第八章主变压器及平波电抗器 主变压器(又称为牵引变压器),是交直流传动电力机车中的重要电器设备, 用来将接触网上取得的单相工频交流25KV高压电降为机车各电路所需的电压。 主变压器的工作原理与普通单相降压电力变压器基本相同,但由于其工作条件特 殊,特别是为了满足机车调压、整流电路的特殊要求,故在主变压器的设计及结 构型式上均有自身的特点。 平波电抗器是串接在电力机车主电路中的电感装置,用来减小整流电路中的 电流脉动系数,以改善脉流牵引电动机的换向条件。 本章在讨论主变压器基本结构的基础上,结合国产SS系列电力机车实际, 介绍典型主变压器的主要技术数据和结构特点,扼要说明平波电抗器的结构特 点 第一节概述 主变压器的特点 主变压器与电力机车其他部件相比较,其特点大致可归纳为 (1)绕组多 为满足机车调压及辅助设备用电的需要,主变压器除同侧高压绕组外,二次 侧低压绕组有:牵引绕组、辅助绕组、励磁绕组及采暖绕组等多个绕组,有的绕 组还有多个抽头。为保证各绕组之间耦合程度适当,有些绕组还需交叉布置,这 就给绕组的绕制和装配带来一定的难度 (2)电压波动范围大 我国干线电气化铁道接触网的额定电压为(256)KV,即允许电网电压在 19-29KV范围内波动,这就要求主变压器的铁心和绕组绝缘结构设计应留有足够 的裕量,磁路的磁通密度不能过高,以满足高网压下正常工作的要求。 (3)负载变化大 随着机车运行条件的变化,主变压器的负载变化范围很大,这就要求主变压 器应能承受较大的负载变化,并具有一定的过载能力,以保证机车可靠运行。 (4)耐振动 机车运行中产生的冲击和振动将不可避免地传给主变压器,这就要求主变压
第八章 主变压器及平波电抗器 主变压器（又称为牵引变压器），是交-直流传动电力机车中的重要电器设备， 用来将接触网上取得的单相工频交流 25KV 高压电降为机车各电路所需的电压。 主变压器的工作原理与普通单相降压电力变压器基本相同，但由于其工作条件特 殊，特别是为了满足机车调压、整流电路的特殊要求，故在主变压器的设计及结 构型式上均有自身的特点。 平波电抗器是串接在电力机车主电路中的电感装置，用来减小整流电路中的 电流脉动系数，以改善脉流牵引电动机的换向条件。 本章在讨论主变压器基本结构的基础上，结合国产 SS 系列电力机车实际， 介绍典型主变压器的主要技术数据和结构特点，扼要说明平波电抗器的结构特 点。 第一节 概 述 一、主变压器的特点 主变压器与电力机车其他部件相比较，其特点大致可归纳为： （1）绕组多 为满足机车调压及辅助设备用电的需要，主变压器除同侧高压绕组外，二次 侧低压绕组有：牵引绕组、辅助绕组、励磁绕组及采暖绕组等多个绕组，有的绕 组还有多个抽头。为保证各绕组之间耦合程度适当，有些绕组还需交叉布置，这 就给绕组的绕制和装配带来一定的难度。 （2）电压波动范围大 我国干线电气化铁道接触网的额定电压为（ 25 4 6 + − ）KV，即允许电网电压在 19-29KV 范围内波动，这就要求主变压器的铁心和绕组绝缘结构设计应留有足够 的裕量，磁路的磁通密度不能过高，以满足高网压下正常工作的要求。 （3）负载变化大 随着机车运行条件的变化，主变压器的负载变化范围很大，这就要求主变压 器应能承受较大的负载变化，并具有一定的过载能力，以保证机车可靠运行。 （4）耐振动 机车运行中产生的冲击和振动将不可避免地传给主变压器，这就要求主变压
器各部件应具有足够的机械强度,所有连接紧固件应有防松装置。 (5)对阻抗电压要求高 因主变压器二次侧绕组有较高的短路故障机率,故绕组抽头间的阻抗电压不 能太小,以满足机车对调压整流电路和短路保护的要求。 (6)重量轻,体积小,用铜多 为满足机车总体布置及减轻自重的需要,主变压器与同容量的电力变压器相 比,应具有较轻的重量和较小的体积。这就要求主变压器在设计上采用钢导线、 髙导磁率的冷轧电工钢片,强迫油循环冷却;工艺上采用真空干燥、真空注油等 措施,来减轻重量和缩小体积。由于变压器绕组多、容量大、故用钢量特别多 通常,一般电力变压器的铜重与铁重之比为1:4左右;而主变压器一般为1:2, 有的甚至达到1:1。用钢量多不但使主变压器造价高,而且还使冷却困难,冷 却器庞大,这不利于变压器的轻量化 主变压器的型号 国产SS系列电力机车上使用TBQ系列主变压器,其型号其意义为:“T” “铁”路机车用;“B”一“变”压器;“Q”一“牵”引:数字为设计序号 “一”后为“容量(KV·A)/电压等级(kV)”。例如Ss4改型电力机车主变压 器的型号为:TBQ8-4923/25型,即表示其容量为4923kV·A;电压为25kV 第二节主变压器的基本结构 主变压器由器身、油箱、保护装置、冷却系统和出线装置等部件组成。图 8-1所示为TBQ84923/25型主变压器结构图 器身由铁心、绕组(线圈)、器身绝缘和引线装置等组成。 铁心 铁心的作用是构成变压器的闭合磁路,同时也是支撑绕组及引线装置的机械 骨架。因此,要求铁心必须具有良好的导磁性能和足够的机械稳定性, 铁心由心柱、铁轭和夹紧装置组成。其中,套装绕组(线圈)的部分称心柱; 联接心柱构成闭合磁路的部分称铁轭;夹紧装置用来夹紧心柱和铁轭,以构成坚 实的整体,并借以支撑和压紧绕组,固定引线。为了减小铁心中的磁滞和涡流损 耗,心柱和铁轭均采用高磁导率的冷轧电工钢片叠装而成
器各部件应具有足够的机械强度，所有连接紧固件应有防松装置。 （5）对阻抗电压要求高 因主变压器二次侧绕组有较高的短路故障机率，故绕组抽头间的阻抗电压不 能太小，以满足机车对调压整流电路和短路保护的要求。 （6）重量轻，体积小，用铜多 为满足机车总体布置及减轻自重的需要，主变压器与同容量的电力变压器相 比，应具有较轻的重量和较小的体积。这就要求主变压器在设计上采用钢导线、 高导磁率的冷轧电工钢片，强迫油循环冷却；工艺上采用真空干燥、真空注油等 措施，来减轻重量和缩小体积。由于变压器绕组多、容量大、故用钢量特别多。 通常，一般电力变压器的铜重与铁重之比为 1：4 左右；而主变压器一般为 1：2， 有的甚至达到 1：1。用钢量多不但使主变压器造价高，而且还使冷却困难，冷 却器庞大，这不利于变压器的轻量化。 二、主变压器的型号 国产 SS 系列电力机车上使用 TBQ 系列主变压器，其型号其意义为：“T” 一“铁”路机车用；“B”一“变”压器；“Q”一“牵”引；数字为设计序号； “一”后为“容量（kV·A）/电压等级（kV）”。例如 SS4 改型电力机车主变压 器的型号为：TBQ8－4923/25 型，即表示其容量为 4923kV·A；电压为 25 kV。 第二节 主变压器的基本结构 主变压器由器身、油箱、保护装置、冷却系统和出线装置等部件组成。图 8-1 所示为 TBQ84923/25 型主变压器结构图。 一、器 身 器身由铁心、绕组（线圈）、器身绝缘和引线装置等组成。 1．铁心 铁心的作用是构成变压器的闭合磁路，同时也是支撑绕组及引线装置的机械 骨架。因此，要求铁心必须具有良好的导磁性能和足够的机械稳定性。 铁心由心柱、铁轭和夹紧装置组成。其中，套装绕组（线圈）的部分称心柱； 联接心柱构成闭合磁路的部分称铁轭；夹紧装置用来夹紧心柱和铁轭，以构成坚 实的整体，并借以支撑和压紧绕组，固定引线。为了减小铁心中的磁滞和涡流损 耗，心柱和铁轭均采用高磁导率的冷轧电工钢片叠装而成
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鼎 珊镁图 用 图8-1TBQ8型主变压器总图(单位:mm) 1-100蝶阀:2-波纹管:3-油流继电器:4-BJL-25300套管:5-信号温度计:6-油样活门:7-下油箱:8-出线 装置:9吸湿器:10-上油箱:11-油位表:12-储油柜;13-主变压器铭牌:15-滤波电抗器铭牌:16-潜油泵 17通风机:18-冷却柜:19-压力释放阀:20-50活门
图 8-1 TBQ8 型主变压器总图（单位：mm） 1-100 蝶阀；2-波纹管；3-油流继电器；4-BJL-25/300 套管；5-信号温度计；6-油样活门；7-下油箱；8-出线 装置；9-吸湿器；10-上油箱；11-油位表；12-储油柜；13-主变压器铭牌；15-滤波电抗器铭牌；16-潜油泵； 17-通风机；18-冷却柜；19-压力释放阀；20-50 活门
主变压器的铁心结构型式有心式和壳式两类。心式铁心通常为垂直放置,圆 筒形的高、低压绕组同心地套装在心柱上,使绕组包围心柱见图7-2(a。为充 分利用绕组内圆空间,心柱截面常为外接圆形的多级阶梯形;为使磁通在铁轭中 分布均匀,铁轭截面最好与心柱截面相同,但为了使夹紧装置及绝缘零件等结构 简化,铁轭截面一般都采用矩形或倒多级梯形。心式铁心结构简单、并具有绕组 装配及绝缘处理比较容易,短路时绕组机械稳定性好等优点,因此是目前应用最 广泛的结构形式。国产TBQ系列主变压器大多采用单相二柱式心式叠铁心,如 图8-2所示。 45 图82TBQ8型主变压器的单相二柱式心式叠铁心(单位:mm) 壳式铁心通常为卧放布置,它由电工钢片叠成“日”字形,铁心截面为矩形。 高、低压绕组交错叠装在中间的一个心柱上,心柱通过旁轭构成闭合磁路,使铁 心包围绕组,[见图7-2(b)]。这种结构具有机械强度高,能采用适形油箱、阻抗 电压易满足各种需求等优点。但其制造复杂,铁心用材较多,故实际应用较少。 目前在我国运用的干线电力机车中,只有从法国引进的6G型电力机车及国产 SS7型电力机车的主变压器采用壳式铁心。 铁心的心柱和铁轭由剪切成条形的冷轧硅钢片叠装而成,因此在选择铁心叠 积方式时,应充分考虑冷轧电工钢片的导磁性能具有方向性的特点,即顺着材料 轧制方向的导磁性能最好,而垂直于轧制方向的导磁性能显著降低。为尽量避免 磁通转向时垂直于轧制方向,冷轧电工钢片接缝宜采用45°斜接缝。但由于斜 接缝叠片的剪切工艺装备比较复杂,故TBQ系列主变压器的铁心均采用半直半 斜接缝。即电工钢片的4个接缝中,有二个是直接缝,有二个是斜接缝。这可显 著减小空载损耗和空载电流。在铁心叠装过程中,叠片应按图8-2中Ⅰ、Ⅱ两种
主变压器的铁心结构型式有心式和壳式两类。心式铁心通常为垂直放置，圆 筒形的高、低压绕组同心地套装在心柱上，使绕组包围心柱[见图 7-2(a)]。为充 分利用绕组内圆空间，心柱截面常为外接圆形的多级阶梯形；为使磁通在铁轭中 分布均匀，铁轭截面最好与心柱截面相同，但为了使夹紧装置及绝缘零件等结构 简化，铁轭截面一般都采用矩形或倒多级梯形。心式铁心结构简单、并具有绕组 装配及绝缘处理比较容易，短路时绕组机械稳定性好等优点，因此是目前应用最 广泛的结构形式。国产 TBQ 系列主变压器大多采用单相二柱式心式叠铁心，如 图 8-2 所示。 图 8-2 TBQ8 型主变压器的单相二柱式心式叠铁心（单位：mm） 壳式铁心通常为卧放布置，它由电工钢片叠成“日”字形，铁心截面为矩形。 高、低压绕组交错叠装在中间的一个心柱上，心柱通过旁轭构成闭合磁路，使铁 心包围绕组，[见图 7-2(b)]。这种结构具有机械强度高，能采用适形油箱、阻抗 电压易满足各种需求等优点。但其制造复杂，铁心用材较多，故实际应用较少。 目前在我国运用的干线电力机车中，只有从法国引进的 6G 型电力机车及国产 SS7 型电力机车的主变压器采用壳式铁心。 铁心的心柱和铁轭由剪切成条形的冷轧硅钢片叠装而成，因此在选择铁心叠 积方式时，应充分考虑冷轧电工钢片的导磁性能具有方向性的特点，即顺着材料 轧制方向的导磁性能最好，而垂直于轧制方向的导磁性能显著降低。为尽量避免 磁通转向时垂直于轧制方向，冷轧电工钢片接缝宜采用 45°斜接缝。但由于斜 接缝叠片的剪切工艺装备比较复杂，故 TBQ 系列主变压器的铁心均采用半直半 斜接缝。即电工钢片的 4 个接缝中，有二个是直接缝，有二个是斜接缝。这可显 著减小空载损耗和空载电流。在铁心叠装过程中，叠片应按图 8-2 中Ⅰ、Ⅱ两种