变压器绕组形式简述

peterpan1234

变压器绕组是变压器的核心部件之一，不同的绕组形式具有各自的特点和适用场景。以下为你详细介绍常见的变压器绕组形式：
1. 圆筒式绕组
结构特点：
圆筒式绕组由若干层同心圆筒形的线圈组成，每层线圈由一根或几根导线沿圆周方向绕制而成。各层之间通过绝缘材料隔开，形成一个紧凑的圆筒状结构。这种绕组结构简单，制造工艺相对容易，层间绝缘处理方便。
例如，在小型电力变压器或电子变压器中，常采用单层圆筒式绕组，用一根漆包线绕制而成，适用于电压较低、容量较小的场合。而对于电压较高的变压器，可能会采用多层圆筒式绕组，层数根据电压等级和绝缘要求确定。
电气性能特点：
圆筒式绕组的电场分布相对均匀，尤其是在径向方向。这是因为绕组呈同心圆筒状，各层之间的电场线分布较为规则，有利于提高绕组的绝缘性能。在正常运行时，其绕组电抗相对较小，对变压器的电压调整率和短路阻抗等性能指标有积极影响。
然而，在轴向方向上，由于端部电场集中，可能需要采取特殊的绝缘措施，如增加角环等，以改善电场分布，防止局部放电。
适用场景：
常用于中小容量、电压等级相对较低的变压器，如 10kV 及以下的配电变压器。在一些对成本控制较为严格、对电气性能要求相对不那么苛刻的场合，圆筒式绕组因其结构简单、制造方便的优点而得到广泛应用。同时，在一些特殊用途的小型变压器，如电子设备中的电源变压器，也常采用圆筒式绕组。
2. 螺旋式绕组
结构特点：
螺旋式绕组由多根并联导线沿轴向绕制而成，每绕一圈，导线就像螺旋一样上升一层。这种绕组形式的导线并联根数较多，能够满足较大电流的传输需求。绕组的匝数较少，但每匝的导线截面积较大，以降低绕组的电阻损耗。
例如，在大型电力变压器的低压绕组中，由于需要通过较大的电流，常采用螺旋式绕组。根据电流大小和导线规格的不同，并联导线的根数可能从几根到几十根不等。
电气性能特点：
螺旋式绕组具有较大的自感和较小的电阻，这使得它在通过大电流时能够有效地降低电阻损耗，提高变压器的效率。同时，由于绕组的匝数较少，其电抗相对较小，有利于改善变压器的电压调整率。在短路情况下，螺旋式绕组能够承受较大的短路电流，具有较好的机械稳定性。
不过，螺旋式绕组的制造工艺相对复杂，需要精确控制导线的张力和绕制角度，以保证绕组的质量和性能。
适用场景：
主要应用于大容量电力变压器的低压绕组，特别是在需要传输较大电流的场合。例如，在发电厂的升压变压器或变电站的降压变压器中，当低压侧需要输出大电流时，螺旋式绕组能够很好地满足要求。
3. 连续式绕组
结构特点：
连续式绕组由一根或几根导线连续绕制而成，绕组的匝与匝之间紧密相连，没有焊接头。这种绕组结构的机械强度较高，因为匝间的紧密连接使得绕组在受到电磁力作用时能够更好地保持形状。同时，连续式绕组的散热性能较好，由于匝间没有接头，热量能够更均匀地散发。
例如，在高压电力变压器的绕组中，连续式绕组应用广泛。导线通常采用扁导线，绕制过程中通过特殊的工艺保证匝间的紧密贴合和绝缘性能。
电气性能特点：
连续式绕组具有较高的电气强度和良好的冲击电压耐受能力。由于匝间没有焊接头，减少了局部放电的隐患，提高了绕组的绝缘可靠性。在遭受雷电冲击或操作过电压时，连续式绕组能够更好地承受电压的突变，保护变压器的安全运行。
其缺点是绕制过程中对导线的质量和绕制工艺要求较高，如果导线存在缺陷或绕制过程中出现问题，可能会影响整个绕组的性能。
适用场景：
常用于 110kV 及以上电压等级的高压绕组，特别是对绝缘性能和机械强度要求较高的场合。在高压输电系统中，变压器需要承受高电压和各种过电压的冲击，连续式绕组的特点能够很好地满足这些要求，确保电力传输的安全稳定。
4. 纠结式绕组
结构特点：
纠结式绕组是将绕组的匝数进行特殊排列，使相邻匝之间的电位差增大，从而增加绕组的纵向电容。这种绕组结构相对复杂，需要通过特殊的绕制工艺来实现。例如，将相邻的匝进行交叉换位，改变绕组的排列顺序，以达到增加纵向电容的目的。
与普通绕组相比，纠结式绕组的匝间连接方式更为复杂，需要精确控制每匝的位置和连接点，以保证绕组的性能。
电气性能特点：
纠结式绕组的主要优点是具有较高的纵向电容，这使得它在遭受雷电冲击等高频过电压时，能够更有效地改善电压分布。在雷电冲击下，绕组的首端电压会迅速升高，如果纵向电容较小，电压会集中在绕组首端附近，容易导致绝缘击穿。而纠结式绕组通过增加纵向电容，使电压能够更均匀地分布在绕组上，降低了首端的电压梯度，提高了绕组的抗冲击能力。
然而，纠结式绕组的绕制工艺复杂，成本较高，且由于匝间电位差增大，对匝间绝缘的要求也更高。
适用场景：
主要应用于电压等级较高且对雷电冲击耐受能力要求严格的变压器绕组，如 220kV 及以上电压等级的超高压变压器。在这些变压器中，雷电冲击是一个重要的威胁，纠结式绕组能够有效提高变压器的防雷性能，保障电力系统的安全运行。
5. 交错式绕组
结构特点：
交错式绕组的高压绕组和低压绕组是交错排列的。通常，高压绕组和低压绕组被分成若干个线饼，这些线饼沿着铁芯柱交替放置。这种排列方式可以有效地减小绕组之间的漏磁通，降低变压器的漏磁损耗。
例如，在一些特殊用途的变压器，如电炉变压器中，为了满足低漏抗的要求，常采用交错式绕组。通过合理安排高压和低压线饼的交错顺序和数量，可以精确控制变压器的漏抗值。
电气性能特点：
交错式绕组的漏抗较小，能够满足一些对漏抗有特殊要求的场合，如电炉变压器需要较小的漏抗来提供较大的短路电流。同时，由于绕组的交错排列，使得变压器的电磁力分布更加均匀，提高了绕组的机械稳定性。
但是，交错式绕组的绝缘结构相对复杂，需要在高压和低压线饼之间进行良好的绝缘处理，以保证电气安全。
适用场景：
常用于对漏抗要求较低的变压器，如电炉变压器、整流变压器等。在这些变压器中，较小的漏抗能够满足特殊的负载需求，如电炉变压器需要大的短路电流来加热炉料，交错式绕组的特点能够很好地满足这一要求。