高压线圈绕制新工艺
——奥士玛软件应用之一

变压器（电抗器）由铁芯和线圈构成，线圈的绕制工艺在很大程度上决定了变压器的品质优和劣。一般400V以下的小容量工频电源变压器，不论是传统的EI型，还是新兴的R型，它们的初级或次级线圈的绕制，均系在相应绝缘骨架槽内排绕一定线径和一定匝数的高强度漆包线。除了初级和次级之间、次级和次级之间要衬垫级间绝缘纸外，同一绕组的层间可以不衬纸，因为高强度漆包线漆皮击穿电压在一千伏或数千伏，足以保证层间绝缘的要求，而传统的CD型变压器线圈的绕制却层层衬纸。这种变压器层与层间为什么衬纸，这倒不是为了解决层间的绝缘问题，因为CD型线圈骨架是传统式的底筒，它没有两端的骨架挡线板，排线要求线圈两端要有一定端空距离，以满足线圈端部与铁芯间的抗电强度。要在没有档板的底筒上绕制一定长度的线圈，为防止线圈两端多层塌线，不得不在线圈层间衬纸，而且导线越粗，衬纸越厚。总之小容量低压线圈的绕制工艺要求并不那么严密，只要漆包线本身绝缘强度好，不管是平排还是乱排，不管层间衬纸还是不衬纸，对变压器的绝缘性能基本上没多大影响。但是，对上千伏，或上万伏，乃至数万伏的线圈，其绕制工艺却不象低压线圈绕制那么容易。原则上讲，干式变压器高压线圈分段绕制，油浸式变压器高压线圈分若干级梯形绕制。线圈层间绝缘强度要高，原则上层层衬纸，且导线间不能互压，要求排线均匀、平实，线圈两端保证足够的端空距离，有关高压线圈的设计问题，本文不再探讨，而着力研究高压线圈的绕制工艺。
以轻便型试验变压器TSB-0.5kVA为例，其主要技术指标为:
功率: 0.5kVA;低电压; 250V; 高电压: 25kV;
仪表绕组变比为100
该变压器线圈的制造参数见图1。

图1 25kV变压器线圈参数
制造时，初级及仪表绕组在里，高压绕组在外。高压线圈的底筒内尺寸为Φ85×147，外径尺寸为Φ85×147，层间绝缘纸采用δ=12μ电容器纸5层，层间绝缘厚度δc=0.06mm，按常规，整个（油浸式）高压绕组分成为四阶梯形排线，各阶排线宽度相对对称，详见表1和图2。


图2 各级排线宽度
由表1和图2可知，油浸式高压线圈呈阶梯形状绕制，目的是增加端部线圈之间的爬电距离和端部线圈与铁轭间的放电间隙，提高线圈的绝缘能力和抗电强度，电压越高，梯形阶数越多。如果线圈电压相同，端空距离相同，梯形阶数越多，端部线圈间相对爬电距离越远，随着电位增高的端部线圈，对铁轭放电间隙相对加长，提高了抗电强度。按常规，每阶线圈达数十层，如果有可能使线圈的所有层与层间都形成阶梯形，那么将会大大提高线圈端部的爬电距离和抗电强度，要实现这种排线工艺，靠人工手动绕制或一般电脑数控绕线机绕制是比较困难的，但要用奥士玛SKR-IVB型计算机控制型绕线机及其衬纸软件，便可轻而易举地实现这种层层收缩梯形绕制工艺。
下面介绍上例采用奥士玛衬纸软件进行层层衬纸、层层收缩梯形绕制编程及其数据输入方法。
1.输入线圈导线直径D—0.130，实际输入的数据不是导线的标称直径Φ0.10，而是导线的实际最大外径Φ0.130，单位为mm。
2.输入线圈两端收缩量SUO—0.26，实际输入的数据不是每层线圈两端收缩量的总和，而是一端的收缩量，单位为mm。需折合成匝数时，如本例每端收缩量为-(0.26/0.13)=-2(t)。
3.输入线圈总匝数N——5555
50，单位为t。
4.输入初始排线宽度L——124.8，单位为mm。由于本例中高压线圈底筒内尺寸为Φ85×147， 层间绝缘纸宽141，那么初始层即第一层相对层间绝缘纸的排线端空距离为(141-124.8)/2=8.1，初始引出线应作为高压输入回路中的接地端。
校核上述编程的可行性，窗口可容性:
层层等量收缩梯形绕法，实质上各层匝数构成一等差递减数列，输入进去的数据L为该数列中的首项，即=L=960(+)，相邻层间收缩量为(-2t)×2=-4t，作为该数列的级差q=-4（t）。假设线圈总层数为n，即数列为n项，那么n项等差数列的总和为

由上式可得方程:-481n+27775=0
解上述一元二次方程，
得解=67.1
=413.9(舍去)
求第67层线圈匝数:由第n项公式，可得:=960+(67-1)×(-4)=696(t)，求第67层排线宽度:=0.13×696=90.48(mm) ，求前67项和，即前67层线圈匝数:

求最末一层匝数：

次级线圈总层数为68层，即68阶。高压线圈厚度为:
δ=(0.13+0.06)×68×1.1
=14.21(mm)
式中1.1为排线占空系数。
次级最大外径尺寸为:
=87+14.2×2≈116(mm)
实际铁芯截面直径为Φd=50，见图3，铁芯最小窗口尺寸×=50×150，铁芯能容线圈最大外径=ΦD+2C=50+2×50=150，高压线圈外径至铁轭之间的距离:

即高压线圈到铁轭之间为17mm变压器油绝缘介质，变压器油的绝缘强度为不小于3500V/mm，高压线圈对铁轭的绝缘强度为不小于3500V/mm×17mm=59500V=59.5kV，完全满足了电压为25kV的高压线圈的绝缘强度和抗电强度要求，铁芯窗口具可容性，高压线圈绕制新工艺可行。所以，只要按照本文中给定的高压线圈底筒尺寸、层间绝缘尺寸、端空尺寸采用奥士玛绕线机衬纸软件，并输以正确的数据程序，便可以实现高压线圈的绕制新工艺——绕制出层层等差梯形线圈，实践证明，采用这种新工艺能获得最理想的电气绝缘性能。

图3 25kV变压器断面图示