多型铁心木是桃金娘科一种开花的常青树，这是夏威夷六个最大的岛屿中特有的物种。树型多变，有高达是20-25米的乔木，也有更小的匍匐灌木丛。在玄武岩的沼泽土壤中生长，开出灿烂夺目的花朵，有一团雄蕊，颜色范围可以从火热的红色到黄色。 2100433B

早在上个世纪四、五十年代，国外率先研制单相卷铁心变压器。前苏联莫斯科变压器厂最先在小容量单向变压器中采用卷铁心结构，美国、日本也研发了小型R型卷铁心变压器运用在游戏机中。我国在20世纪60年代开始研制卷铁心变压器，限于当时材料和技术的原因，生产厂家和产品很少。到了20世纪80年代后期，国内的一些厂家才开始生产卷铁心变压器，作为全国领先的沈变、天威保变等公司在卷铁心变压器的研发投入了较大精力，发展到现在，全国现有卷铁心变压器生产厂200多家，形成一定的生产能力的厂家约占总数的20%。

在我国，卷铁心在变压器运用最广泛的方向是农村配电网中的配电变压器，我国农村人口众多，农村电网投入大，卷铁心结构以其低空载损耗的优势带来节能效益不可估量。卷铁心变压器是由硅钢片卷绕而成，由最开始的单相卷铁心发展到后来的立体三相卷铁心，结构也越来越复杂多样 。

铁心电感基本计算式

铁心电感器线圈中通以交流电流后，所产生的磁通分为两部分： 一部分是通过铁心磁 路(包括在铁心磁路中插入非磁性气隙) 的主磁通，另一部分是通过线圈与铁心柱间空隙 的漏磁通。根据电感的基本定义，我们将主磁通产生的电感称为主电感

铁心电感铁心中无气隙时的电感计算

铁心电感器铁心中无气隙时，其漏电感可忽略不计，电感量按下式计算

N——线圈匝数；

铁心交流磁导率

由此可见，正确地确定铁心的磁导率是电感计算的基础。

交流磁导率

铁心电感铁心中有气隙时的电感计算

铁心电感器中有气隙时，当忽略其漏电感，其电感量按下式计算

当

当

考虑气隙磁通扩散后，气隙导磁面积

此时，在按式(3)计算电感或按式(5)计算有效磁导率时，将

铁心电感大气隙电感计算

当

1. 当忽略漏电感时的电感计算

2. 考虑漏电感影响时的电感计算

当漏电感不能忽略时，必须按以下公式计算漏电感

(1) 壳式或单线圈心式铁心电感器(图4) 漏电感按下式计算

N——电感器线圈匝数；

洛氏系数

线圈漏磁等效面积

(2) 双线圈式铁心电感器(图5) 漏电感按下式计算

式中，

铁心电感器的主电感

铁心电感器的电感L为

铁心和绕组是变压器的核心结构，是变压器的电磁耦合的关键，决定了变压器的基本性能，所以首先确立铁心和绕组的结构就大体确立了整个变压器的框架。

卷铁心自耦变压器AT供自耦变压器原理

AT供自耦变压器是用在牵引供电系统中的一种特殊的单相变压器。自耦变压器与普通电力变压器的区别是一、二次绕组之间除了有磁的耦合外，还有电的直接联系。正因为如此，在传输容量相同的条件下，自耦变压器与普通的电力变压器相比，尺寸更小，效率更高。

AT供单相自耦变压器绕组电路连接关系如图2-1所示，其中AB绕组是串联绕组；CD绕组是为高压侧和低压侧共有的，通常称为公共绕组 。

卷铁心自耦变压器AT供自耦变压器卷铁心

（1）铁心结构及尺寸

1) 铁心结构选择

AT自耦变压器是单相变压器，这种大容量的单相变压器的铁心一般采用单相双框式或者是单相单框式。单相双框式结构铁心、绕组及油道设置如图2-2所示，两个部分的铁心独立绕制；单相单框式结构铁心、绕组及油道设置如图2-3所示。其各自的优势劣势如下：

单相双框式铁心

优势：绝缘垫块、压块结构简单； 运输方便

劣势：拼合难度大；线圈高度高，加上端部绝缘部分，圈制造造成困难；抗短路能力较弱

单相单框式铁心

优势：抗短路能力强；绕组分散，利于散热

劣势：线圈绕制的工作量翻倍；对线引线更复杂

综合考虑两种铁心结构优缺点，尤其是单相单框式结构在抗短路能力上的优势，采用单相单框式铁心结构。

2) 铁心直径

铁心直径选取是否合理，将直接影响变压器的材料消耗、变压器重量、体积、成本、运输及主要性能指标。如果铁心直径选取过大时，变压器的重量将会增加，空载损耗增加，这样运输成本也会增加，变压器的外形也更加矮胖，而导线重和负载损耗会减小。如果变压器铁心直径选取过小，会得到相反的结果。

3）铁心材料

铁心作为变压器的骨架和导磁构件，其性能至关重要，而变压器铁心的性能又主要是由其材料所决定。为使变压器性能达到要求，铁心材料必须满足两点要求：

第一，材料要有较高的磁导率，这样在同样的磁通密度下，传导的磁通量就大，所需的铁心材料就少，变压器铁心的体积和重量也较小，相对而言可节省硅钢片、铜线和绝缘材料，方便运输节省成本；

第二，材料的单位损耗要低，变压器的空载损耗是由铁心的材料所决定的，单位损耗越低，相应的空载损耗就越低，同时损耗产生的温升也降低，对变压器的性能就有显著提升。目前，变压器铁心材料多使用硅钢片，而硅钢片按生产工艺分为冷轧硅钢片和热轧硅钢片，冷轧硅钢片又分为晶粒有取向和晶粒无取向硅钢片，不同硅钢片材料的特点和性能如表2.3所示。

经过上表中的硅钢片的性能比较，虽然工艺相对较复杂，但冷轧硅钢片在损耗方面具有较大优势，采用取向高导磁硅钢片 。

（2）加工工艺

由于卷铁心的结构和叠铁心结构的区别，所以卷铁心的制造过程同叠铁心相比也有本质的不同。叠铁心和卷铁心的基础材料都是硅钢片，叠铁心通过不同大小的硅钢片堆叠而成，卷铁心通过集中宽度不同的硅钢片卷绕而成。按铁心层内有无接缝，卷铁心又分为切断和不切断两种结构。其中切断结构多用于柱截面为矩形或者是椭圆形的铁心，适用于三相五柱式铁心；不切断结构铁心柱截面为正圆形或者R形，多用于单柱式或双柱式铁心。本文中的自耦变压器结构采用单柱式结构，卷铁心采用不切断及无接缝结构，其卷绕过程是连续的，整个铁心的磁化方向与硅钢片的轧制方向也一致，磁路各路磁通分布均匀。理想退火情况下，单相卷铁心的工艺系数可以达到1.02，励磁电流相对于叠铁心可以降低75%左右。

卷铁心的制造过程可分为如下几个部分：

1）纵剪开料

按照设计要求纵剪合适宽度后，在折线开料机上开料。开料机在调试使用当中可能出现料带跑偏、料带卷边、料带毛刺，送收料同步、刀头微动精度等问题。

2）卷绕

将心模板安装在支撑轴上，绕后将开好的料带按照设计图纸逐条卷绕在心模板上。卷绕过程中要解决平面齐整度、料带导向、张力控制、卷绕锁制、心模脱卸等诸多问题。

3）卸料翻转

铁心重量重达好几吨，需要设计工装解决铁心重量从支撑轴转移并翻转问题。

4）退火

退火工艺曲线关乎退火成败，正空度、温升速度、分几个阶段升温、保温温度、保温时间、降温速度、充氮气时刻等多个参数都举足轻重。真空度不够，硅钢片表面将被氧化，升温速度过快硅钢片将产生应变，铁心变形，退火效果大打折扣，升温速度过慢则浪费能源增加费用，保温时间类同。

5）铁心拼装

将两半铁心拼合，中间设置油道，安装铁心拉板及夹件，安装支撑的木件，并用绿绑带捆扎为一体 。

卷铁心自耦变压器AT供自耦变压器绕组结构

变压器绕组结构大体上可以分为两类，层式绕组和饼式绕组。层式绕组又称为圆筒式绕组，其中应用最为广泛的是双层及多层圆筒式绕组，其结构简单，常用于35kV及以下的中小型油浸式变压器，构成整个绕组的材料及零部件有导线、厚纸筒、端绝缘、层绝缘、油道支撑、静电屏。虽然其制作简单，工艺性好，但端部支撑的稳定性不好，所有层式绕组，尤其是多层式绕组的雷电冲击性能好，在超高压变压器领域有所应用，但它的广泛应用受制于其轴向支撑的稳定性较差。饼式绕组包括连续式、纠结式、内屏蔽式、螺旋式以及更加复杂的交错式绕组，饼式绕组机械强度高，散热性好，在目前得到广泛的使用，其中的纠结式绕组和内屏蔽式绕组，可以增加绕组的纵向电容，改善绕组冲击电压的分布，冲击特性较好，适用于高电压等级的变压器。综合分析两种绕组结构，采用饼式绕组结构。

短路阻抗是变压器设计计算中的一个十分重要的参数，它的大小涉及到变压器的成本、效率、电压变化率、机械强度、短路电流大小等。对于大型变压器，短路阻抗的电阻分量所占的比重很小，所以短路阻抗的大小就由其电抗分量所决定。短路电抗主要由变压器的绕组布置方式、绕组连接方式所决定，而不同的绕组布置方式又决定了变压器的漏磁大小及分布规律，所以可以说短路电抗是由变压器的漏磁场大小及分布规律所决定的 。