变压器的绕组

1.绕组的作用
绕组是变压器的最主要构成部件之一,是变压器的导电部分。变压器的一次绕组通过铁芯将电能转换为磁场能,二次绕组通过铁芯将磁场能还原为电能并输出。

2.常见的绕组结构
总的来说,电力变压器的绕组根据结构形式可分为层式线圈和饼式线圈两大类。线圈的线晅沿其轴向按层依次排列的为层式线圈;线圈的线匝在辐向形成线饼(线段)后,再沿轴向排列的为饼式线圈。层式线圈主要有圆筒式和箔式两种,饼式线圈主要有连续式、纠结式、内屏蔽式、螺旋式等结构。各种线圈在结构、电气和机械性能、绕制工艺灯方面有很大区别。下面列出了几种常见的线圈结构及其特点。

(1)圆筒式线圈。圆筒式线圈是目前配电变压器高、低压绕组的主要结构形式。圆筒式线圈又可分为单圆筒式、双层(四层)圆筒式、多层圆筒式、分段圆筒式等。其共同的结构特点是线圈一般沿着其福向有多层,每层内线匝沿着其轴向呈螺旋状前进。圆筒式线圈层间有油道作为绝缘,垂直布置的层间油道的冷却效果优于水平油道。同时,圆筒式线圈层间紧密接触,层间电容大,在冲击电压下,有良好的冲击分布,因此,多层圆筒式线圈可应用于高电压产品上。但是圆筒式线圈的抗短路能力相对较差,在大容量电力变压器上鲜见应用。

(2)箔式线圈。箔式线圈由铜箔或招箔代替导线绕制而成。将绝缘材料和导电材料一起放在专用的箔式绕线机上连续绕制,每一层为一匝,每层铜或铝箔之间用绝缘材料隔开。绝缘的宽度大于铜箔或铝箔的宽度,两侧所差的尺寸,用与导电箔材厚度相同的绝缘带同时卷入形成端绝缘。箔式线圈的安匝分布均匀,辐向漏磁少,轴向电动力小,机械稳定性较好。其层间绕制紧密,层间电容远大于对地电容,在冲击电压下电压梯度分布均匀。箔式线圈目前主要用于变压器的低压绕组,也有厂家采用分段箔式结构增加匝数将箔式绕组用于高压绕组。

(3)连续式线圈。连续式线圈是最常见的饼式线圈之一。饼式线圈的主要特点是把导线沿着绕组的辐向排列成圆饼状,而后把各个圆饼状的线饼用不同的方式串联起来构成不同型式的绕组,各个线饼之间放置作为饼间绝缘和构成饼间冷却油道的绝缘件。饼式线圈的机械强度要优于圆筒式线圈,因而在大中型电力变压器中被广泛釆用。

连续式线圈是典型的饼式线圈,一般用扁导线绕制,线段数为30-100段,采用特殊的工艺方法(倒饼)连续绕成,饼间没有爆接头,所以称为连续式线圈。连续式结构在大型变压器中应用普遍,既可以用于低压绕组,也可全部或部分用于高压绕组中。

(4)螺旋式线圈。螺旋式线圈就好似一支弹簧,其距数一般为10-150。虽然螺旋式线圈本质上应看作是多根导线叠、并绕的单层圆筒式线圈,但由于其匝间有辖向油道而形成了线饼,所以将其结构归为饼式。一匝为一个线饼的称为单螺旋,一匝为两个线饼的称为双螺旋,一匝为四个线饼的称为四螺旋式线圈。螺旋式线圈匝数少、并绕导线多,一般用于低电压、大电流的变压器低压绕组。

(5)纠结式线圈。从外形看纠结式线圈与连续式线圈基本相同,区别仅在于相邻线饼之间导线连接的方法不同。纠结式线圈的线匝是在相邻数序线姐间插入不相邻数序的线匝。

原连续式线圈段间线匝须借助于纠结换位,交错纠连形成纠结线段,从而形成纠结线圈。纠结式线圈常以两段组成纠结单元,称为双段纠结。双段纠结中按每段距数的奇、偶数的不同,分为双-双、单-单、双-单、单-双纠结。此外,还有四段纠结和部分纠结等。纠结绕组绕制过程中不可避免要焊接导线,对制作工艺水平要求较高。但纠结式线圈的距间电容和饼间电容大于连续式线圈,在冲击电压作用下的电压分布比连续式好得多。因此在大型变压器的高压绕组中经常使用。

(6)内屏蔽式线圈。内屏蔽式线圈也称插入电容连续式绕组。它是通过增大线段的串联电容来达到改善冲击电压分布的目的,其结构特点是将厚度较小的导线作为附加电容(屏蔽)线距,直接饶于连续式线段内部,并将端头包好绝缘悬空,所以电容不参与变压器的正常运行,只在冲击电压下起作用。内屏蔽式线圈在超高压变压器绕组中,采用分区补偿时,由于调节串联电容方便而多被釆用。