多根導(dǎo)線并繞的連續(xù)式繞組換位方式分析

覃金南 周文洲

(廣東廣特電氣有限公司，廣東 佛山528225)

連續(xù)式繞組是變壓器常用的一種繞組形式之一,相對(duì)于螺旋式繞組,連續(xù)式繞組的環(huán)流問題并不十分顯著,但隨著變壓器容量的增大和繞組電流的增加,為了降低變壓器繞組的渦流損耗，連續(xù)式繞組的并聯(lián)導(dǎo)線根數(shù)可能達(dá)到8根，在某些特殊的變壓器中甚至達(dá)到了12根之多。對(duì)于連續(xù)式繞組傳統(tǒng)的經(jīng)典換位方式，當(dāng)并繞根數(shù)大于3根，其換位是不完全的，勢(shì)必產(chǎn)生環(huán)流和環(huán)流損耗，隨著繞組電流的增大，其環(huán)流問題漸漸凸顯出來(lái),因此,對(duì)連續(xù)式繞組環(huán)流損耗的計(jì)算分析，改善多根導(dǎo)線并聯(lián)的連續(xù)式繞組的繞制方法來(lái)抑制環(huán)流和環(huán)流損耗，對(duì)了提高變壓器產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，有著重要的意義。

常見的連續(xù)式繞組的換位方式主要有傳統(tǒng)換位（圖1），潘戈換位（圖2），我廠生產(chǎn)過程中還采用了改進(jìn)型換位方式（圖3），下面以8根導(dǎo)線并聯(lián)的連續(xù)式繞組為例，分析一下這3中換位方式的優(yōu)劣性。

圖1 傳統(tǒng)換位

圖2 潘戈換位

圖3 改進(jìn)換位

假設(shè)繞組內(nèi)徑為r,每根導(dǎo)線厚為a,第一根導(dǎo)線處縱向漏磁場(chǎng)強(qiáng)度為B1，導(dǎo)線由繞組內(nèi)徑向外依次的編號(hào)為(1,2,3,4,5，……，16),假設(shè)縱向漏磁場(chǎng)強(qiáng)度沿繞組軸向均勻分布且沿繞組幅向線性分布,則第n根導(dǎo)線處的漏磁場(chǎng)強(qiáng)度為nB1(如圖4所示),由法拉利定理可得在一定的電流下導(dǎo)線在第n位置產(chǎn)生的漏感電勢(shì)為E=K1x2π（r+na-0.5）xnB1=kn(r+na-0.5a)B1 （k為與電流有關(guān)的常數(shù)）?！?1)

圖4 繞組縱向漏磁場(chǎng)

由圖1和上式可得,第一根導(dǎo)線在8個(gè)線餅中產(chǎn)生的漏感電勢(shì)為E1=kx[8(r+7.5a)+16(r+15.5a)+(r+0.5a)+9(r+8.5a)+8(r+7.5a)+16(r+15.5a)+(r+0.5a)+9(r+8.5a)+8(r+7.5a)+16(r+15.5a)+(r+0.5a)+9(r+8.5a)+8(r+7.5a)+16(r+15.5a)+(r+0.5a)+9(r+8.5a)]XB1=kB1(136r+1540a)同理可得第二根導(dǎo)線產(chǎn)生的漏感電勢(shì)為 E2=kB1(136r+1444a)，依次可得E3=kB1(136r+1380a)，E4=kB1(136r+1348a),E5=E4,E6=E3,E7=E2.E8=E1,由上可得第1根導(dǎo)線與第8跟導(dǎo)線，第2根導(dǎo)線與第7跟導(dǎo)線，第3根導(dǎo)線與第6跟導(dǎo)線，第4根導(dǎo)線與第5跟導(dǎo)線之間無(wú)環(huán)流，但是每根導(dǎo)線與其余6根導(dǎo)線之間均存在環(huán)流，最大的電勢(shì)差為E1-E4=kB1x192a?！?2)對(duì)于多根導(dǎo)線并繞的連續(xù)式繞組，如果采用相鄰餅間都進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)換位，其效果與螺旋繞組中部進(jìn)行一次換位效果相同，按文獻(xiàn)1給出的環(huán)流損耗計(jì)算公式為Kh=1.89（m4-5m2+4）×(fnaS/Hk)2×10-8%(Kh-環(huán)流損耗占直流電阻損耗的百分?jǐn)?shù)，m-并聯(lián)導(dǎo)線根數(shù)，f-頻率 ，Hz，n-線餅數(shù),a-導(dǎo)線厚度,mm S-每根導(dǎo)線有效截面積，mm2,Hk-繞組電抗高度，mm)……公式（3）

同理分析可得圖2潘戈換位中，每根導(dǎo)線產(chǎn)生的漏感電勢(shì)為E1=E2=E3=E4=E5=E6=E7=E8=kB1(136r+1428a)。這種換位方式換位最完全，環(huán)流最少，從理論上說各跟導(dǎo)線之間沒有電勢(shì)差，環(huán)流為0（由于漏磁場(chǎng)在繞組端部發(fā)生了突變，非均勻場(chǎng)，實(shí)際環(huán)流不是0）。從減少環(huán)流的角度而言，這是一種最理想的換位方式。但是實(shí)踐中，這種換位方式每根導(dǎo)線和其余7根導(dǎo)線一起換位，操作困難且效率低下，換位處導(dǎo)線爬坡相當(dāng)嚴(yán)重，剪刀差很大，線餅緊實(shí)度差，存在著安全隱患。從安全和效率的角度看，當(dāng)并繞根數(shù)超過4根時(shí)，少采用這種方式為宜。

圖3的這種換位方式，每2根導(dǎo)線為一組進(jìn)行換位，然后在繞組中間進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)換位。同理可以分析每根導(dǎo)線產(chǎn)生的漏感電勢(shì)為E1=E2=E7=E8=kB1(136r+1492a);E3=E4=E5=E6=kB1(136r+1364a);最大電勢(shì)差為E1-E3=kB1×128a顯然第1,2,7,8根導(dǎo)線之間沒有環(huán)流，第3,4,5,6，根導(dǎo)線之間也沒有環(huán)流，與圖1的換位方式相比，不但存在環(huán)流的導(dǎo)線根數(shù)減少，而且最大電勢(shì)差也少很多，因此環(huán)流損耗大大減少。而與圖2的換位方式，換位處導(dǎo)線爬坡較小，不存在剪刀差，操作簡(jiǎn)單，因而安全性和效率較高。在實(shí)際生產(chǎn)中，在這種換位方式下，我們常常在繞組的1/4,1/2,3/4處進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)換位，此時(shí)連續(xù)式繞組等效于采用424方式換位螺旋式繞組，按照文獻(xiàn)1的螺旋繞組環(huán)流計(jì)算，其環(huán)流損耗計(jì)算公式為Kh=0.7(m4-80m2+1024)×(fnaS/Hk)2×10-10%(Kh-環(huán)流損耗占直流電阻損耗的百分?jǐn)?shù)，m-并聯(lián)導(dǎo)線根數(shù)，f-頻率，Hz，n-線餅數(shù),a-導(dǎo)線厚度,mm，S-每根導(dǎo)線有效截面積，mm2,Hk-繞組電抗高度，mm)……公式（4）以10根導(dǎo)線并繞為例，在其余參數(shù)不變的基礎(chǔ)上，采用圖3的換位方式計(jì)算出來(lái)的環(huán)流損耗值僅為采用圖1換位方式計(jì)算出來(lái)的環(huán)流損耗值的0.12%。

結(jié)束語(yǔ)：

當(dāng)采用多根導(dǎo)線并繞的連續(xù)式繞組時(shí),僅采用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)位方法,會(huì)在繞組中產(chǎn)生較大的環(huán)流損耗。如果設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量采用偶數(shù)根數(shù)并繞,采用圖2的改進(jìn)環(huán)位方式,并且在繞組的1/4,1/2,3/4處進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)環(huán)位,不僅能極大的減少環(huán)流損耗,而且安全可靠,容易操作。

［1］劉傳彝，編.電力變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算方法與實(shí)踐[M].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.

［2］劉玉仙，郭愛華，李文平.變壓器線圈各種換位方法及環(huán)流損耗的研究[J].變壓器雜志.