截面积时，R型铁心比阶梯形铁心的周长减小4%~6%，可节省铜材3%~4%。在重量方面，R型铁心比相同截面积的叠片式心轻5%~7%，空载损耗和噪声都得到降低。如果R型铁心采用铁损仅为硅钢片25%的非晶软磁合金时，性能还会进一步提高。

上海某公司于1998年开发的R型S11-M-630/10变压器与国家标准系列的叠片式S9-630/10变压器技术性能比较见表1。

R型(S11)电子变压器在短路阻抗电压、负载损耗等指标与叠片型(S9)系列变压器相同的情况下，空载损耗可降低30%以上，空载激励电流降低70%，噪声降低8dB以上，并且谐波明显减小。

变压器运行一年的电费可按下式计算

Cy=8600×[P0+(0.05I0%SN)/100]

+2200×[PK+(0.05UK%SN)/100]×0.6

式中：Cy――变压器运行一年耗电费用，元；

P0――空载损耗，kW；

PK――负载损耗，kW；

SN――额定容量，kVA；

I0%――空载电流百分数；

UK%――短路阻抗百分数；

8600、2200――变压器全年空载、等效满载小时数(负载系数相当于0.25)，h；

0.6――电价，元/kWh。

对不同容量的R型变压器进行测算，每年节省的电费如图10所示。一台630kVA的R型电力变压器，与同等功率的叠片型S9系列变压器相比，每年可以节约电费1500元。

4 R型变压器的应用

在20世纪80年代末90年代初，进口一台日本产R型铁心硅钢带开料机需要花费50万美元，进口一台电子变压器绕线机也要3万美元。我国一部分科技人员从20世纪90年代初开始，就致力于R型变压器生产设备和R型变压器的开发。经过近十年的吸收、消化，国内变压器界完全掌握了R型变压器材料、铁心和变压器的工艺技术以及相关设备制造技术。国产R型电子变压器已在国家电力系统“两网”改造中获得了应用。

R型变压器与同容量的传统变压器相比尽管价位较高，但在一些重要和要求严格的场合正逐步取代传统变压器。其具体的应用领域有：

(1) 瞬间输出功率大和对体积、温升都有要求的设备，如复印机、打印机、传真机等。

(2) 对外界电磁干扰有严格要求同时又要求薄型化得整机，如电视机设备、通信设备及显示器等。

(3) 要求动态范围大、总谐波失真加噪声(THD+N)低、瞬态响应能力强的高档音响设备。

电源变压器范文第5篇

关键词：配电变压器；架空线；避雷器；谐振；跌落开关

将电压降低到电气设备工作电压的变压器统称为配电变压器。2002年至今，港区烧毁的配电变压器近10台，其中大部分为缺乏管理经验的用户自用设备。本人对配电变压器的烧毁原因进行了深入的调查和分析，总结得出以下关于配电变压器烧毁的原因及其防范方法。

1 配电变压器烧毁的原因[1]：

1.1 过电压

（1）遭受雷击

配电变压器电源有一部分引自10kV（6kV）架空线路，由于港区大部分位于空旷地带，且从专业上讲，10kV（6kV）架空线路并没有专用避雷线。雷雨季线路时常遭受雷击。正常情况下，架空线路变压器或者电缆侧均安装有避雷器进行保护，避雷器在过电压时呈现为低阻导通状态，在额定电压状态呈现为高阻断路状态，能够对变压器起到很好的保护作用 但是，避雷器与接地极连接的引线时有被不法分子偷盗，使避雷器与大地形成开路，造成避雷器失效。当线路遭受雷击时，在变压器绕组上产生高于额定电压几倍甚至几十倍的冲击电压，如果没有避雷器保护，将会造成变压器绕组击穿而烧毁变压器。

（2）系统谐振

在港区电网中，非线性负载增多，造成系统中部分用户电压、电流波形畸变形成谐波，并返回到系统中。由于谐波影响，使lOkV配电系统的某些电气设备参数发生很大变化，电容、电感参数在某次谐波作用下可能出现谐振，产生谐振过电压。在系统出现谐振过电压时，变压器除熔断器熔断外，还将损坏变压器绕组，个别情况下，还会引起变压器的套管发生爆炸，进而造成变压器损坏。

1.2 过负荷

（1）负荷偏相

配电变压器三相负载分配不均衡，将导致三相电流不对称，不对称电流使变压器阻抗压降也不对称，因而低压侧三相电压不平衡，这对变压器和用户的电气设备不利，尤其是三相设备。三相负载不平衡度偏大会使电流小的一相达不到额定值影响变压器的输出功率；电流大的一相过负荷，使变压器绕组绝缘受损、加速老化会致使变压器烧坏。

（2）用电负荷超过变压器额定负载

由于部分临时用户没按系统要求设立专职电力管理人员对供电负荷进行有效管理，对变压器的使用也存在一定的随意性。新增负荷发展快，变压器预留容量不足，又没有增容计划，不断增大跌落保险容量，造成使用的变压器长期处于过负荷状态，导致变压器的加速老化而出现烧毁事故。

（3）变压器低压侧发生接地、相间短路故障

当配电变压器低压侧发生接地、相间短路时，将产生一个高于额定电流20～30倍的短路电流，这么大的电流作用在高压绕组上，线圈内部将产生很大机械应力导致线圈压缩，短路故障解除后应力也随着消失；线圈如果重复受到机械应力的作用后，其绝缘胶珠、胶垫等就会松动脱落；铁心夹板螺丝也会稍微松弛，致使高压线圈畸变或崩裂；另外也会产生高出允许温升几倍的温度，从而导致变压器在极短的时间内烧毁。

1.3 违章操作

（1）操作分接开关前后不进行检测

在配电站出口的线路或线路末端，如果没有有效的无功补偿措施，电压普遍偏低。大部分非专业人士对无载分接开关原理不清楚，又无测量用的专业工（器）具，往往采用将无载分接开关从原来的“3”档调整到“2”档或者“1”档，发现电压比原来更低，又将分接开关从“1”档调整到“4”档或者“5”档位置。这样会由于操作不慎引起分接开关不完全到位，且又没经过试验检测，可能使得分接开关接触不良而烧毁变压器。

（2）维修操作不规范

在紧固或松动变压器的引线螺帽时，用力不均使导电螺杆跟着转动，导致变压器内部高压线圈引线扭断或低压引出的软铜片相碰造成相间短路，从而在送电使用时造成放电或者短路事故，烧毁变压器。

1.4 变压器配置不规范

（1）变压器选型与环境不匹配

按规范要求，潮湿环境不宜选用干式变压器，多尘或有腐蚀性气体场所应选防尘型或防腐型变压器。2007年，港区一用户曾经发生由丝状金属搭接在变压器的二次接线端子，使得变压器二次侧短路，造成变压器烧毁的事例。

（2）跌落保险与变压器，变压器与低压开关容量不匹配

高、低压侧的熔断保护使用不符合规范。配电变压器高、低压侧的熔丝配置不当（主要是配置过大），使用铝线、铜丝代替熔丝，甚至在高压侧没装设熔断器，低压侧没采用带漏电或剩余电流保护的断路器。当配电变压器过载或低压出现故障时，低压出线开关和跌落开关不能及时切断大故障电流，造成变压器绕组过热而烧毁变压器。

1.5 责权不清，维护、保养不到位

（1）缺油

渗油是变压器最为常见的异常现象。由于变压器本体内充满了绝缘、散热用的变压器油。在变压器各连接处都夹有胶珠、胶垫以防止油的渗漏。经长时间运行，会使变压器中的某些胶珠、胶垫老化开裂而引起渗油，从而导致绝缘受潮后性能下降，放电短路。当油量减少后使油与空气的接触面增大，油的氧化使油的酸价升高，腐蚀绝缘材料。

（2）忽视定期检测（预防性试验）、清扫保养

由于港区靠海，空气潮湿，而且在煤炭和矿粉作业区域，空气中有大量的粉尘。大量粉尘在潮湿环境中不断吸附在变压器绝缘子上和配电箱铜排上，如不及时清扫保养，将造成高压放电闪络、低压短路，甚至会烧毁变压器。另外不按照要求定期进行年度试验也会造成一些隐患扩大造成变压器烧毁。

2 配电变压器烧毁的防范方法[2]

（1）加强配电变压器及相关设施的安全防范工作：用电单位和管理单位定期、定时对使用的配电变压器及其相关设备设施进行巡检，确保对其全方位监控，及时修补缺损的避雷器接地引线、接地极，避免避雷器失去保护作用。

（2）用电单位要设立专职电气设备管理人员，根据配电变压器容量合理分配用电负荷，并定期检查三相电流是否平衡，如果电流不平衡度较大，必须及时进行负荷调整。

（3）加强对配电变压器的运行、维护、保养力度：用电单位需要定期检查使用变压器油液面高度，如果超出允许限度及时联系电力主管部门进行充、放油；做好变压器出线侧的保护，避免频繁短路对配电箱和变压器绝缘的损坏；做好配电变压器及动力配电箱的定期清扫、保养工作。

（4）供电管理单位对入网设备的安装和接入要严格按照规范，严把工程质量，做好入网配电变压器的选型，合理选用变压器接线方式和密封方式（推荐使用箱式变）；变压器容量和相应配电箱、跌落保险容量的设计要合理。

（5）维修配电变压器要由专业技术人员使用专用工具、仪器、仪表进行，操作要符合规程，调整档位需要检测调整前后的直流电阻；维修要注意避免损坏变压器的结构和绝缘，大修后投入运行前需要由电力管理部门进行试验，检测合格方可入网运行。

（6）正式用电一律采用箱式变，并纳入电力主管部门的统一调度、操作、运行管理；

（7）电力管理部门要按照电网要求，按照一定的周期强制对用户使用的配电变压器、避雷器、配电箱、接地网进行试验、检测，对于不合标准的变压器、避雷器或者绝缘降低的变压器配电箱要停止运行，并及时下发整改要求或者组织更换。

3 结论

配电变压器烧毁的原因是多方面的，有的是自然所致，客观因素造成，有的是人为因素造成。但是多数原因是我们通过做工作、定措施可以提前解决的。在配电变压器的运行过程中，电力用户自身也要做好对设备的控制和合理使用，配合电力管理部门制定的管理要求。另外，电力主管部门也需加强监督和技术把关。只要我们提高设备管理意识，认真做好日常运行、维护、检修工作，就能避免配电变压器烧毁事故的发生。