电力变压器铁芯柱截面的优化设计电力变压器的设计中专门重要的一个环节确实是铁心柱的截面如何设计。我 国变压器制造业通常采纳全国统一的标准铁心设计图纸。依照多年的生产体会， 各生产厂存在着对已有设计方案的疑问：能否改进及如何改进这些设计，才能在 提高使用成效的同时降低变压器的成本。现在以心式铁心柱为例试图进行优化设计。电力变压器铁心柱截面在圆形的线圈筒里面。为了充分利用线圈内空间又便 于生产治理，心式铁心柱截面常采纳多级阶梯形结构，如图 1所示。截面在圆内 上下轴对称，左右也轴对称。阶梯形的每级差不多上由许多同种宽度的硅钢片迭 起来的。由于制造工艺的要求，硅钢片的宽度一样取为5 的倍数（单位：毫米）。 因为在多级阶梯形和线圈之间需要加入一定的撑条来起到固定的作用，因此一样 要求第一级的厚度最小为 26 毫米，硅钢片的宽度最小为 20 毫米。铁心柱有效截面的面积，等于多级铁心柱的几何截面积（不包括油道）乘以 叠片系数。而叠片系数通常与硅钢片厚度、表面的绝缘漆膜厚度、硅钢片的平坦 度以及压紧程度有关。设计时期望有效截面尽量大，既节约材料又减少能量损耗。 明显铁心柱的级数愈多，其截面愈接近于圆形，在一定的直径下铁心柱有效截面 也愈大。但如此制造也工艺复杂，一样情形下铁心柱的级数可参照表 1 选取。表1铁心柱截面级数的选择铁心柱直径mm级数80-1955-7200-2658-10270-39011400-74012-14760以上15问题一：当铁心柱外接圆直径为 650 毫米时，如何确定铁心柱截面的级数、 各级宽度和厚度，才能使铁心柱的有效截面积最大。问题二：实际生产中线圈的内筒直径和铁心柱的外接圆直径不是精确地相 等，而留有一定的间隙以便于安装和修理，设计的两个直径的取值范畴称为各自 的公差带。因此能够在设计铁心截面时略微增加铁心柱的外接圆的直径以使得铁 心柱有更好的截面形状。请结合铁心柱截面的设计而设计出二者的公差带。问题三：铜导线在电流流过时发热造成的功率损耗简称为铜损；铁心在磁力 线通过时发热造成的功率损耗简称为铁损。为了改善铁心内部的散热，铁心柱直 径为380 毫米以上时须设置冷却油道。简单地说，确实是在某些相邻阶梯形之间 留下 6 毫米厚的水平间隙（如图 2 所示），间隙里充满油，变压器工作时油上下 循环带走铁内心的热量。具体油道数可按表 2 选取。油道的位置应使其分割的相 邻两部分铁心柱截面积近似相等。分别针对问题一和问题二的情形，增加油道要求再给出设计，并指出油道 的位置。表 2 冷却油道数的选择铁心柱直径mm半圆中6mm油道个数380-4100420-5001510-6902700-8403油道图2带油道的铁心柱截面