1引言 R型变压器自90年代开发生产以来，已有十多年的发展历程了，原先仅有R10~R1000共12个规格，近年来又制订颁布了部标准SJ/T11244-2001单相R型变压器用铁心，从R-8到R-1000共22个规格。在实际应用中，单相R型铁心的功率已延伸到30kVA，应用范围不断在扩大。 对于功率在1kVA以下的小功率R型变压器的设计方法，在专业的杂志和手册中已经有了多种介绍，而对于功率大于1kVA的单相R型变压器的设计方法，以及铁心、骨架尺寸等却很少有报导。因此其设计，制作及推广缺少行业交流。现根据上海上科实验研究生产的R-1.5kVA~R~10kVA共八个规格的铁心数据和慈溪空调机厂配套的R型骨架及底座，提出设计方法，以供同行在设计采用R型铁心变压器时参考。 R-1.5kVA~R-10kVA铁心尺寸见图1和表1。 中功率R型变压器的铁心尺寸是由上海上科实验研究所和南翔鸿德等多家R型专业变压器厂确定的，铁心材半采用下列几种牌号的冷轧晶粒取向硅钢带： 27QG110~120 27P110~120 3407~3408-0.27 30QG110~120 30P110~120 3407~3408-0.30 R型线圈骨架由慈溪空调机厂配套，骨架材料由阻燃PBT塑料压制而成。 在此基础上进行R型变压器设计，其设计指导思想是： （1）铁心中磁感应强度B值选定为1.6T，因为R型铁心是一封闭式磁路，为了防止变压器在通电合闸时太大的冲击电流，所以B值不宜取得太高。 （2）绕组中电流密度J的选值， 是由变压器温升决定的，因为绕组内部不能设置通风道，只能由线圈表面散热，所以电流密度J不能取得太高。因此电压调整率却得到致善。 （3）由于R型铁心的尺寸，已由专业工厂定型，也已被用户接受，所在本设计方法也是在表1规定的尺寸上进行。在额定容量的情况下，变压器适宜制作双绕组变压器，即一个初级绕组和一个次级绕组。如果次级有二、三个绕组，那么窗口就显得偏小些。 （4）小型R型变压器都用塑胶线引出，而1KVA以上的R型变压器应该采用接线端子引出，便于用户连接。 （5）R型骨架，R-1kVA以下的骨架是初次级绕组分别绕在内外两组骨架上，而R-1.5kVA以上的骨架，只有内骨架，而无外骨架，初次级绕组两边均分以后，都绕在一个骨架上，所以骨架上的可绕厚度是包含着两个绕组的厚度。R-10kVA没有塑料骨架，是用绝缘层压纸筒，中间“哈夫”剖开后，套在R型铁心上，两端再套上可带动纸筒旋转的齿轮在特制的绕线机上完成绕线工序。 现根据上述原则，编制中等功率R型变压器设计参数表，见表2所示，供读者参考。 2举例设计一台5KVA单相R型变压器 2.1变压器参数 初级电压 U1=380V 50Hz 次级电压 U2=220V 电流I2=22.7A 变压器效率 η≥0.95 耐压：2.5KV 温升 ≤70℃ 结构：立式 2.2电气计算和线包结构 （1）初级功率 （2）初级电流 （3）线包分布 初级绕组采用两边串联； 次级绕组电流较大，每边用双线并绕，然后再将两边并联，线包在铁心两边配置情况见图2。 2.3设计步序： （1）选择铁心 从设计参数表（表2）中选择型号为R-5KVA铁心。 铁心截面积SC=38.4cm2 平均磁路长度lC=68cm2 铁心重量GC=19.6kg （2）初级绕组匝数N1 初级两柱串联，每柱上各绕140匝。 （3）每伏匝数TV （4）次级匝数N2 N2=U2TV×(1+△μ%)=220×0.737×1.02=165匝 （5）初级导线采用QZB高强度漆包扁铜线 采用QZB-2×4 导线截面积S1=7.634mm2 电流密度 （6）次级导线直径d2 次级绕组总电流I2=22.7A，采取两柱并联，则每柱绕组中通过的电流为I2÷2=22.7÷2=11.35A，由此电流，若取单根导线则太粗，难以绕制，所以采用双线并绕，即每柱电流再除以2，则为5.675A。 用QZ-1.90漆包线，dm2=2.018mm，S2=4×2.835 =11.34mm2。 （7）线圈骨架 小功率R型变压器的线圈骨架，初次级绕组分别绕在内骨架和外骨架上，而R-1.5kVA~R-6.3kVA因功率较大，两边铁心柱上各设置一个骨架，没有外骨架，R-5kVA骨架的绕线宽度h=151mm。 （8）绕组排列——见图3所示 （9）初次级绕组每层匝数m 初级 次级 R型线圈绕在圆筒形骨架上，所以计算每层匝数时不必考虑排绕系数。 （10）初次级绕组层数St 初级 次级 (11)初次级绕组厚度A 初级A1=dm1·st1=2.2×4=8.8mm 次级A2=dm2·st2=2.018×5=10.1mm （12）总厚度A A=δ1+A1+δ12+A2+δ2=0.2+8.8+1+10.1+0.5=20.6mm 距离骨架边缘尚有1mm余量。 （13）绕组N1的内径φ1 R-5kVA骨架绕线部分的外径为φ80.1mm，在骨架外径上包以厚度为0.2mm聚酯薄膜等绝缘材料，此时骨架连同绝缘的外径为φ80.5mm，也即为绕组N1的内径φ1。 （14）初次级绕组平均匝长ιo 初级ι01=(φ1+A1)π=(80.5+8.8)π=280mm 次级ι02=(φ1+2A1+2δ12+A2)π =（80.5+2×8.8+2×1+10.1）π=346mm (15)初次级绕组导线总长L 初级L1=N1ι01×10-3=2×140×280×10-3=78.4m 次级L2=N2ι02×10-3=165×346×10-3=57.1m （16）初次级绕组铜重Gm 初级： Gm1=L1S1×8.9×10-3=78.4×7.634×8.9×10-3=5.33kg 次级： Gm2=L2S2×8.9×10-3=57.1×11.34×8.9×10-3=5.77kg （17）初次级绕组铜耗Pm 初级每公斤铜耗Pm1′=2.4J12=2.4×1.822=7.95w/kg 初级Pm1=Pm1′Gm1=7.95×5.33=42.4w 次级每公斤铜耗Pm2′=2.4J22=2.4×22=9.6w/kg 初级Pm2=Pm2′Gm2=9.6×5.77=55.4w （18）初次级绕组直流电阻R 初级 次级 （19）电阻压降Ur 初级Ur1=I1R1=13.9×0.18=2.5V 次级Ur2=I2R2=22.7×0.088=2.0V （20）电压调整率△u% 初级 次级 电压调整率△u%=△u1%+△u2%=0.66+0.9=1.56% （21）铁心损耗PC R-5KVA铁心当B=1.6T时，每公斤铁损PY=1.7w/kg PC=PY·GC=1.7×19.6=33.3w （22）铜铁总损耗PL PL=Pm1+Pm2+PC=42.4+55.4+33.3+131.1W （23）变压器效率 （24）变压器空截电流I0 3中等功率R型变压器的特点 （1）R型变压器与其它种类的变压器比较有很多优点，如体积小、重量轻、漏磁小等，但用铜量较其它变压器多，铜线重量与铁心重量之比约为60%，（一般变压器仅为30~40%），所以成本比较高。 （2）C型变压器或条形搭片铁心变压器，功率在3KVA~10KVA时，在初次级之间常设置气槽，以利通风散热，次级绕组的电流密度可相应提高，但R型变压器的窗口比较窄，绕线时骨架在铁心上转动，因此无法设置气槽，所以整体散热效果较差，变压器温升就高。 （3）R型变压器如果次级是多绕组，或者是低电压大电流，那么窗口利用系数就要降低。 （4）小功率R型变压器都采用塑胶软接线引出，而中等功率的R型变压器要安装接线板，在安装及结构上要合理安排，便于操作。 （5）R型变压器通电瞬间的冲击电流很大，所以接在进线上的保险丝应取变压器额定电流3~4倍的电流值。如要减小变压器的冲击电流，在设计时可降低B值到1.5T以下，或在绕线时再考虑将次级组绕在内层，而将初级绕组绕在外面。