CN101802944B - 用于变压器的线圈母线及其制造方法 - Google Patents

用于变压器的线圈母线及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种变压器及其制造方法。该变压器具有装配到芯的柱上的高和低电压线圈。各低电压线圈包括导体薄片(40)，该导体薄片具有相对的第一和第二端以及相对的第一(92)和第二(94)侧边。为各低电压线圈提供成对线圈母线(42)。各线圈母线(42)具有第一和第二部分，其中第一部分的宽度(W1)为第二部分的宽度(W2)的一倍半以上。各线圈母线(42)固定到其低电压线圈的导体薄片(40)，从而使得线圈母线的第一部分设置于导体薄片的第一侧边(92)处，而线圈母线的第二部分设置于导体薄片的第二侧边(94)处。

Description

用于变压器的线圈母线及其制造方法
技术领域
本发明涉及变压器并且更特别地涉及一种用于变压器的线圈母线。
背景技术
众所周知，变压器将一个电压的电力转换成更高或者更低值的另一电压的电力。变压器使用初级线圈和次级线圈来实现这一电压转换，其中各线圈缠绕于铁磁芯上并且包括多匝电导体。初级线圈连接到电压源而次级线圈连接到负载。初级线圈中的匝数与次级线圈中的匝数之比(“匝数比”)与电压源的电压与负载的电压之比相同。两种主要缠绕技术用来形成线圈、即层绕和盘绕。用来形成线圈的缠绕技术类型主要地取决于线圈中的匝数和线圈中的电流。对于所需匝数多的高电压绕组，通常使用盘缠绕技术，而对于所需匝数更少的低电压绕组，通常使用层缠绕技术。
在层缠绕技术中，线圈所需导体匝通常缠绕于串联连接的一个或者多个同心导体层中，其中各导体层的匝沿着线圈的轴向长度并排缠绕直至导体层已满。绝缘材料层设置于各对导体层之间。
在向本申请受让人ABB公司转让并且通过引用结合于此的、向Lanoue等人授予的美国专利第6,221,297号中公开了不同类型的层缠绕技术。在Lanoue等人的‘297号专利中，交替的薄片导体层和薄片绝缘层连续地缠绕于缠绕心轴的基部周围以形成线圈。可以使用有助于生产层缠绕线圈的自动分配机来实现Lanoue等人的‘297号专利的缠绕技术。
在利用薄片导体层的层缠绕技术中，线圈的每个薄片导体的端固定到如下线圈母线，这些线圈母线根据线圈装配于其中的变压器的构造竖直地(沿着线圈的轴)延伸到线圈的顶部或者底部。线圈母线通常通过焊接来固定到薄片导体。线圈母线常规地由金属(比如铜或者铝)形成并且形状为矩形。两个线圈母线通常通过在与单个矩形条的长度垂直地进行切割的情况下对半切割矩形条而由该矩形条形成。
为了减少变压器的成本，希望减少变压器中所用金属(具体为铜)的量。本发明涉及比常规线圈母线利用更少金属的线圈母线。
发明内容
根据本发明提供一种制造变压器的方法。根据该方法，提供导体薄片和线圈母线。导体薄片具有相对的第一和第二端以及相对的第一和第二侧边。线圈母线具有第一和第二部分。第一部分的宽度为第二部分的宽度的一倍半以上。低电压线圈由导体薄片形成。线圈母线固定到导体薄片的端，从而线圈母线的第一部分设置于导体薄片的第一侧边处，而线圈母线的第二部分设置于导体薄片的第二侧边处。
根据本发明也提供一种变压器，该变压器具有：具有柱的铁磁芯；以及装配到柱上的高和低电压线圈。低电压线圈包括具有相对的第一和第二端以及相对的第一和第二侧边的导体薄片。提供包括第一和第二部分的线圈母线。第一部分的宽度为第二部分的宽度的一倍半以上。线圈母线固定到低电压线圈的导体薄片，从而线圈母线的第一部分设置于导体薄片的第一侧边处，而线圈母线的第二部分设置于导体薄片的第二侧边处。
附图说明
本发明的特征、方面和优点参照下文描述、附图和以下附图将变得更好理解：
图1是变压器的示意图；
图2是在缠绕机中由导体薄片和绝缘薄片形成的变压器的低电压线圈的透视图；
图3是由单个矩形条形成的成对线圈母线的前正视图；
图4示出了固定到低电压线圈的导体薄片端上的线圈母线；
图5是变压器的局部示意图，示出了将低电压线圈连接到低电压母线的线圈母线；以及
图6示意地示出了流过低电压线圈的导体薄片并且进入线圈母线的电流。
具体实施方式
应当注意，在下文具体描述中，无论相同部件是否在本发明的不同实施例中示出，这些部件都具有相同标号。也应当注意，为了清楚而简洁地公开本发明，附图可以未必按比例绘制，并且可以用一些示意的形式示出本发明的某些特征。
现在参照图1，示出了包含根据本发明实现的线圈的三相变压器10的截面图。变压器10包括装配到芯18并且封闭在外壳20内的三个线圈组件12(每相一个线圈组件)。芯18包括铁磁金属并且形状一般为矩形。芯18包括在成对磁轭24之间延伸的成对外柱22。内柱26也在磁轭24之间延伸并且设置于外柱22之间而且与外柱22基本上均匀间隔开。线圈组件12分别装配到外柱22和内柱26并且设置于外柱22和内柱周围。各线圈组件12包括各自形状为圆柱形的高电压线圈和低电压线圈28(图2中所示)。如果变压器10是降压变压器，则高电压线圈是初级线圈而低电压线圈28是次级线圈。取而代之，如果变压器10是升压变压器，则高电压线圈是次级线圈而低电压线圈28是初级线圈。如图1中所示，在各线圈组件12中，可以同心地装配高电压线圈和低电压线圈28，其中在高电压线圈内并且从高电压线圈径向向内设置低电压线圈28。取而代之，高电压线圈和低电压线圈28可以装配成轴向分离，其中将低电压线圈28装配于高电压线圈以上或者以下。根据本发明，各低电压线圈28包括线圈母线42固定到的导体薄片40的同心层。
变压器10是配电变压器并且具有范围从约112.5kVA到约15,000kVA的kVA额定值。高电压线圈的电压范围从约600V到约35kV，而低电压线圈的电压范围从约120V至约15kV。
虽然将变压器10示出和描述为三相配电变压器，但是应当理解本发明不限于三相变压器或者配电变压器。本发明可以运用于单相变压器和不同于配电变压器的变压器中。
现在参照图2，示出了形成于缠绕机46的缠绕心轴44上的低电压线圈28之一。与缠绕机46相邻设置导体薄片40的卷48和绝缘体薄片52的卷50。由金属薄片或者其它适当材料组成的内模具54装配于心轴44上。可以先用包括编织玻璃纤维(未示出)的绝缘层包裹内模具54。如下文更完全描述的那样，导体薄片40的第一端或者内端固定到根据本发明实施的第一或者内线圈母线42a(图3中所示)。导体薄片40的内端设置于绝缘体薄片52的第一或者内端之上，并且与该第一或者内端对准而且固定到内模具54。然后旋转心轴44，由此使导体薄片40和绝缘体薄片52分别从卷48、50加以分配并且缠绕于心轴44周围，以形成导体薄片40和绝缘体薄片52的多个同心设置的交替层。在这一缠绕过程期间，冷却管道58可以被插入于导体薄片40的层之间。如下文更完全描述的那样，在缠绕过程结束时，第二或者外线圈母线42b固定到导体薄片40的第二或者外端。
现在参照图3，内和外线圈母线42a、42b由单个如下的条60形成，该条由金属如铜或者铝组成并且具有矩形横截面。条60具有长度“L”并且包括相对的第一和第二端62、64、第一主要表面66和相对的第二主要表面(未示出)以及相对的第一和第二次要表面68、70。装配孔74的第一和第二图案分别朝向第一和第二端62、64形成于条60中。装配孔74延伸经过第一主要表面66和第二主要表面。在条60中进行对角切割76以将条60划分成分别形成内和外线圈母线42a、42b的两段。切割76从第一次要表面68上的点“A”向第二次要表面70上的点“B”延伸。点“A”位于与第一端62相距约长度“L”的20％处，而点“B”位于与第二端64相距约长度“L”的20％处。在与第一和第二次要表面68、70成约10°到约15°的角度、更具体地成约12°的角度上进行切割76。在进行切割76之后，可以切割两段的尖端，以如图4中所示分别形成线圈母线42的展平的次要端78。此外，弯曲80(虚线所示)可以形成于线圈母线42中，以使线圈母线42适于连接到低电压母线81(如图5中所示)。
现在参照图4，各线圈母线42具有次要端78和与条60的第一端62或者第二端64对应的相对的主要端82。在平坦时，各线圈母线42为楔形从而具有矩形形状的连接分段84和基本上为直角三角形形状的主要分段86。主要端82在连接分段84中，而次要端78在主要分段86中。装配孔74朝向主要端82设置于连接分段84中。弯曲80也设置于连接分段84中并且可以形成约90°的角度。主要分段86具有从连接分段84向次要端78延伸的斜表面或者斜边90。斜边90对应于切割76，并且因此以约10到约15°的角度、更具体地以约12°的角度从次要端78延伸。
各线圈母线42固定到导体薄片40的端，从而线圈母线42的第一部分设置于导体薄片40的第一侧边92，而线圈母线42的第二部分设置于导体薄片40的第二侧边94。线圈母线42的第一部分设置于连接分段84和主要分段86的接合点并且具有与连接分段84的宽度相同的宽度W1。线圈母线42的第二部分朝向次要端78来设置并且具有宽度W2。宽度W1大于宽度W2。具体而言，宽度W1是宽度W2的一倍半以上、具体为两倍以上、更具体为三倍以上。
线圈母线42通过焊接来固定到导体薄片40的端。可以利用各种焊接技术，比如钨惰性气体(TIG)焊接、金属惰性气体(MIG)焊接或者冷焊接。也称为气体钨电弧焊接(GTAW)的TIG焊接是一种使用非可消耗的钨电极以产生焊接的焊接工艺。也称为气体金属电弧焊接(GMAW)的MIG焊接是一种半自动或者自动电弧焊接工艺，在该工艺中通过焊枪来馈送连续和可消耗的电线电极以及屏蔽气体以形成焊接。冷焊接是一种通过金属在极高压力之下的流动来产生分子键合的压焊工艺。通常无需应用热量即可进行冷焊接。然而为了增强焊接可以应用热量。此外，可以在真空中进行冷焊接。
现在参照图5，示出了将低电压母线81连接到低电压线圈28的线圈母线42。低电压母线81又连接到延伸经过变压器10的外壳20的套管100。套管100的引线102适合于连接到外部配电电路104。各线圈母线42可以通过延伸经过电压母线81的螺栓(未示出)和在线圈母线42的连接分段84中的装配孔74连接到低电压母线81。如图5中所示，线圈母线42与低电压线圈28的纵向轴平行延伸，并且线圈母线42的连接分段84设置于低电压线圈28以上。
不受任何具体理论限制，将参照图6描述线圈母线42的操作。当向变压器10的高电压线圈供电时，电流水平地流过低电压线圈28中的导体薄片40。随着这一电流流动(箭头110所示)转变到线圈母线42，电流流动产生90°转弯以竖直地流过线圈母线42。在这一转变中，各线圈母线42的下部(即朝向次要端78)输送由线圈母线42的上部(即朝向主要端82)输送的电流负载的仅约一半。出于这一原因，在线圈母线42的下部中比在线圈母线42的上部中需要更少导体质量。因而，各线圈母线42可以具有上文示出和描述的构造，即朝向连接到配电电路的端变宽而朝向相对的端变窄。
将理解前述一个或者多个示例实施例的描述仅为了举例说明而不是穷举本发明。本领域普通技术人员将能够对公开的主题内容的一个或者多个实施例进行某些添加、删除和/或修改而不脱离如由所附权利要求书限定的本发明精神或者其范围。

Claims (17)

1.一种制造变压器的方法，包括：
(a.)提供具有相对的第一和第二端以及相对的第一和第二侧边的导体薄片；
(b.)提供具有第一和第二部分以及主要分段的线圈母线，所述第一部分的宽度为所述第二部分的宽度的一倍半以上，所述主要分段具有在所述第一和第二部分之间延伸的第一和第二纵向边，所述第一和第二纵向边不平行；
(c.)由所述导体薄片形成低电压线圈；以及
(d.)将所述线圈母线固定到所述导体薄片的端，从而：所述线圈母线的第一部分设置于所述导体薄片的第一侧边处，而所述线圈母线的第二部分设置于所述导体薄片的第二侧边处，所述线圈母线的第一纵向边在所述导体薄片的第一与第二侧边之间垂直地延伸，而所述线圈母线的第二纵向边背离所述导体薄片的所述端。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括提供心轴，并且其中形成所述低电压线圈的步骤包括在所述心轴上缠绕所述导体薄片。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括提供绝缘薄片，并且其中形成所述低电压线圈的步骤包括在所述导体薄片缠绕于所述心轴上的同时在所述心轴上缠绕所述绝缘薄片，由此所述低电压线圈包括所述导体薄片和所述绝缘薄片的交替层。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述线圈母线在形成所述低电压线圈之前固定到所述导体薄片。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述线圈母线通过焊接来固定到所述导体薄片。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述线圈母线是第一线圈母线，并且其中所述方法还包括提供也包括第一和第二部分以及主要分段的第二线圈母线，所述第一部分的宽度为所述第二部分的宽度的一倍半以上，所述主要分段具有在所述第一与第二部分之间延伸的第一和第二纵向边，所述第一和第二纵向边不平行。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一和第二线圈母线各自包括铜。
8.根据权利要求6所述的方法，其中在所述第一和第二线圈母线中的各线圈母线中，所述主要分段基本上具有直角三角形形状。
9.根据权利要求8所述的方法，其中提供所述第一和第二线圈母线的步骤包括提供矩形条并且在所述矩形条的相对的侧之间进行对角切割，以将所述矩形条分离成分别形成所述第一和第二线圈母线的两段，各段包括所述主要分段和矩形连接分段。
10.根据权利要求9所述的方法，其中提供所述第一和第二线圈母线的步骤还包括在所述第一和第二线圈母线中的各线圈母线的所述连接分段中进行约90°弯曲。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
提供低电压母线；
提供高电压线圈；
提供具有柱的铁磁芯；
提供具有延伸穿过其中的套管的外壳；
将所述高和低电压线圈装配到所述芯的柱；
将所述芯以及所述高和低电压线圈设置于所述外壳中；
在所述线圈母线与所述套管之间连接所述低电压母线。
12.根据权利要求11所述的方法，其中连接所述低电压母线的步骤包括使用螺栓将所述低电压母线连接到所述线圈母线的连接分段，并且其中所述线圈母线的第一部分设置于所述连接分段与所述主要分段之间的接合点。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述线圈母线的第一部分的宽度是所述线圈母线的第二部分的宽度的三倍以上。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述线圈母线还包括主要和次要端以及连接分段，所述连接分段具有形成于其中的装配孔，其中所述线圈母线的第一部分设置于所述连接分段与所述主要分段之间的接合点处，并且其中所述主要分段包括所述第二部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述连接分段包括所述主要端，并且所述第二部分与所述次要端邻近地设置。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述连接分段为矩形，并且所述主要分段基本上为直角三角形。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述主要分段包括所述次要端。
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