【導(dǎo)讀】伴隨國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,我國能源的使用量也在逐年升高。開采有了更高的要求。變壓器為保證開采進度的順利開展起著重要的作用，因此提高。變壓器的整體質(zhì)量和性能就勢在必行。通過在華鑫變壓器公司的實習(xí)工作，使我對變壓器有了更深入的了解和掌握。等等帶來的影響發(fā)展的因素。技術(shù)革新中，改進生產(chǎn)工藝流程，提高變壓器質(zhì)量，體現(xiàn)變壓器自身價值所在。道工序、每一道工藝技術(shù)都要重視。1．1課題背景²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²3. 5．1鐵芯的制造²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²6. 5．2繞組的繞制²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²12

　　

【正文】 程包括五個步驟：①確定原副邊匝數(shù)比；②確定原副邊匝數(shù)；③確定繞組的導(dǎo)線線徑；④確定繞組的導(dǎo)線股數(shù)；⑤核算窗口面積。 (1)原副邊變比。為了提高高頻變壓器的利用率，減小開關(guān)管的電流，降低輸出整流二極管的反向電壓，減小損耗和降低成本，高頻變壓器的原副邊變比應(yīng)盡量大一些。為了在任意輸入電壓時能夠得到所要求的電壓，變壓器的變比應(yīng)按最 低輸入電壓選擇。 (2)確定原邊和副邊的匝數(shù)。首先選擇磁芯。為了減小鐵損，根據(jù)開關(guān)頻率 ，參考磁芯材料手冊，可確定最高工作磁密 、磁芯的有效導(dǎo)磁截面積 、窗口面積 。則變壓器副邊匝數(shù)為： 。根據(jù)副邊匝數(shù)和變比，可計算原邊匝數(shù)。 (3)確定繞組的導(dǎo)線線徑。在選用導(dǎo)線線徑時，要考慮導(dǎo)線的集膚效應(yīng)。所謂集膚效應(yīng)，是指當(dāng)導(dǎo)線中流過交流電流時，導(dǎo)線橫截面上的電流分布不均勻，中間部分電流密度小，邊緣部分電流密度大，使導(dǎo)線的有效導(dǎo)電面積減小，電阻增加。在工頻條件下，集膚效應(yīng)影響較小，而在高頻時影響較大。導(dǎo)線有效導(dǎo)電面積的減 小一般采用穿透深度來表示。所謂穿透深度，是指電流密度下降到導(dǎo)線表面電流密度的 時的徑向深度。為了有效地利用導(dǎo)線，減小集膚效應(yīng)的影響，一般要求導(dǎo)線的線徑小于兩倍的穿透深度，即 。如果要求繞組的線徑大于由穿透深度所決定的最大線徑時，可采用小線徑的導(dǎo)線多股并繞或采用扁而寬的銅皮來繞制，銅皮的厚度要小于兩倍的穿透深度。 (4)確定繞組的導(dǎo)線股數(shù)。繞組的導(dǎo)線股數(shù)決定于繞組中流過的最大有效值電流和導(dǎo)線線徑。在考慮集膚效應(yīng)確定導(dǎo)線的線徑后，我們來計算繞組中流過的最大有效值電流。確定原邊繞組的導(dǎo)線股數(shù)：變壓器原邊電流 有效值最大值 ，那么原邊繞組的導(dǎo)線股數(shù) 結(jié)合導(dǎo)線的電流密度，一般取 J=3～ 5 , 為每根導(dǎo)線的導(dǎo)電面積等通過計算得出。 (5)核算窗口面積。在計算出變壓器的原副邊匝數(shù)、導(dǎo)線線徑及股數(shù)后，必須核算磁芯的窗口面積 是否能夠繞得下或是否窗口過大。如果窗口面積太小，說明磁芯太小，要選擇 20 大一點的磁芯；如果窗口面積過大，說明磁芯太大，可選擇小一些的磁芯。重新選擇磁芯后，再重新計算，直到所選磁芯基本合適為止。 卷鐵芯的制造中，以 R型卷鐵芯為代表性。以往鐵芯構(gòu)成的閉合磁路中，有空氣隙存在，從而導(dǎo)致磁組和漏磁的增加。而且該結(jié)構(gòu) 的變壓器鐵芯用材多，損耗大，無功消耗大，從而降低了功率因數(shù)，增加了線路的損耗。而卷鐵芯變壓器具有空載電流小、噪音低等優(yōu)點。 R 型卷鐵芯采用較薄的高導(dǎo)磁冷扎硅鋼片制造，充分發(fā)揮薄片渦流損耗低的優(yōu)勢，是空載損耗可以繼續(xù)下降。且工藝難度并不增加。 另外一種常見的變壓器為疊片式變壓器，俗稱疊鐵芯變壓器。現(xiàn)在的疊鐵芯變壓器常采用階梯接縫疊鐵芯工藝，取代了過去傳統(tǒng)的交錯式疊鐵芯工藝。接縫式工藝性能上有了明顯改善，尤其是損耗會降低。該鐵芯有定位孔，能準(zhǔn)確定位，它與以往工藝相比，疊片的質(zhì)量及疊片速度均大為提高。疊制鐵芯時， 每級錯開一個相等的距離。截面內(nèi)的磁力線在穿過垂直方向上的氣隙之前，立即避開氣隙而拐入相鄰的疊片，使磁路暢通平順，空載損耗減小。 疊鐵芯不經(jīng)過退火處理。按圖紙要求疊好鐵芯后，其心柱表面可刷固化漆，一般采用半干性玻璃粘帶綁扎。使片與片間粘合在一起，自然干燥 12個小時。 線包的繞制有多種方式，一般有以下幾種。 層式：是同心式繞組的最簡單形式，工藝性好，便于繞制，只是局部支撐穩(wěn)定性較差。連續(xù)式：能在很大范圍內(nèi)適應(yīng)容量和電壓的要求，機械強度高，散熱性能好，但繞制技術(shù)要求較高，且較費工。螺旋式：繞制簡單，但由于繞組高度限 制，匝數(shù)稍多的繞組不能采用。箔式：與多層層式相似，但每一層為一匝，這種繞組具有空間利用率好，可以自動繞制，生產(chǎn)效率高等特點，也可用銅箔。變壓器繞組有同心式和交疊式兩種形式。 我國生產(chǎn)的電力變壓器，基本上只有一種結(jié)構(gòu)型式，即芯式變壓器，所以繞組都采用同心式結(jié)構(gòu)。所謂同心繞組，就是在鐵芯柱的任一橫斷面上，繞組都是以同一圓筒形線套在鐵芯柱的外面。一般情況下總是將低壓繞組放在里面靠近鐵芯處，將高壓繞組放在外面。高壓繞組與低壓繞組之間，以及低壓繞組與鐵芯柱之間都必須留有一定的絕緣間隙和散熱通道 (油道 )，并用絕緣紙板筒 隔開。絕緣距離的大小，決定于繞組的電壓等級和散熱通道所需要的間隙。當(dāng)?shù)蛪豪@組放在里面靠近鐵芯柱時，因它和鐵芯柱之間所需的絕緣距離比較小，所以繞組的尺寸就可以減小，整個變壓器的外形尺寸也同時減小了。同心式繞組有下列幾種形式：圓筒形繞組它是一個圓筒形螺旋體，其線匝是用扁線彼此緊靠著繞成的，如左圖所示。圓筒形繞組可以繞成單層；也可以繞成雙層。通?？偸潜M量避免用單層 21 圓筒，而是繞成雙層圓筒。因為繞成單層時，導(dǎo)線受到彈性變形的影響，線圈容易松開，使端部線匝彼此靠得不夠緊；而繞成雙層后，松開的傾向就小得多了。當(dāng)電流較大時 ，也采用每一線匝由數(shù)根導(dǎo)線沿軸向并聯(lián)起來繞成，但并聯(lián)導(dǎo)線數(shù)通常不多于4～ 5 根。圓筒形繞組與冷卻介質(zhì)的接觸面積最大，因此冷卻條件較好，但其機械強度較弱，一般適用于小容量的變壓器低壓繞組。螺旋形繞組容量稍大些的變壓器的低壓繞組匝數(shù)很少 (20～ 30 匝以下 )，但電流卻很大，所以要求線匝的橫截面很大，因此要用很多根導(dǎo)線 (6 根或更多 )并聯(lián)起來繞。在圓筒形繞組里是不能用很多根導(dǎo)線并聯(lián)起來繞的，因為這些導(dǎo)線要在同一層里一根靠著一根排列著繞，結(jié)果使線匝的螺距太大，這樣的線圈很不穩(wěn)定，且高度沒有很好地利用，所以在并聯(lián)導(dǎo)線很多時 仍采用圓筒形繞組是不合適的，于是就出現(xiàn)了螺旋形繞組，如圖所示。它是沿徑向一根壓著一根地疊起來繞。各個螺旋不是像圓筒形繞組那樣彼此緊靠著，而是中間留有一個空溝道。螺旋形繞組并聯(lián)導(dǎo)線更多時，可把導(dǎo)線分成兩組，這樣就成了雙層螺旋了。在溫升和絕緣條件允許時，螺旋形繞組可以采用正常寬度的油道和小油道交錯地繞線的結(jié)構(gòu)，小油道的寬度約為正常油道寬度的一半左右 (約為 1． 5～ 2mm)，所以稱為半螺旋，繞組為單螺旋時稱單半螺旋；繞組為雙螺旋時稱雙半螺旋。這種半螺旋繞組的空間利用率比較高，在大、中型變壓器中都廣泛地應(yīng)用著。換位導(dǎo) 線繞成的繞組為了進一步把采用不完全換位的螺旋式繞組的附加損耗降至最低的程度，使用了換位導(dǎo)線。所謂換位導(dǎo)線，就是將多股分散的并繞導(dǎo)線，在繞線圈之前，先按一定的規(guī)律， 360176。連續(xù)地進行換位，最后從外表看，被編織成為單根較粗的，包有絕緣紙的導(dǎo)線。換位導(dǎo)線，大部分被采用在大容量變壓器的中、低壓繞組內(nèi)。應(yīng)用時，把它當(dāng)作一根導(dǎo)線來繞，例如被繞成圓筒形繞組，繞制過程中不需要再進行換位。組成換位導(dǎo)線的扁線的股數(shù)必須為奇數(shù)，換位導(dǎo)線在繞制線圈過程中，導(dǎo)線中間不允許有接頭存在，因此，換位導(dǎo)線的長度必須大于整個線圈所需長度 3～ 5m。換位導(dǎo)線繞成的線圈，其最小的內(nèi)徑受到一定的限制， 即在一個線匝的長度內(nèi)，所有參加換位的導(dǎo)線至少要換位一次。這就限制了線圈的內(nèi)徑不能小于某一數(shù)值。連續(xù)式繞組沒有焊接頭，只能用扁線繞制。導(dǎo)線的匝間排列如圖所示，是經(jīng)過特殊的繞制工藝?yán)@成的，從一個線餅到另一個線餅，其接頭是交替地在線圈的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，但都用繞制線圈的導(dǎo)線自然連接，所以沒有任何焊接頭，這是連續(xù)式繞組的主要優(yōu)點。如果導(dǎo)線截面較大，可用幾根導(dǎo)線并聯(lián)繞，一般不超過 4根，邊繞邊進行換位。然后對線包進行浸漆固化、干燥。再套入疊鐵芯心柱上。套入時從上軛拆下疊片 ，裝入線包后再將拆下的疊片重新插入鐵芯 22 上軛。最后入變壓器殼內(nèi)。 現(xiàn)在國內(nèi)外專家技術(shù)人員一直在攻克如何降低變壓器的損耗和降低噪聲等方面進行研究和分析。并取得了長足的進展。對變壓器生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的各道作業(yè)流程及工藝進行分析研究，改進生產(chǎn)工藝，提高變壓器的利用效率。例如從更新變壓器的鐵心制作，選用性能更優(yōu)良的硅鋼片來制作鐵心；到鐵心的退火技術(shù)工藝不斷革新，研究退火工藝曲線；及線包繞制方法的更新等方面的攻克，用 NOMEX 層間絕緣代替舊的絕緣材料等等使變壓器的發(fā)展有了很大的跨越。 所選用的材料性能也直接影響著變壓器的性能 和質(zhì)量。以繞組中的層間絕緣為例， NOMEX 作為一種高品質(zhì)絕緣材料以其卓越的電氣、機械、物理和化學(xué)特性得到了全球各大權(quán)威機構(gòu)的認(rèn)證。 NOMEX 紙由美國杜邦公司獨家生產(chǎn)經(jīng)營，它作為耐高溫的絕緣材料已廣泛應(yīng)用于宇航、電機、機車、核工業(yè)等領(lǐng)域。其重要性能參數(shù)有：介電常數(shù)與空氣最為接近，使變壓器的電場分布更均勻，比重小、重量輕、使用壽命長。美國海軍和其他機構(gòu)認(rèn)定 NOMEX 絕緣系統(tǒng)在 220 攝氏度的高溫環(huán)境下穩(wěn)定運行可達(dá)25 年之久， 180 攝氏度的高溫環(huán)境下穩(wěn)定運行可達(dá) 40年以上； NOMEX 紙化學(xué)性能穩(wěn)定，能與各種浸漬漆 、樹脂相溶，有很好的抗割穿性能和抗拉強度，滿足生產(chǎn)工藝要求； C 級阻燃性的小分子無溶劑絕緣漆流動性能好，浸漬能力強，經(jīng)過真空壓力浸漆工藝 (VPI)，并多次烘焙固化，能使絕緣漆充分滲透到變壓器繞組的空隙部位，既提高了線圈的機械強度又提高了防潮性能，使產(chǎn)品的局部放電量保持在 2～ 3PC 的超低值。實踐證明，其性能穩(wěn)定、運行可靠。 此外例如還有現(xiàn)在廣泛使用的 變壓器絕緣材料環(huán)氧玻璃纖維骨架和絕緣筒，這中材料的特點是： 耐電壓高 介質(zhì)損耗低 局放量小 機械強度高 不變形無分層 吸水性極小 耐化學(xué)腐 蝕等等，再如使用漆包線、紙包線做原材料，不僅 優(yōu)良的附著性、熱穩(wěn)定性和機械強度好等特性， 大大提高了變壓器的質(zhì)量與性能。 變壓器的發(fā)展在不斷更新?lián)Q代。先進的技術(shù)和設(shè)備也在不斷支持著變壓器事業(yè)的發(fā)展。及時吸取先進的科學(xué)技術(shù)，而且能合理有效地應(yīng)用到實際生產(chǎn)工藝中，推動變壓器事業(yè)的發(fā)展。 23 結(jié)論 通過對變壓器生產(chǎn)作業(yè)流程的現(xiàn)場調(diào)查記錄，并結(jié)合相關(guān)的資料文獻進行綜合分析研究。通過掌握變壓器的設(shè)計原理，進而從變壓器的鐵心制作及 退火浸漆干燥工藝、線包的繞制工藝、器身組裝焊接工藝、干燥固化工藝、進殼完好工藝和各個環(huán)節(jié)中的實驗測試工藝等進行具體分析，并對所用的新材料的性能特點進行調(diào)查研究。對變壓器的整體流程工藝有更深入的認(rèn)識。 隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，一方面在煤炭及其它礦產(chǎn)資源的開采中的作用日趨明顯，另一方面對電力的需求也日趨增長，作為輸變電系統(tǒng)中的主要設(shè)備，也得到了長足的發(fā)展。為適應(yīng)和滿足市場需求，許多制造廠家不斷地改進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品性能，從國內(nèi)外吸收先進的生產(chǎn)技術(shù)和裝備，在新工藝新材料的探索方面做了不懈的努力。 24 變壓器的發(fā) 展在不斷更新?lián)Q代。先進的技術(shù)和設(shè)備也在不斷支持著變壓器事業(yè)的發(fā)展。及時吸取先進的科學(xué)技術(shù)，而且能合理有效地應(yīng)用到實際生產(chǎn)工藝中，推動變壓器事業(yè)的發(fā)展。 參考文獻 [1]李祥遠(yuǎn) ,淺談卷鐵心變壓器優(yōu)化設(shè)計 ,變壓器， ； [2]盧國輝等， R型鐵心的廢品分析及返修，變壓器， 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衷心感謝敬愛的張老師和周老師，他們是我們的班主任。是他們在生活上給予我們無私的幫助和支持，在實習(xí)工作上給我們創(chuàng)造了最好的環(huán)境，給予我們最充分的信任，每次聆聽老師的教誨，得到的都是不斷向前的動力和豁然開朗的心境。老師們在我身上傾注了大量的心血，給我創(chuàng)造幫助我成長的學(xué)習(xí) 和生活環(huán)境，師恩似海，情同再造，在此表達(dá)我崇高的敬意，并保證在未來工作生活中不辜負(fù)老師對我們成材的殷切期望。