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R型变压器是日本在20世纪80年代研制成功的一种新型电力电子变压器，并于20世纪90年代初进入中国。R型变压器是在不改变传统变压器铁心材料的前提下，采用全新结构设计制成的一种高性能变压器。R型变压器的出现，在当时被称为是变压器技术的一次革命。
1 传统变压器铁心存在的缺点
各种传统变压器虽然用途、电压等级和容量不同，但它们的基本结构是一样的，即都是由铁心和绕组组成。铁心结构分叠片式和卷绕式两类，并且有多种形状。传统变压器铁心各有其优点，但不同类型的铁心也各有其不足之处。例如，如图1所示的EI型铁心，磁路呈矩形，在E型和I型铁心结合处必然会出现气隙，这会使磁阻变大，激励安匝数和损耗增加。这种铁心的磁感应分布不均匀，在a处的磁感应较大；在b处的磁感应较小，不能充分利用铁心材料的饱和磁感应强度。EI型铁心的线圈截面积也为矩形，因此漏感较大，使变压器特性变劣。后来出现的C型铁心采用冷轧硅钢带卷绕而成，磁感应方向和晶粒取向与轧制方向一致。在制造铁心时，先将硅钢带绕成矩形并黏接为一个整体，再切割成两半，两个接合面经过研磨，可以保证装配时的气隙很小，如图2所示。但是，尽管C型铁心气隙很小，由于磁路仍为矩形，内角处（类似图1中的a处角）的磁感应强度仍较大，线圈同样有较大的漏感。环形铁心由钢带卷制成圆形，没有气隙，磁路设计比较合理（见图3）。但是，环形铁心的线圈绕制工艺比较复杂，特别是粗导线的绕制更加困难，有时不得不用多股细绝缘导线并联。
R型电子变压器是R型变压器的一个重要的代表性产品。为使读者对R型电子变压器有更好的理解，这里有必要介绍一下传统电子变压器铁心的制造工艺。目前绝大多数电子变压器多采用叠片式铁心结构，三相铁心材料是厚度约为0.3mm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），然后拼叠出三相铁心。这种传统结构的铁心横截面不易夹紧，占空系数约为0.9，在每相磁路中有多个气隙，铁心加工和组装后一般不退火，导致空载损耗和运行噪声均较大。为了提高铁心的性能，需要采用分级卷绕不切割阶梯形截面卷绕铁心，并进行退火处理。采用这种卷绕铁心的电力变压器的空载损耗和噪声等指标比采用叠片式铁心的变压器有一定提高，但其截面占空系数也只有0.9左右，并且不仅浪费大量铜材，负载损耗也增大。欲提高占空系数，必须增加阶梯的数目，这势必增加生产加工的难度。一般情况下，铁心级数为5阶左右（最多达7阶）。
2 R型变压器的结构与加工工艺
R型变压器铁心的制造方法和加工工艺与传统变压器铁心有很大的区别。R型变压器属于卷绕式铁心变压器，其铁心制备使用曲线型硅钢带开料机进行加工开料。开料机是关键性设备，它由计算机控制。根据R型变压器的设计要求，在开料机控制计算机程序中设置加工参数后，进行自动程序控制，裁剪出符合设计要求的带料。
R型铁心硅钢带的开料原理可把R型铁心理解为由一层接一层的不同宽度的硅钢带卷绕而成。开料机工作流程和R型铁心硅钢带展开图如图4所示。
由计算机模拟出的一根两头窄中间宽的曲线形硅钢带如图5所示。图6所示为单相R型铁心外形及其圆形横截面。
图7所示为三相R型电力变压器铁心及产品外观。
R型铁心卷绕机可以采用阶梯形铁心卷绕机，但必须在卷绕机之前附加一套曲线形硅钢带中心导向装置。图8所示为R型铁心卷绕示意。目前有些R型铁心卷绕机是在C型铁心卷绕机基础上开发的。
R型变压器绕线机采用阶梯型铁心变压器的绕线机，同样是以三点定位原理将线包的纸筒安装在R型铁心柱上，如图9所示。当主动轮带动纸筒以铁心柱为轴旋转时，铜线就随纸筒绕制在线包上。
3 R型变压器的优势
R型变压器的卷绕式铁心磁路封闭，与横截面一样近似圆形，线圈截面也为圆形，磁场分布均匀，能减小磁阻，截面的占空系数达到0.99。R型铁心漏磁一般只有EI型铁心的10%。在相同横截面积时，R型铁心比阶梯形铁心的周长减小4%~6%，可节省铜材3%~4%。在重量方面，R型铁心比相同截面积的叠片式心轻5%~7%，空载损耗和噪声都得到降低。如果R型铁心采用铁损仅为硅钢片25%的非晶软磁合金时，性能还会进一步提高。
上海某公司于1998年开发的R型S11-M-630/10变压器与国家标准系列的叠片式S9-630/10变压器技术性能比较见表1。
R型(S11)电子变压器在短路阻抗电压、负载损耗等指标与叠片型(S9)系列变压器相同的情况下，空载损耗可降低30%以上，空载激励电流降低70%，噪声降低8dB以上，并且谐波明显减小。
变压器运行一年的电费可按下式计算
Cy=8600×[P0+(0.05I0%SN)/100]
+2200×[PK+(0.05UK%SN)/100]×0.6
式中：Cy——变压器运行一年耗电费用，元；
P0——空载损耗，kW；
PK——负载损耗，kW；
SN——额定容量，kVA；
I0%——空载电流百分数；
UK%——短路阻抗百分数；
8600、2200——变压器全年空载、等效满载小时数(负载系数相当于0.25)，h；
0.6——电价，元/kWh。
对不同容量的R型变压器进行测算，每年节省的电费如图10所示。一台630kVA的R型电力变压器，与同等功率的叠片型S9系列变压器相比，每年可以节约电费1500元。
4 R型变压器的应用
在20世纪80年代末90年代初，进口一台日本产R型铁心硅钢带开料机需要花费50万美元，进口一台电子变压器绕线机也要3万美元。我国一部分科技人员从20世纪90年代初开始，就致力于R型变压器生产设备和R型变压器的开发。经过近十年的吸收、消化，国内变压器界完全掌握了R型变压器材料、铁心和变压器的工艺技术以及相关设备制造技术。国产R型电子变压器已在国家电力系统“两网”改造中获得了应用。
R型变压器与同容量的传统变压器相比尽管价位较高，但在一些重要和要求严格的场合正逐步取代传统变压器。其具体的应用领域有：
(1) 瞬间输出功率大和对体积、温升都有要求的设备，如复印机、打印机、传真机等。
(2) 对外界电磁干扰有严格要求同时又要求薄型化得整机，如电视机设备、通信设备及显示器等。
(3) 要求动态范围大、总谐波失真加噪声(THD+N)低、瞬态响应能力强的高档音响设备。
(4) 对绝缘和电气安全及抗干扰有特殊要求的设备，如心导管等医疗电子仪器及工业应用的信号采集设备等。
(5) 对可靠性要求极高的设备，如遥测、遥控、保安和报警系统等。?笮
1 传统变压器铁心存在的缺点
各种传统变压器虽然用途、电压等级和容量不同，但它们的基本结构是一样的，即都是由铁心和绕组组成。铁心结构分叠片式和卷绕式两类，并且有多种形状。传统变压器铁心各有其优点，但不同类型的铁心也各有其不足之处。例如，如图1所示的EI型铁心，磁路呈矩形，在E型和I型铁心结合处必然会出现气隙，这会使磁阻变大，激励安匝数和损耗增加。这种铁心的磁感应分布不均匀，在a处的磁感应较大；在b处的磁感应较小，不能充分利用铁心材料的饱和磁感应强度。EI型铁心的线圈截面积也为矩形，因此漏感较大，使变压器特性变劣。后来出现的C型铁心采用冷轧硅钢带卷绕而成，磁感应方向和晶粒取向与轧制方向一致。在制造铁心时，先将硅钢带绕成矩形并黏接为一个整体，再切割成两半，两个接合面经过研磨，可以保证装配时的气隙很小，如图2所示。但是，尽管C型铁心气隙很小，由于磁路仍为矩形，内角处（类似图1中的a处角）的磁感应强度仍较大，线圈同样有较大的漏感。环形铁心由钢带卷制成圆形，没有气隙，磁路设计比较合理（见图3）。但是，环形铁心的线圈绕制工艺比较复杂，特别是粗导线的绕制更加困难，有时不得不用多股细绝缘导线并联。
R型电子变压器是R型变压器的一个重要的代表性产品。为使读者对R型电子变压器有更好的理解，这里有必要介绍一下传统电子变压器铁心的制造工艺。目前绝大多数电子变压器多采用叠片式铁心结构，三相铁心材料是厚度约为0.3mm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），然后拼叠出三相铁心。这种传统结构的铁心横截面不易夹紧，占空系数约为0.9，在每相磁路中有多个气隙，铁心加工和组装后一般不退火，导致空载损耗和运行噪声均较大。为了提高铁心的性能，需要采用分级卷绕不切割阶梯形截面卷绕铁心，并进行退火处理。采用这种卷绕铁心的电力变压器的空载损耗和噪声等指标比采用叠片式铁心的变压器有一定提高，但其截面占空系数也只有0.9左右，并且不仅浪费大量铜材，负载损耗也增大。欲提高占空系数，必须增加阶梯的数目，这势必增加生产加工的难度。一般情况下，铁心级数为5阶左右（最多达7阶）。
2 R型变压器的结构与加工工艺
R型变压器铁心的制造方法和加工工艺与传统变压器铁心有很大的区别。R型变压器属于卷绕式铁心变压器，其铁心制备使用曲线型硅钢带开料机进行加工开料。开料机是关键性设备，它由计算机控制。根据R型变压器的设计要求，在开料机控制计算机程序中设置加工参数后，进行自动程序控制，裁剪出符合设计要求的带料。
R型铁心硅钢带的开料原理可把R型铁心理解为由一层接一层的不同宽度的硅钢带卷绕而成。开料机工作流程和R型铁心硅钢带展开图如图4所示。
由计算机模拟出的一根两头窄中间宽的曲线形硅钢带如图5所示。图6所示为单相R型铁心外形及其圆形横截面。
图7所示为三相R型电力变压器铁心及产品外观。
R型铁心卷绕机可以采用阶梯形铁心卷绕机，但必须在卷绕机之前附加一套曲线形硅钢带中心导向装置。图8所示为R型铁心卷绕示意。目前有些R型铁心卷绕机是在C型铁心卷绕机基础上开发的。
R型变压器绕线机采用阶梯型铁心变压器的绕线机，同样是以三点定位原理将线包的纸筒安装在R型铁心柱上，如图9所示。当主动轮带动纸筒以铁心柱为轴旋转时，铜线就随纸筒绕制在线包上。
3 R型变压器的优势
R型变压器的卷绕式铁心磁路封闭，与横截面一样近似圆形，线圈截面也为圆形，磁场分布均匀，能减小磁阻，截面的占空系数达到0.99。R型铁心漏磁一般只有EI型铁心的10%。在相同横截面积时，R型铁心比阶梯形铁心的周长减小4%~6%，可节省铜材3%~4%。在重量方面，R型铁心比相同截面积的叠片式心轻5%~7%，空载损耗和噪声都得到降低。如果R型铁心采用铁损仅为硅钢片25%的非晶软磁合金时，性能还会进一步提高。
上海某公司于1998年开发的R型S11-M-630/10变压器与国家标准系列的叠片式S9-630/10变压器技术性能比较见表1。
R型(S11)电子变压器在短路阻抗电压、负载损耗等指标与叠片型(S9)系列变压器相同的情况下，空载损耗可降低30%以上，空载激励电流降低70%，噪声降低8dB以上，并且谐波明显减小。
变压器运行一年的电费可按下式计算
Cy=8600×[P0+(0.05I0%SN)/100]
+2200×[PK+(0.05UK%SN)/100]×0.6
式中：Cy——变压器运行一年耗电费用，元；
P0——空载损耗，kW；
PK——负载损耗，kW；
SN——额定容量，kVA；
I0%——空载电流百分数；
UK%——短路阻抗百分数；
8600、2200——变压器全年空载、等效满载小时数(负载系数相当于0.25)，h；
0.6——电价，元/kWh。
对不同容量的R型变压器进行测算，每年节省的电费如图10所示。一台630kVA的R型电力变压器，与同等功率的叠片型S9系列变压器相比，每年可以节约电费1500元。
4 R型变压器的应用
在20世纪80年代末90年代初，进口一台日本产R型铁心硅钢带开料机需要花费50万美元，进口一台电子变压器绕线机也要3万美元。我国一部分科技人员从20世纪90年代初开始，就致力于R型变压器生产设备和R型变压器的开发。经过近十年的吸收、消化，国内变压器界完全掌握了R型变压器材料、铁心和变压器的工艺技术以及相关设备制造技术。国产R型电子变压器已在国家电力系统“两网”改造中获得了应用。
R型变压器与同容量的传统变压器相比尽管价位较高，但在一些重要和要求严格的场合正逐步取代传统变压器。其具体的应用领域有：
(1) 瞬间输出功率大和对体积、温升都有要求的设备，如复印机、打印机、传真机等。
(2) 对外界电磁干扰有严格要求同时又要求薄型化得整机，如电视机设备、通信设备及显示器等。
(3) 要求动态范围大、总谐波失真加噪声(THD+N)低、瞬态响应能力强的高档音响设备。
(4) 对绝缘和电气安全及抗干扰有特殊要求的设备，如心导管等医疗电子仪器及工业应用的信号采集设备等。
(5) 对可靠性要求极高的设备，如遥测、遥控、保安和报警系统等。?笮