杨帆 沈阳工学院信息与控制学院

螺旋式绕组的电磁场分析与计算

杨帆 沈阳工学院信息与控制学院

本文通过简化螺旋式绕组电力变压器的模型，对其电磁场进行分析与计算，得出了影响螺旋式绕组周向磁场分量主要因素。

1 引言

在大型电力变压器的设计中，螺旋式绕组作为一种典型的结构形式普遍应用于低压绕组，通常电磁场工作人员在对该类绕组进行电磁场计算的时候，一般都是将螺旋式绕组简化成一个圆筒的结构，而且在某些情况下这种简化确实可行。但是由于螺旋式绕组存在螺旋角，使得通过绕组的电流分成了两个分量：轴向电流分量Ia和周向电流分量Ic。而且，随着电压等级的提高，低压电流值的逐渐增大，轴向电流分量的影响则越来越不容忽视。

2 建模

由于螺旋式绕组的单层高度比较小，同时大型电力变压器的铁心高度又比较高，因此在对高压绕组建模时只用一个圆筒进行替代；在对低压绕组建模时，必须要考虑轴向电流分量的影响，因此取低压绕组的辐向宽度作为模型中线饼的宽，高度则取每匝绕组的总高度作为模型中绕组的高，同时设置绕组引线；由于螺旋式绕组产生周向分量，为了避免其他两相对磁场的影响，因此本文只建立单相模型，如图2所示，其大致结构尺寸如图3所示。在保证高低压安匝平衡和电抗高度不变的情况下，对低压绕组进行电流加载。

图1螺旋式绕组的轴向电流分量和周向电流分量

图2模型的建立

3 磁场分布

螺旋式绕组的轴向电流分量产生了周向磁场分量，该磁场分量是一个与绕组同心的环形磁场，其方向通常与螺旋升角和总电流的方向有光，而对于饼式绕组来说，该分量几乎为零，如图3所示。

图3 周向磁场分量在低压绕组中的分布

由表1所示，当匝数为16，电流为17．6kA时，其磁密最值为0．105T，当匝数为32，电流为8．8kA时其磁密为0．0027T，因此无法说明是电流对磁密最值的影响大还是匝数对磁密的影响大。

表1 不同匝数和电流下低压绕组周向磁密最值

现今电力变压器普遍采用高压绕组为饼式的绕线形式，而螺旋式绕组的轴向磁场分量又是一个与铁心同圆心的环形磁场，即方向与高压绕组的电流激励方向平行，不会产生电磁力；同时，虽然周向磁场与高压绕组截面垂直，但是饼式绕组多采用绞线电流的结构形式，使得其在绕组截面产生涡流损耗的数值大大降低，因此本文对高压绕组的周向磁场分布不做分析。

4 结论

①螺旋式绕组除了产生轴向磁场和辐向磁场以外，还产生周向磁场，该部分磁场的大小除了受到总电流值的影响以外，主要是由绕组的螺旋升角的大小决定；

②在计算大电流大螺旋升角的螺旋式绕组电磁力时，除了要考虑轴向力和周向力以外，还要考虑由周向磁场引起的辐向力的变化。

[1]路长柏，郭振岩．电力变压器理论与计算[M]．沈阳：辽宁科学技术出版社，2007.

[2]刘传彝．电力变压器设计计算方法与实践[M]．沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.

[3]谢毓城．电力变压器手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

孙昕（通讯作者），沈阳工学院信息与控制学院，副教授，研究方向：电气工程及其自动化。