R型電力變壓器的性能與特點

1前言
　　R型變壓器是日本20世紀80年代研制成功的一種高技術、高性能、節能型的新穎電子變壓器。它的結構獨特、外觀新穎，具有體積小、漏磁少、溫升低、噪聲低的特點。它的空載損耗、負載損耗小等優良電性能均勝過同容量的其它電子變壓器。R型變壓器的出現，當時被稱為變壓器的一次**。
　　在20世紀80年代末到90年代初，R型變壓器傳入我國，很快被我國電子行業重視。但進口一臺日本的R型鐵芯硅鋼帶開料機價格高達50萬美元。進口一臺電子變壓器繞線機也要3萬美元。上海地區有一部分科技人員從90年代初開始，決心開發國產的R型變壓器制造設備，生產中國自己的R型變壓器。經過10年的努力，從多次失敗中總結經驗，繼續開發，終于開創出一條開發R型變壓器的各種專用設備國產化的道路，取得了成功。
　　在這個過程中，先后有不少人付出了精力和代價。*早投入研制的是上海儀表變壓器廠，首制了一臺由凸輪控制的硅鋼帶開料機，申請了**。接著是上海電機廠與東華大學共同開發了一臺由計算機控制的硅鋼帶開料機，同時生產出單相和三相R型鐵芯，也申請了**。2年后，上海大德電腦公司許大東、張明德等在前人的經驗基礎上試制成功一臺由單板機控制的硅鋼帶開料機（單根開料）和R型鐵芯卷繞機及R型變壓器繞線機，并建成R型變壓器生產線，生產出我國**批R型變壓器。上海上科實驗研究所在大德電腦公司之后，相繼研制成功能夠進行雙根硅鋼帶套裁的電腦控制的硅鋼帶開料機，提高了材料的利用率，由65％提高到85％，降低了成本，也擴大了市場。到1997年，國內電子變壓器行業協會開始制訂中國R型電子變壓器和R型鐵芯的行業標準，現已報送中華人民共和國信息產業部審批，待發布。
　　經過10年的努力，R型電子變壓器的國產化取得了成功，意味著我國R型電子變壓器的生產制造技術和加工工藝日趨成熟，已經掌握了制造R型變壓器的相關技術。
2R型電力變壓器的開發
　　1997年，上海宏德變壓器有限公司突破常規，在用戶需要的基礎上，自行投資、設計制造了一套大型的生產電力變壓器R型鐵芯硅鋼帶開料機。同時，也開發了相應的R型鐵芯卷繞機和R型電力變壓器繞線機，組建了一條由國產設備組成的制造R型電力變壓器的生產線，開始生產R型電力變壓器。從而使R型電子變壓器擴展到R型電力變壓器，從設計方法到生產工藝等都取得了一定的突破，為今后開發R型電力變壓器奠定了基礎。
表1S11-M-630/10與S9-630/10的技術性能比較
產品型號
 額定容量/kVA
 額定電壓
 聯結組
 空載損耗/W
 負載損耗/W
 空載電流/％
 阻抗電壓/％
 重量/kg
 軌矩/mm
 外形尺寸/mm
 
高壓/kV
 高壓分接范圍/％
 低壓/kV
 器身重
 絕緣油量
 總重
 
S11M630/10(R型)
 630
 6～11
 5
 0.4
 YyDo
 840
 6200
 0.27
 4.5
 1450
 390
 2280
 660
 1580×920
×1500
 
S9630/10（疊片型）
 630
 6～11
 5
 0.4
 YyDo
 1200
 6200
 0.90
 4.5
 1345
 425
 2195
 660
 1955×1325
×1880
 
　　1998年，上海宏德變壓器有限公司制造的S9－630/10和S11－630/10R型電力變壓器，經過“國家變壓器質量監督檢驗中心”測試結果顯示，SRB11R型電力變壓器的空載損耗比同容量S9型變壓器下降30％以上，空載激磁電流下降70％以上，它的噪聲也比S9變壓器低8dB以上。表1示出兩種變壓器的技術性能。
　　近2年來，結合國家電力系統“兩網”改造的要求，電力變壓器行業提出了R型電力變壓器的新概念。上海地區有3家單位在過去開發R型電子變壓器的基礎上進行技術改造，開發了R型電力變壓器鐵芯硅鋼帶開料機，以滿足國內制造R型電力變壓器的需要。R型鐵芯卷繞機可以采用階梯形卷鐵芯的卷繞機，但必須在卷繞機之前（工序）附加一套“曲線形硅鋼帶中心導向裝置”。R型電力變壓器的繞線機也可采用階梯形卷鐵芯變壓器的繞線機。
　　目前市場上供應的制造R型電力變壓器的各種專用設備，在設計、加工及工藝等方面，還存在某些不足之處，有待于通過生產實踐的檢驗進行不斷地改進，以提高設備的精度和生產效率，達到規模生產的要求?？梢灶A見，在今后的半年至一年左右，新一代的硅鋼帶開料機以及相關設備將會以新的恣態投放市場。
 

3R型電力變壓器的結構特點
　　為使有戶對R型電力變壓器有更好的理解，我們可以先從通常的電力變壓器鐵芯制造工藝作一簡單的介紹。目前大多數變壓器的生產仍采用疊積式或用鐵芯制作電力變壓器，鐵芯選用的材料是厚度為0.3mm(也有0.35mm)的冷軋取向型硅鋼卷料，將其縱向剪切成一定寬度的帶料后，再橫向切（亦稱科剪）成一定長度的條料，其中用作鐵軛的條料還須沖裁缺口，然后拼裝出3相鐵芯。這種傳統式結構的鐵芯，橫截面不易夾緊，占空系數為90％，在每相磁路中氣隙個數較多，鐵芯加工和組裝后不退火，造成空載損耗大，運行時噪聲也較大。
　　為了提高鐵芯的性能，采用分級卷繞成不切剖的、橫截面為階梯形的鐵芯，通稱為階梯型卷鐵芯，并進行退火處理。采用這種階梯形卷鐵芯制成的電力變壓器，空載損耗、負載損耗及噪聲等指標比疊積式鐵芯變壓器有所提高，但它的橫截面占空系數也只有90％左右，不但銅的用量大，負載損耗也增大。如果提高其橫截面的占空系數，就要增加階梯的級數，也就增加了生產加工的難度，這種鐵芯的級數一般在5～7之間。
　　R型電力變壓器鐵芯的制造方法和加工工藝，與上述兩種鐵芯有很大區別，作為*新型的R型鐵芯，其選用的材料是厚度為0.3mm（或更薄一些）的冷軋有取向的高導磁硅鋼帶料，R型鐵芯是由一根經過正確計算的在一臺由計算機控制的曲線形硅鋼帶開料機上進行加工開料，形成兩頭窄中間寬的特殊的曲線型硅鋼帶，將這根特殊的硅鋼帶通過專用的R型鐵芯卷繞機卷繞而成。R型鐵芯的外觀光滑，呈橢圓形（單相），如圖1所示。鐵芯柱的橫截面為圓形，如圖2所示。R型鐵芯不必切割，是一個整體，鐵芯柱的橫截面占空系數達到99％。鐵芯磁路中的氣隙很少，空載損耗小，負載損耗小，噪聲低。相同橫截面的R型鐵芯的周長比階梯形鐵芯的周長減少4％～6％,繞制變壓器時可節約銅線3％～4％。3相R型鐵芯。
4R型電力變壓器的生產設備與工藝簡況
　　制造R型電力變壓器的設備有曲線形硅鋼帶開料機（關鍵設備），R型鐵芯卷繞機，R型變壓器繞線機，退火爐，其它專用夾具等。

4.1曲線型硅鋼帶開料機
　　曲線型硅鋼帶開料機是關鍵設備，由計算機控制，依據R型電力變壓器的設計要求，在開料機電腦程序中設定加工參數后，進行自動程序控制，裁剪出符合設計要求的R型鐵芯硅鋼帶料。
　　R型鐵芯硅鋼帶的開料原理是把R型鐵芯理解為由一層接一層地把不同寬度的硅鋼帶卷繞而成，理論上的R型鐵芯硅鋼帶展開圖如圖4所示。
　　圖5是由計算機模擬出的一根兩頭窄中間寬的曲線型硅鋼帶。圖6是R型鐵芯（單相）外形圖。圖7是橫截面為圓形的R型鐵芯。
　　R型鐵芯曲線型硅鋼帶的開料，目前有3種基本的開料剪切方法：
　　（1）單根雙邊開料，如圖8所示；
　　（2）雙根硅鋼帶套裁單邊開料，如圖9所示；
　　（3）單根單邊開料，如圖10所示。
　　單根雙邊開料是理論上的曲線型硅鋼開料要求，用這種方法開料，生產成本高，材料利用率僅為65％左右。
　　用雙根硅鋼帶套裁單邊開料，材料利用率達95％左右，可降低生產成本，這是目前實用的開料方法，可達到預計的效果。
　　單根單邊開料，是在料帶不夠雙根套裁時，進行單根單邊開料，這種開料在一般情況下不采用。
4.2R型鐵芯卷繞機
　　R型鐵芯卷繞機是在C型鐵芯卷繞機的基礎上開發的，目前市場上供應的鐵芯卷繞機是采用階梯型卷鐵芯的卷繞機。由于R型鐵芯是由一根兩頭窄中間寬（由窄變寬又從寬變窄）的曲線型硅鋼帶料，這根曲線型帶料的中心線是一根曲線。所以在卷繞時，必須在階梯型卷鐵芯的卷繞機之前附加一套曲線型硅鋼帶定中心導向裝置，才能保證硅鋼帶料的中心線始終通過R型鐵芯的卷繞中心平面，才能達到R型鐵芯柱的圓整度。這是卷繞R型鐵芯質量好壞的關鍵，也是檢驗卷繞設備優劣的重要指標之一。如果卷繞成的R型鐵芯柱圓整度偏差很大，將會給繞制變壓器線包帶來困難，甚至使鐵芯報廢。圖11是R型鐵芯卷繞示意圖。
4.3R型電力變壓器繞線機
　　R型電力變壓器繞線機是采用目前生產的階梯型卷鐵芯變壓器繞線機，同樣是以3點定位原理將線包的紙筒安裝在R型鐵芯的鐵芯柱上，如圖12所示，當主動輪帶動（由齒輪帶動）紙筒以鐵芯柱為軸旋轉時，銅線就隨紙筒旋轉繞制在線包上。紙筒每旋轉一圈，由電子計數器計數一次，達到設定的繞線圈數時，電子計數器自動停止計數，繞線結束。對繞線機的要**機床必須穩定、可靠，3點定位齒輪必須靈活而準確，鐵芯固定在機床上必須平直牢靠，電子計數器必須正確計數。
 
 
5小結
　　隨著計算機技術的不斷發展，出現了R型電子變壓器，我們經過10年的努力積累了經驗，從對R型電子變壓器技術的掌握到進一步開發R型電力變壓器技術，這是一個技術的過渡，進入更高**的R型電力變壓器技術領域，還有更多的技術問題有待解決。目前，雖然初步形成了使用國產設備裝備起來的R型電力變壓器的制造生產線，生產出R型電力變壓器，但總的來看，這些設備的生產效率不高，某些機械結構不合理，關鍵部件的加工精度及工藝未達到技術要求，如某一單位提供的開料設備，現場調試長達60多天還未達到用戶要求，少數部件甚至還必須重新加工，可見，這些設備與達到規模生產還有一定的差距。
　　如何使制造R型電力變壓器的相關設備進一步提高，達到設計合理、技術先進、性能穩定、工藝合理、加工效率較高，是滿足大規模工業生產、降低成本、促使R型電力變壓器**推廣應用的前提。為此，當前的重點是應盡快完善R型電力變壓器的設備制造，R型電力變壓器設計中的標準化，完善R型電力變壓器的生產制造工藝，在生產過程中體現出技術上的先進性和可靠性，迅速形成產業化，達到規模生產的能力。

作者: asklight..com  來源:照明技術網