[科普中国]-立体卷铁心变压器

立体卷铁心变压器是一种节能型电力变压器，它创造性地改革了传统电力变压器的叠片式磁路结构和三相布局，使产品性能更为优化。

简介三维立体卷铁心变压器、立体组合式卷铁心变压器、立体组合式三相卷铁心变压器、三角形立体卷铁心变压器、立体三角形卷铁心变压器等说法均是指立体卷铁心变压器，其型号中出现字母RL，如S13-MRL-100/10、SCB11-RL-1000/10，其中，R表示卷铁心，L表示立体结构。1

立体卷铁心变压器是一种节能型电力变压器，它创造性地改革了传统电力变压器的叠片式磁路结构和三相布局，使产品性能更为优化，如三相磁路完全对称、节电效果显著、噪音大大降低、散热及过载能力更强、结构紧凑体积小等。

历史与现状卷铁心分为平面卷铁心与立体卷铁心，两者存在很大的不同。

我国在20世纪60年代开始研制立体结构的变压器，如渐开线式铁心、立体叠铁心等，限于材料和技术的原因，到了20世纪90年代末，国内的一些厂家才研发出合理的立体卷铁心变压器。2003年以后，卷铁心变压器才逐步得到用户的认可，得到一些应用。1

全国现有形成一定的生产能力的立体卷铁心变压器生产厂家不多，限于技术原因，立体卷铁心变压器的生产主要集中在10kV315kVA以下油浸式配电变压器，主要应用于农网改造项目。

国内率先批量生产干式立体卷铁心变压器的是江西丰电三维电气有限公司（现名为江西大族电源科技有限公司），从2003年开始批量生产干立体卷铁心变压器。1

型号种类配电变压器一般分为2大类，立体卷铁心配电变压器也可以同样划分：

1、干式立体卷铁心变压器，包括：

非包封式（纸绝缘）干式变压器，例：SGB11-RL-1000/10。

包封式（树脂绝缘）干式变压器，例：SCB11-RL-1000/10。

2、油浸式立体卷铁心变压器，例：S13-M.RL-100/10。此外，部分厂家也开发了一些以立体卷铁心为核心的特种变压器，如整流变、隔离变、励磁变、分裂变等。2

结构与特点1、磁路优化

（1）三维立体卷铁心层间没有接缝，磁路各处分布均匀，没有明显的高阻区，没有接缝处磁通密度的畸变现象。

（2）磁通方向与硅钢片晶体取向完全一致。

（3）三相磁路长度完全相等，三相磁路长度之和最短。

（4）三相磁路完全对称，三相空载电流完全平衡。

2、损耗低，节电效果显著

（1）三维立体卷铁心的磁化方向完全与硅钢片的轧制方向一致，且铁心层间没有搭头接槰，磁路各处的磁通分布均匀，没有明显的高阻区、没有接缝处磁通密度的畸变现象。在材质相同的前提下，卷绕式铁心与叠片式铁心相比，其铁损工艺系数从1.3-1.5之间下降到1.05左右，仅此一项可使铁心损耗降低10-20%。

（2）由于特殊的三维立体结构，使铁心的铁轭部分用材量比传统叠片铁心减少25%，且减少的角重量占铁心总重约6%。

（3）对硅钢片的剪切处理会使其导磁性能恶化，三维立体卷铁心经高温（800℃）真空充氮退火处理，不仅消除了铁心的机械应力，而且细化了硅钢片的磁畴，提高了硅钢片二次再结晶能力，使硅钢片的性能大大优于其出厂时的性能。

（4）经检测认定，三维立体变压器的空载损耗较国标降低25-35%，空载电流最高可降低92%。

3、噪音低

变压器本体振动产生噪音的根源在于：

1） 硅钢片的磁致伸缩引起铁心振动，产生噪音。

2）硅钢片接缝处和叠片之间存在着因漏磁而产生的电磁吸引力，引起铁心振动，产生噪音。

3）变压器工作磁密选取过高，接近或达到饱和点，漏磁太大，产生噪音。

由于三维立体卷铁心是将硅钢片条料在专用的铁心卷绕机上不间断、紧密连续卷制而成，没有接缝，不会产生如叠片式匆忙那样因磁路不连续而发出的噪音。同时，三相磁路、磁通完全对称，工作磁密设计合理，因而产品噪音大大降低。

SGB10-RL-2000/10型产品的型式试验声级测定只有47dB，比国标规定的66dB降低了19dB，几乎达到环保静音状态，最适合室内和居民小区使用。

4、过载能力强

（1）产品本身的发热量很低：卷铁心变压器其空载损耗、空载电流都非常小，产品本身发热量就很低；

（2）如图所示，三相线圈呈“品”字形排布，在线圈间形成一条上下贯通的中心天然气道——“抽风烟筒”，由于上下铁轭温差30-40℃，产生强烈的空气对流，冷空气从下面往中心通道补充，热量从上铁轭内斜面辐射出去，自然循环中迅速带走变压器产生的热量。

5、结构紧凑，占地小

特殊的三维立体铁心使产品结构紧凑、布局合理，器身平面占用面积比传统产品减少10-15%，器身高度降低10-20%，若安装在箱式变电站中可缩小箱变体积近1/4。1

与椭圆截面叠铁心变压器比较立体卷铁心特征立体卷铁心变压器的关键部件是立体卷铁心，它是由三只尺寸完全相同的单框铁心拼合而成。每个单框铁心的心柱、铁轭截面相等，接近半圆形，拼合后铁心的三只心柱呈等边三角形立体排列，铁心心柱的横截面接近圆形，三只铁心磁路长度一致，且铁轭长度均最短，所以铁心质量轻，空载损耗小。

椭圆截面叠铁心特征椭圆截面叠铁心变压器的关键部件是椭圆截面叠铁心。出于工艺和结构的考虑，通常铁心截面，中间部位呈矩形，两侧分别有一个以矩形的片宽为直径的半圆组成。中心距M0的大小由最大片宽、绕组辐向尺寸、套装间隙及绝缘距离等因素决定，铁心角重由片宽、截面形状及大小决定。通过改变椭圆截面铁心片宽、叠厚和截面形状，可以降低中心距和角重，进而减轻铁心质量，降低变压器的空载损耗损耗相当的情况下，立体卷铁心变压器比椭圆截面叠铁心变压器主要材料成本略低，其他性能、生产工艺等各有优缺点。

制造企业可对相应的缺点进行优化改进，例如：椭圆截面叠铁心变压器承受短路能力差，可通过低压设计成箔式绕组、高低压绕组整型固化、薄弱处结构加强等方法提高承受短路能力。制造企业和用户可根据自己的具体情况生产或采购不同的产品，如用户对噪声的要求非常高，可考虑采购立体卷铁心变压器。3

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所