CN101315826A - 椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明型涉及一种高性能易生产及易维修的椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器。该变压器的铁芯用三个独立且形状相同的单相开口卷铁芯以120°的角度拼装组合而成的立体三角形结构，每只单相铁芯轭的截面积大于每只单相铁芯芯柱截面积的
倍，同时整体立体三角形开口卷铁芯的芯柱截面的形状为椭圆形或多边形(外接椭圆形)。在生产过程中，由于铁芯的开口性，使得线圈可单独绕制，在生产及维修时可在开口缝隙处将铁芯打开进行安装或更换线圈。
Description
所属技术领域
本发明型涉及一种高性能的电力变压器。
背景技术
干式变压器的主要部分为铁芯和线圈，国内的干式变压器的铁芯普遍采用叠片式铁芯，它是由各种规格的单片硅钢带叠装而成，叠片式变压器由于在铁芯叠装时每层的交界处会有多处斜接缝，从而交界处的磁通密度变化过大，会导致产生了一系列技术难题，造成技术性能指标下降以及所用硅钢片较多。而还有一定数量的干式变压器的铁芯结构为卷绕式铁芯。卷绕式铁芯又称卷铁芯，它是由一条宽度不等的硅钢带卷绕而成。卷铁芯有两种结构形式：一种是平面呈横‘日’形结构，这种结构三个铁芯柱都在一个平面上，三相磁路相互闭合，但三相磁路空载电流的不平衡；另一种是立体三角形结构，铁芯结构由三个结构和大小相同且柱截面和轭截面均为半圆形的单相铁芯按照等边三角形结构拼装而成。拼装完的铁芯柱是由两个单相铁芯的芯柱拼对成的一个圆柱形铁芯柱体，截面为近似圆形。这种结构铁芯三相磁回路完全相等，三相磁路空载电流平衡。但该技术本身存在轭的磁通密度与柱磁通密度不一致的问题。此外由于铁芯截面形状为圆形，使得磁路增长，同样增大了损耗。立体三角形铁芯的理想结构是每只单相铁芯的铁轭的截面积应大于铁芯柱截面积的
倍(约16％)，目前能达到这一工艺安装的要求都难以实现。此外，无接缝卷铁芯也在诸多问题，如专用制造设备、生产能力受限、工序复杂繁琐、维修不便、不能生产大容量电力变压器等。综上诸多问题都很大程度上影响了立体三角形卷铁芯的使用和推广范围。
发明内容
本发明型提供一种椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器。开口卷铁芯就是在卷铁芯制造过程中，由曲线硅钢片条料在断开后进行连续逐层绕制而成，从而每层中都有一个断口，每层断口位置按有规律的线性排列，断口位置设在上轭或下轭。本发明型叙述的变压器铁芯的三个芯柱的截面形状可以为椭圆形或多边形(外接椭圆形)，对应的线圈套的截面形状为椭圆形。由于铁芯的开口特性，使得整个铁芯生产制造及维修过程中不需要专用的绕线设备。本发明型的相关的变压器的种类及容量：三相F级环氧树脂干式变压器，容量可在30KVA～3150KVA；H级NOMEX浸渍式非包封绝缘干式变压器，容量可在30KVA～3150KVA。
本发明型解决其技术问题所采用的技术方案是：该变压器的铁芯用三个独立且形状相同的单相开口卷铁芯以中心角120°的角度拼装组合成立体三角形开口卷铁芯。椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器的铁芯截面为椭圆形或多边形(外接椭圆形)，对应不同容量变压器的长轴和短轴(即a和b)的比例范围是1∶0.4～1∶0.7，长轴的尺寸范围是20mm到500mm，短轴的尺寸范围是10mm到350mm。卷绕每只单相铁芯均采用厚度在0.18mm到0.35mm之间的冷轧硅钢片条料，这三只单相开口卷铁芯的芯柱截面为半椭圆形或多边形(外接半椭圆形)，每只单相铁芯轭的截面积为大于其芯柱截面积
倍。卷绕整个铁芯所采用的三只单相铁芯全部是硅钢带在切断后连续绕制而成，而不是将绕制好的铁芯逐层割断，连续绕制的优点便是使铁芯更为紧密及铁芯断口整齐无毛刺。实现单相开口卷铁芯轭截面积大于柱截面积倍的方案：在开口铁芯卷绕机进行铁芯卷绕时，绕机数控系统自动跟踪，当卷绕到事先设定好的一定厚度内对上、下轭段进行有规律的双层叠绕动作。双层叠绕动作就是卷绕在这段厚度内时，每卷绕一圈只卷绕上、下轭和一个柱面，从而漏掉一个柱面，实际上是卷绕了3/4圈，所以上、下轭各增加一层(总计两层)时边柱只增加一层，在完成这段厚度的双层叠绕动作后便恢复正常的卷绕。可以实现单相铁芯轭截面积为大于柱截面积
倍。椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器的铁芯磁路各相自成回路，三相磁路完全对称相等。芯柱与芯柱之间的连接部分便是铁轭，在对铁芯的设计和生产过程中，在每层铁芯都剪断出一个断口位置，每层断口位置呈有规律的折线性排列，开口位置可在下轭，也可在上轭，在安装或更换线圈时可将开口处层层打开直接更换。截面作为椭圆形材料的利用率高可节省原材料，并能够满足迄今为止其它卷铁芯变压器制造设备无法实现的工艺要求和标准。采用椭圆形高压及低压线圈绕组。椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器的外观形状是上、下底面为等边三角形的柱体。
本发明型的有益效果是，椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器具有磁路短、三相磁路完全对称，抗突发短路的能力强、节省材料、体积小、工艺性能好等特点，该干式变压器完全符合中国电网的要求。在铁芯的生产制造过程中不需要专用的绕线设备，线圈可单独绕制，在安装或更换线圈时可将开口处层层打开直接更换，提高了生产效率。而且线圈一旦出现故障，可将变压器铁芯开口处打开进行维修，使得维修极其方便。立体三角形开口卷铁芯的三相磁路各相自成回路平衡，三次谐波分量在单独框内形成闭合回路，较大程度地减少了空载电流的谐波分量，三相磁路完全对称相等。由于满足了理想状态下立体三角形铁芯的每只单相铁芯铁轭的截面积大于其柱截面积
倍的条件，使得铁轭的磁通密度与其柱的磁通密度一致。截面填充系数最高，三相三柱立体平稳，充分保证三相磁路平衡。三次谐波分量在单独框内形成闭合回路，较大程度地减少了空载电流的谐波分量，减少了损耗。截面为椭圆形比圆形的磁路变短，使损耗变小。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明型进一步说明。
图1本发明型铁芯的视图。
图2本发明型铁芯的立体视图。
图3断口位置在下轭的单个铁芯的视图。
图4断口位置在上轭的单个铁芯的视图。
图5本发明型立体三角形铁芯的芯柱截面为圆形的视图。
图6本发明型立体三角形铁芯的芯柱截面为多边形(外接圆形)的视图。
图7本发明型的外观图。
图8单相铁芯每层硅钢片的视图。
图1中对应不同容量的铁芯的尺寸范围：H的范围是400mm到2000mm；H1的范围是350mm到1800mm；Hw的范围是300mm到1500mm；L1的范围是150mm到800mm；L的范围是350mm到1000mm；Mo的范围是300mm到900mm；轭宽范围是80mm到400mm。
图5中对应不同容量变压器的铁芯截面长轴和短轴(即a和b)的比例范围是1∶0.4～1∶0.7，长轴的尺寸范围是20mm到500mm，短轴的尺寸范围是10mm到350mm。
图6中对应不同容量变压器的的铁芯截面外接圆长轴和短轴(即a和b)的比例范围是1∶0.4～1∶0.7，长轴的尺寸范围是20mm到520mm，短轴的尺寸范围是10mm到380mm。
图7中的对应不同容量的变压器的尺寸范围：h的范围是500mm到2700mm；h1的范围是450mm到2500mm；d的范围是400mm到1500mm；d1的范围是450mm到1700mm；e1的范围是200mm到750mm。
具体实施方案
参见图2，该变压器铁芯采用了三只同形状的单相开口卷铁芯(4)～(6)按中心角120°的角度拼装组合成立体三角形铁芯，线圈套在三个柱(1)～(3)中，组装完毕的铁芯三个芯柱的截面均为椭圆形或多边形(外接椭圆形)。卷绕整个铁芯所采用的三只单相铁芯全部是硅钢带在切断后连续绕制而成，而不是将绕制好的铁芯逐层割断。参见图4、图8，每只单相开口卷铁芯是由曲线开料机开出的硅钢片条料，在数控开口铁芯卷绕机的绕制下制成，铁芯开口缝隙是有规则的均匀分布，断口位置在上轭(9)时，每层的形状为(23)，断口位置(20)；参见图3、图8，断口位置在下轭(7)时，每层的形状为(18)，断口位置(21)。参见图5，若每只开口卷铁芯的截面形状为半椭圆形，组装完毕的铁芯三个芯柱的截面均为半椭圆形。参见图6，若每只开口卷铁芯的截面形状为多边形(外接半椭圆形)，组装完毕的铁芯三个芯柱的截面均为多边形(外接椭圆形)。对应的线圈套的截面形状为椭圆形。每只开口卷铁芯的开口缝隙是有规则的折线性均匀分布，在绕制每个单相铁芯时，在卷绕到一定厚度时上、下轭交替进行双层叠绕动作，使其铁芯轭的截面积大于柱截面积的
倍，双层叠绕的叠片形状为(19)、(22)，它们交替卷绕且上、下轭位置始终重叠。参见图7，将拼装完毕的立体三角形开口铁芯在开口缝隙处打开成一U型，将绕制好的低压线圈(12)套装入三个铁芯柱中，然后将每组低压线圈外部套入绝缘层(11)，再在绝缘层外部将绕制好的高压线圈(13)套装入其中，最后将铁芯层层闭合复原绑扎固定安装上夹件(17)和下夹件(16)并引出高压接线端(14)与低压接线端(15)成为完整的干式变压器。
Claims (9)
1.一种高性能的椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器，其特征是：该变压器铁芯采用了三只同形状的单相开口卷铁芯(4)～(6)按中心角120°的角度拼装组合而成。
2.根据权利要求1所述的椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器，其特征是：每只单相开口卷铁芯的断口位置在下轭(9)、在上轭(7)，每只单相开口卷铁芯轭的截面积大于其芯柱截面积(
)倍。
3.根据权利要求1所述的椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器，其特征是：每只单相铁芯的芯柱截面为半椭圆形，拼装完毕的立体三角形铁芯的三个柱的截面为椭圆形，每只单相铁芯截面的长轴和短轴(即a和b)的比例范围是1∶0.4～1∶0.7，长轴的尺寸范围是20mm到500mm，短轴的尺寸范围是10mm到350mm。
4.根据权利要求1所述的椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器，其特征是：每只单相铁芯的芯柱截面为多边形(外接半椭圆形)，拼装完毕的立体三角形铁芯的三个柱的截面为多边形(外接椭圆形)，每只单相铁芯截面的外接椭圆的长轴和短轴(即a和b)的比例范围是1∶0.4～1∶0.7，长轴的尺寸范围是20mm到500mm，短轴的尺寸范围是10mm到350mm。
5.根据权利要求1所述的椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器，其特征是：对应不同容量变压器的铁芯的尺寸范围，H的范围是400mm到2000mm；H1的范围是350mm到1800mm；Hw的范围是300mm到1500mm；L1的范围是150mm到800mm；L的范围是350mm到1000mm；Mo的范围是300mm到900mm；轭宽范围是80mm到400mm。
6.根据权利要求1所述的椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器，其特征是：变压器的低压接线端(15)在变压器上轭的一边，高压接线端(14)在变压器上轭的另一边，上夹件(17)紧固着变压器的上轭和下夹件(16)紧固着变压器的下轭。
7.根据权利要求1所述的椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器，其特征是：低压线圈(12)套装在三个铁芯柱中，每组低压线圈外部紧固着绝缘层(11)，低压线圈和绝缘层的外部紧绕着高压线圈(13)。
8.根据权利要求1所述的椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器，其特征是：所对应的种类及容量，三相F级环氧树脂干式变压器，容量可在30KVA～3150KVA；H级NOMEX浸渍式非包封绝缘干式变压器，容量可在30KVA～3150KVA。
9.根据权利要求1所述的椭圆形立体三角形开口卷铁芯干式变压器，其特征是：对应不同容量的变压器的尺寸范围，h的范围是500mm到2700mm；h1的范围是450mm到2500mm；d的范围是400mm到1500mm；d1的范围是450mm到1700mm；e1的范围是200mm到750mm。
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