R型电力变压器的特点及性能

1前言
　　R型变压器是日本20世纪80年代研制成功的一种高技术、高性能、节能型的新颖电子变压器。它的结构独特、外观新颖，具有体积小、漏磁少、温升低、噪声低的特点。它的空载损耗、负载损耗小等优良电性能均胜过同容量的其它电子变压器。R型变压器的出现，当时被称为变压器的一次革命。
　　在20世纪80年代末到90年代初，R型变压器传入我国，很快被我国电子行业重视。但进口一台日本的R型铁芯硅钢带开料机价格高达50万美元。进口一台电子变压器绕线机也要3万美元。上海地区有一部分科技人员从90年代初开始，决心开发国产的R型变压器制造设备，生产中国自己的R型变压器。经过10年的努力，从多次失败中总结经验，继续开发，终于开创出一条开发R型变压器的各种专用设备国产化的道路，取得了成功。
　　在这个过程中，先后有不少人付出了精力和代价。zui早投入研制的是上海仪表变压器厂，首制了一台由凸轮控制的硅钢带开料机，申请了。接着是上海电机厂与东华大学共同开发了一台由计算机控制的硅钢带开料机，同时生产出单相和三相R型铁芯，也申请了。2年后，上海大德电脑公司许大东、张明德等在前人的经验基础上试制成功一台由单板机控制的硅钢带开料机（单根开料）和R型铁芯卷绕机及R型变压器绕线机，并建成R型变压器生产线，生产出我国*批R型变压器。上海上科实验研究所在大德电脑公司之后，相继研制成功能够进行双根硅钢带套裁的电脑控制的硅钢带开料机，提高了材料的利用率，由65％提高到85％，降低了成本，也扩大了市场。到1997年，全国电子变压器行业协会开始制订中国R型电子变压器和R型铁芯的行业标准，现已报送中华人民共和国信息产业部审批，待发布。
　　经过10年的努力，R型电子变压器的国产化取得了成功，意味着我国R型电子变压器的生产制造技术和加工工艺日趋成熟，已经掌握了制造R型变压器的相关技术。
2R型电力变压器的开发
　　1997年，上海宏德变压器有限公司突破常规，在用户需要的基础上，自行投资、设计制造了一套大型的生产电力变压器R型铁芯硅钢带开料机。同时，也开发了相应的R型铁芯卷绕机和R型电力变压器绕线机，组建了一条由国产设备组成的制造R型电力变压器的生产线，开始生产R型电力变压器。从而使R型电子变压器扩展到R型电力变压器，从设计方法到生产工艺等都取得了一定的突破，为今后开发R型电力变压器奠定了基础。
表1S11-M-630/10与S9-630/10的技术性能比较
产品型号
额定容量/kVA
额定电压
联结组
空载损耗/W
负载损耗/W
空载电流/％
阻抗电压/％
重量/kg
轨矩/mm
外形尺寸/mm

高压/kV
高压分接范围/％
低压/kV
器身重
绝缘油量
总重

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（叠片型）
630
6～11
5
0.4
YyDo
1200
6200
0.90
4.5
1345
425
2195
660
1955×1325
×1880

　　1998年，上海宏德变压器有限公司制造的S9－630/10和S11－630/10R型电力变压器，经过“国家变压器质量监督检验中心”测试结果显示，SRB11R型电力变压器的空载损耗比同容量S9型变压器下降30％以上，空载激磁电流下降70％以上，它的噪声也比S9变压器低8dB以上。表1示出两种变压器的技术性能。
　　近2年来，结合国家电力系统“两网”改造的要求，电力变压器行业提出了R型电力变压器的新概念。上海地区有3家单位在过去开发R型电子变压器的基础上进行技术改造，开发了R型电力变压器铁芯硅钢带开料机，以满足国内制造R型电力变压器的需要。R型铁芯卷绕机可以采用阶梯形卷铁芯的卷绕机，但必须在卷绕机之前（工序）附加一套“曲线形硅钢带中心导向装置”。R型电力变压器的绕线机也可采用阶梯形卷铁芯变压器的绕线机。
　　目前市场上供应的制造R型电力变压器的各种专用设备，在设计、加工及工艺等方面，还存在某些不足之处，有待于通过生产实践的检验进行不断地改进，以提高设备的精度和生产效率，达到规模生产的要求。可以预见，在今后的半年至一年左右，新一代的硅钢带开料机以及相关设备将会以新的恣态投放市场。

3R型电力变压器的结构特点
　　为使有户对R型电力变压器有更好的理解，我们可以先从通常的电力变压器铁芯制造工艺作一简单的介绍。目前大多数变压器的生产仍采用叠积式或用铁芯制作电力变压器，铁芯选用的材料是厚度为0.3mm(也有0.35mm)的冷轧取向型硅钢卷料，将其纵向剪切成一定宽度的带料后，再横向切（亦称科剪）成一定长度的条料，其中用作铁轭的条料还须冲裁缺口，然后拼装出3相铁芯。这种传统式结构的铁芯，横截面不易夹紧，占空系数为90％，在每相磁路中气隙个数较多，铁芯加工和组装后不退火，造成空载损耗大，运行时噪声也较大。
　　为了提高铁芯的性能，采用分级卷绕成不切剖的、横截面为阶梯形的铁芯，通称为阶梯型卷铁芯，并进行退火处理。采用这种阶梯形卷铁芯制成的电力变压器，空载损耗、负载损耗及噪声等指标比叠积式铁芯变压器有所提高，但它的横截面占空系数也只有90％左右，不但铜的用量大，负载损耗也增大。如果提高其横截面的占空系数，就要增加阶梯的级数，也就增加了生产加工的难度，这种铁芯的级数一般在5～7之间。
　　R型电力变压器铁芯的制造方法和加工工艺，与上述两种铁芯有很大区别，作为型的R型铁芯，其选用的材料是厚度为0.3mm（或更薄一些）的冷轧有取向的高导磁硅钢带料，R型铁芯是由一根经过正确计算的在一台由计算机控制的曲线形硅钢带开料机上进行加工开料，形成两头窄中间宽的特殊的曲线型硅钢带，将这根特殊的硅钢带通过专用的R型铁芯卷绕机卷绕而成。R型铁芯的外观光滑，呈椭圆形（单相），如图1所示。铁芯柱的横截面为圆形，如图2所示。R型铁芯不必切割，是一个整体，铁芯柱的横截面占空系数达到99％。铁芯磁路中的气隙很少，空载损耗小，负载损耗小，噪声低。相同横截面的R型铁芯的周长比阶梯形铁芯的周长减少4％～6％,绕制变压器时可节约铜线3％～4％。3相R型铁芯。
4R型电力变压器的生产设备与工艺简况
　　制造R型电力变压器的设备有曲线形硅钢带开料机（关键设备），R型铁芯卷绕机，R型变压器绕线机，退火炉，其它专用夹具等。

4.1曲线型硅钢带开料机
　　曲线型硅钢带开料机是关键设备，由计算机控制，依据R型电力变压器的设计要求，在开料机电脑程序中设定加工参数后，进行自动程序控制，裁剪出符合设计要求的R型铁芯硅钢带料。
　　R型铁芯硅钢带的开料原理是把R型铁芯理解为由一层接一层地把不同宽度的硅钢带卷绕而成，理论上的R型铁芯硅钢带展开图如图4所示。
　　图5是由计算机模拟出的一根两头窄中间宽的曲线型硅钢带。图6是R型铁芯（单相）外形图。图7是横截面为圆形的R型铁芯。
　　R型铁芯曲线型硅钢带的开料，目前有3种基本的开料剪切方法：
　　（1）单根双边开料，如图8所示；
　　（2）双根硅钢带套裁单边开料，如图9所示；
　　（3）单根单边开料，如图10所示。
　　单根双边开料是理论上的曲线型硅钢开料要求，用这种方法开料，生产成本高，材料利用率仅为65％左右。
　　用双根硅钢带套裁单边开料，材料利用率达95％左右，可降低生产成本，这是目前实用的开料方法，可达到预计的效果。
　　单根单边开料，是在料带不够双根套裁时，进行单根单边开料，这种开料在一般情况下不采用。
4.2R型铁芯卷绕机
　　R型铁芯卷绕机是在C型铁芯卷绕机的基础上开发的，目前市场上供应的铁芯卷绕机是采用阶梯型卷铁芯的卷绕机。由于R型铁芯是由一根两头窄中间宽（由窄变宽又从宽变窄）的曲线型硅钢带料，这根曲线型带料的中心线是一根曲线。所以在卷绕时，必须在阶梯型卷铁芯的卷绕机之前附加一套曲线型硅钢带定中心导向装置，才能保证硅钢带料的中心线始终通过R型铁芯的卷绕中心平面，才能达到R型铁芯柱的圆整度。这是卷绕R型铁芯质量好坏的关键，也是检验卷绕设备优劣的重要指标之一。如果卷绕成的R型铁芯柱圆整度偏差很大，将会给绕制变压器线包带来困难，甚至使铁芯报废。图11是R型铁芯卷绕示意图。
4.3R型电力变压器绕线机
　　R型电力变压器绕线机是采用目前生产的阶梯型卷铁芯变压器绕线机，同样是以3点定位原理将线包的纸筒安装在R型铁芯的铁芯柱上，如图12所示，当主动轮带动（由齿轮带动）纸筒以铁芯柱为轴旋转时，铜线就随纸筒旋转绕制在线包上。纸筒每旋转一圈，由电子计数器计数一次，达到设定的绕线圈数时，电子计数器自动停止计数，绕线结束。对绕线机的要求是机床必须稳定、可靠，3点定位齿轮必须灵活而准确，铁芯固定在机床上必须平直牢靠，电子计数器必须正确计数。
5小结
　　随着计算机技术的不断发展，出现了R型电子变压器，我们经过10年的努力积累了经验，从对R型电子变压器技术的掌握到进一步开发R型电力变压器技术，这是一个技术的过渡，进入更高一级的R型电力变压器技术领域，还有更多的技术问题有待解决。目前，虽然初步形成了使用国产设备装备起来的R型电力变压器的制造生产线，生产出R型电力变压器，但总的来看，这些设备的生产效率不高，某些机械结构不合理，关键部件的加工精度及工艺未达到技术要求，如某一单位提供的开料设备，现场调试长达60多天还未达到用户要求，少数部件甚至还必须重新加工，可见，这些设备与达到规模生产还有一定的差距。
　　如何使制造R型电力变压器的相关设备进一步提高，达到设计合理、技术先进、性能稳定、工艺合理、加工效率较高，是满足大规模工业生产、降低成本、促使R型电力变压器全面推广应用的前提。为此，当前的重点是应尽快完善R型电力变压器的设备制造，R型电力变压器设计中的标准化，完善R型电力变压器的生产制造工艺，在生产过程中体现出技术上的先进性和可靠性，迅速形成产业化，达到规模生产的能力。