1 R型鐵心變壓器目前現(xiàn)狀

　　R型鐵心變壓器在國(guó)內(nèi)發(fā)展已近20個(gè)年頭，除了音響、儀表等設(shè)備利用其漏磁小、振動(dòng)低、噪音小、高度矮外，并未在電源界引起多大的響應(yīng)。似乎普遍認(rèn)為（1）其尺寸重量體積并不小。（2）需要專(zhuān)用的繞線(xiàn)機(jī)。（3）與CD型鐵心變壓器相比品種不夠多。（4）安裝不夠牢靠；引出線(xiàn)方式不令人滿(mǎn)意；不好端封，防潮性能難以保證。（5）最致命的缺點(diǎn)是合閘電流大，易燒保險(xiǎn)絲。近年來(lái)R型鐵心變壓器的價(jià)格已幾乎與CD型鐵心變壓器相近，但因上述原因，似乎R型鐵心變壓器還是難有大的發(fā)展。

　　2 R型鐵心變壓器的造型優(yōu)勢(shì)

　　人們都說(shuō)R型鐵心變壓器省銅，實(shí)際上它有一個(gè)理論值；"目前"CD型鐵心變壓器可以說(shuō)從電、磁性能和工藝方面是最好的，因而我們就選CD型鐵心變壓器作為比較對(duì)象；假定鐵心截面都為1個(gè)單位，鋼帶厚度、涂層和占空系數(shù)均相同，如圖1：

　　R型鐵心變壓器鐵心截面積：

　　其中D為鐵心柱直徑，則

　　比較時(shí)對(duì)R型鐵心不應(yīng)揚(yáng)長(zhǎng)避短，還應(yīng)考慮R型鐵心截面的真圓度（見(jiàn)《國(guó)際電子變壓器》2001.11"真圓度與R型鐵心變壓器有效截面的工程計(jì)算"），26種（已不算少）鐵心的真圓度為0.946-0.981，那么

　　CD型鐵心變壓器鐵心截面積：

　　S=a×b=0.707×1.414=1

　　其中：a為CD型鐵心柱寬度

　　b為CD型鐵心柱厚度

　　我們?cè)偌俣ㄨF心的窗孔均為1.2a，窗孔高度相同，都是雙線(xiàn)包，窗孔繞滿(mǎn)，繞組數(shù)據(jù)相同，則每一匝的平均周長(zhǎng)就代表整個(gè)繞組長(zhǎng)度的比例。

　　R型鐵心變壓器繞組平均周長(zhǎng)為： （1.1945+0.707×0.6）=5.0827

　　CD型鐵心變壓器繞組平均周長(zhǎng)為：

　　若以CD型鐵心變壓器為基數(shù)，將兩者周長(zhǎng)相比較：

　　在10.88-11.12%之間

　　3 R型鐵心變壓器的磁性能優(yōu)勢(shì)

　　變壓器設(shè)計(jì)要考慮許多因素，如從經(jīng)濟(jì)角度需考慮價(jià)格、體積、重量，從技術(shù)指標(biāo)角度需考慮電壓調(diào)整率、溫升、效率以及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)等。而在多數(shù)情況下，我們共同考慮的溫升不要超過(guò)多少度，而溫升又決定鐵損和銅損，R型鐵心為卷繞而成，沒(méi)有氣隙，在Pc/kg值相同，均為1W/kg的條件下，與CD型鐵心相比，磁通密度B高60%（50Hz、現(xiàn)有R型鐵心材質(zhì)為Z8H-0.2，CD型鐵心材質(zhì)為DQ151-0.35）-10%（400Hz、參考環(huán)型鐵心數(shù)據(jù)），我們暫且按10%，這意味著匝數(shù)不可減少近10%，或者說(shuō)又可省銅近10%，或在銅損等于鐵損的條件下整個(gè)變壓器可節(jié)能近5%；這還意味著對(duì)體積、重量、電壓調(diào)整率等一連串方面都有好處，這將是一種良性循環(huán)。如果以B值相同，均為1.7T（特拉斯）作為比較條件，Pc/kg值可減少63%（50Hz）-21%（400Hz），這意味變壓器鐵心溫升很低，也有助線(xiàn)圈散熱，在400Hz的情況下，更有利于鐵心B值取高，同樣也將是一種良性循環(huán)。當(dāng)然有人對(duì)以上諸多好處都不感興趣，而認(rèn)為在現(xiàn)有情況下合閘時(shí)就易燒保險(xiǎn)絲，怎么能再提高磁通密度B值呢？對(duì)此只能另當(dāng)別論。

　　4 合閘電流、鐵心間隙及其保險(xiǎn)絲的取值

　　4.1 Br是合閘電流大的根源

　　凡是有鐵心的元件，包括電動(dòng)機(jī)、變壓器，合閘時(shí)都會(huì)出現(xiàn)大電流，經(jīng)驗(yàn)告訴我們電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流會(huì)達(dá)到額定電流的5-10倍。

　　由于鐵磁性物質(zhì)的磁滯效應(yīng)，關(guān)斷電源后鐵心中存在剩磁Br，Br參數(shù)在工作于B-H曲線(xiàn)單一相限的脈沖變壓器或開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)時(shí)直接關(guān)系到增量磁通密度△B的取值，不可忽視；而在工頻、中頻、高頻變壓器中因?yàn)槠涔ぷ饔谡也āo(wú)直流磁化都未予考慮，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Br值都沒(méi)有提出具體要求。

　　鑒于電源變壓器設(shè)計(jì)時(shí)需追求體積小、重量輕和經(jīng)濟(jì)性等綜合指標(biāo)，雖然CD型鐵心在1.0-1.3T以上已逐漸進(jìn)入飽和，R型鐵心在較高B值進(jìn)入飽和，但在50Hz的情況下其B值都已取到了1.6T-1.7T，空載時(shí)已達(dá)到1.7-1.8T，若電網(wǎng)波動(dòng)+10%，B值已高達(dá)1.98T，此時(shí)鐵心處于極度飲和狀態(tài)，磁化電流會(huì)很大。

　　合閘瞬間由于交流電壓幅值的不確定性和存在剩磁（即使不考慮電網(wǎng)波動(dòng)），多數(shù)情況都會(huì)因?yàn)樗查g的階躍電壓迫使變壓器的鐵心處于極度飽和狀態(tài)（B-H曲線(xiàn)的斜率已趨向于0），嚴(yán)重時(shí)甚至超過(guò)取向硅鋼磁通密度的理論值2.03T，此時(shí)只有空心電感和內(nèi)阻在起作用，有數(shù)據(jù)記載此時(shí)的磁化電流將可能達(dá)到正常磁化電流的100倍。因此變壓器的合閘電流當(dāng)然會(huì)很大。

　　4.2 鐵心用于工頻變壓器弊多利少

　　早期涉及R型鐵心變壓器的設(shè)計(jì)人員一開(kāi)始就發(fā)現(xiàn)其易燒保險(xiǎn)絲，回過(guò)頭來(lái)又覺(jué)得還是有切口的CD型鐵心變壓器比較好。實(shí)際上，根據(jù)電子工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)103-77，在其對(duì)單相變壓器鐵心尺寸精度參數(shù)規(guī)定中可以查到28種CD型鐵心端面間的間隙由小到大分為三檔，分別為不得超過(guò)0.03、0.05和0.075毫米。“不得超過(guò)”意味著間隙越小越好，還意味著最好不切開(kāi)，但迫于繞制線(xiàn)圈不便，切開(kāi)鐵心也是不得已而為之。

　　　　退一步講R型鐵心變壓器即使因?yàn)闊o(wú)間隙、Br值較高合閘電流較大，好在這個(gè)大電流持續(xù)時(shí)間很短，在50周情況下，最多持續(xù)1/4-1/2周期，也就是5-10毫秒，一般情況下，5-10毫秒后鐵心便進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)殡娮幼儔浩黧w積較小，分布參數(shù)也很小，不可能與電源頻率發(fā)生諧振，即使發(fā)生振蕩因?yàn)橛袃?nèi)阻存在便會(huì)在幾個(gè)周波內(nèi)被阻尼，能量靠積累才會(huì)發(fā)熱，實(shí)踐證明，即便是數(shù)毫秒之內(nèi)的20-25倍的負(fù)載短路電流，甚至200微秒之內(nèi)的上百倍額定電流，都未出現(xiàn)過(guò)繞組絕緣和銅線(xiàn)本身受傷害的先例。而CD型鐵心變壓器的合閘電流即使小，其產(chǎn)生的負(fù)作用是將鐵心的B值最少往下拉10%，這時(shí)要保證變壓器初級(jí)的感應(yīng)電勢(shì)不變就需要相應(yīng)增加匝數(shù)，由此我們可以看出若以增加氣隙來(lái)減少合閘電流必須以犧牲磁通密度B和增加匝數(shù)以及增加正常工作時(shí)的磁化電流為代價(jià)（一些實(shí)例看到的由原來(lái)燒保險(xiǎn)絲變成后來(lái)的不燒了，有"可能"是因?yàn)樵褦?shù)增加10%，內(nèi)阻也將增加10%，空心電感將增加20%，使原來(lái)處于臨界的保險(xiǎn)絲容量無(wú)形中增加了10-20%以上的保險(xiǎn)）。