CN102197447B - 变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器(11)，具有至少一个铁芯柱(22)，在该铁芯柱上并排布置了三个绕组(32)，其引线(28，30)分别相对彼此绝缘地向外引导，其中每个绕组(32)由靠近铁芯的低电压绕组(34)构成，其分别由对应的高电压绕组(36)缠绕并且低电压绕组(34)的引线(30)轴向地向外引导，因此绕组(32)彼此之间的侧向距离最小化。

Description

变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器，具有至少一个铁芯柱，在该铁芯柱上并排布置了三个绕组，其引线分别相对彼此绝缘地向外引导。

背景技术

对于变流器、也就是说整流器或者说逆变器所需的变压器分别具有多个由低电压绕组和高电压绕组组成的绕组，借助于这些绕组将各自的两相交流电压或三相交流电压转换到期望的电压水平。

当电流由整流器进行整流并且由电容器变得平滑和/或由电压调节器向下调节到更低的水平之后，这样的经过整流的电流通常具有剩余波纹度，也就是说变得平滑的或经过调节的供给电压的还残存的交流电压分量。

为了进一步降低这种剩余波纹度，通常使用12相、18相和24相整流器。由此通常可以完全取消平滑电容器。另一个显著优点是几乎正弦形的输入电流和由此很小的、具有失真无功功率的电网/变压器-负载。缺点是要复杂地缠绕的变压器，其在次级侧具有带有分别相同的极电压的三角形绕组和星形绕组。通过这种布置获得了具有12个相的30°的相移。对于具有18个相的20°的或者具有24个相的15°的相移来说，必须相应地增加两个相邻的相，由此，所需要的变压器还更加昂贵，这是因为对于每个相分别需要一个完整的绕组、亦即低电压绕组和高电压绕组，并且带有分开的引线。

如果这样的绕组并排布置在共同的柱(Schenkel)上，则因此在并排布置的绕组之间设有足够大体积的空隙，其对于绕组导体的所需绝缘向外引导需要相应的空间。由此受限制地获得这种变压器的相应的空间上的延伸，并且和相应的空间需求联系在一起。

但通常没有提供由此受限制的空间，这或者导致了过大的位置问题或者仅仅允许更简单的电路变体，其和不期望的剩余波纹度、亦即交流电压的剩余部分的缺点相联系。

发明内容

从前述的现有技术出发，本发明的目的在于，提出一种开头所述类型的变压器，其借助于技术措施实现了更好的空间利用并且因此在最小可能的结构体积的情况下允许尽可能多数量的绕组的布置。

该目的根据本发明通过权利要求1的区别特征来实现。

相应地设计为，每个绕组由靠近铁芯的低电压绕组构成，其分别由对应的高电压绕组缠绕；绕组彼此之间的轴向距离最小化；以及低电压绕组的引线轴向地向外引导。在此，高电压绕组的引线可以始终在径向方向上向外引导。

根据本发明提出的空间问题的解决办法也就通过如下方式实现：将三个分别并排布置在一个铁芯柱上的绕组的彼此之间的轴向距离减少到最小值，该最小值通过绕组所需的绝缘距离以及由于电的反作用由此产生的相互的影响来确定。

这通过如下方式实现：低电压绕组的引线并不如同一直以来那样在径向的方向上向外引导，这显著增大了轴向的绕组距离，而是根据本发明轴向地、也就是说平行于绕组轴线，在低电压绕组和高电压绕组之间的区域中向外引导。

以有利的方式在此证明为特别有利的是，轴向的、也就是说平行于绕组轴线或铁芯柱向外引导的引线分别配有收缩管作为绝缘和保护。相应于电负载设计这种绝缘，例如在总功率为大约5MVA，带有2kV额定电压、20kV测试电压和60kV冲击电压时，并且优选地具有至少5mm的、优选为6mm的绝缘厚度(＝壁厚度)，也就是说总共12mm，导体厚度增加到这个数量。

为了获得有利于安装的构造，根据本发明的一个优选的实施方式设计为，低电压绕组的引线在一侧平行于铁芯柱向外引导，也就是说，低电压绕组的全部的电连接端布置在这样构造的变压器的一侧上。

可替换地可以根据本发明的另一个实施方式也设计为，在外部布置的低电压绕组的引线在一侧向外引导并且两个另外的低电压绕组的引线轴向平行于铁芯柱在相对侧向外引导。这种设计方案特别当提供有足够的空间时被考虑。

出于在电的以及还有机械的性能方面的对称性原因，优选的是环形的绕组形状。如果现在位于内部的低电压绕组的引线轴向地、也就是说平行于绕组轴线沿圆周向外引导，则在圆周上必然产生缺陷，其对于在外部缠绕在其上的高电压绕组来说必然导致局部的和圆形的偏差，例如导致蛋形的绕组横截面。

在此已经证明为有利的是，低电压绕组的引线彼此在圆周上偏移120°平行于铁芯柱向外引导。由此至少大约实现了绕组圆周的均匀化。同时可以通过在圆周上对不同的低电压绕组的引线的空间上的分配决定性地减少可能的相互电影响的危险。

取代圆形，对于线圈横截面的构造根据本发明当然也可以应用矩形形状或椭圆形形状。然而在此以有利的方式始终注意尽可能均匀的绕组几何结构。

为了获得每个完整的绕组、也就是说由低电压绕组和高电压绕组组成的绕组的尽可能均匀的形状，按照根据本发明的设计方案的一个有利的改进方案设计为，在部分绕组之间的、亦即在低电压绕组和高电压绕组之间的区域中，均匀地在圆周上分布地布置由绝缘材料制成的类似壳形的(schalenaehnlich)分隔部。

分隔部用于，填满未由绕组引线占用的空间并且因此对绕组和所力求达到的均匀的形状的每个偏差加以补偿并且因此使得完全不首先产生不期望的偏差。与此相应地，这样测定这种绝缘壳的厚度，即该厚度大约相应于引线的厚度。

优选地，每个布置在绕组之间的壳形的分隔部在圆周方向上具有这样一个宽度，使得在相关于圆周相邻的间隔壳之间分别保留如下间隙，在该间隙中可以插入有关的端部引线(Ausleitung)。在此，这样的间隔壳最高延伸到圆周上方，使得在例如三个间隔壳的情况下得出未被覆盖的剩余表面，其宽度相应于三根端部引线的宽度。

必要时，可以模块形式或按照组合构件(baukastenmaessig)来构造这种绝缘壳，因此在制造绕组时已经预定了有关的引线的相应位置。因此例如可以对于在一侧向外引导相应引线设计为，对于相对于连接侧最远的第一绕组，绕组圆周除了自身的引线之外未设有空隙，对于下一个设置的中间绕组设有各一个空隙，对于第一个以及对于中间的和对于相对于连接侧下一个设置的第三个绕组总共设有三个空隙。在此，分别设置的空隙和相邻绕组的对应空隙对齐。

相应于本发明的另一个有利的设计方案可以平行于用于低电压绕组的各自的引线的空隙在壳形的分隔部中也设有用于冷却通道的间隙，气体、例如空气，或者另一种液体作为冷却介质流过该间隙或者说通过该间隙循环。

相应于另一个有利的实施方式变体证明为适宜的是，将完整的绕组、也就是说由低电压绕组和高电压绕组组成的绕组连同引线的绝缘部一起利用合成树脂进行浇注，因此在制成了完整的绕组之后无需担心单个绕组的损失或者说损坏。

原则上，根据本发明的变压器可以具有三个或更多的分别配有三个或更多的、例如四个、并排布置的低电压绕组和缠绕在其上的高电压绕组的铁芯柱，其端部分别借助于磁轭连接。在此证明为有利的是，将各个铁芯柱并排布置在一个共同的平面中。

对于每个铁芯柱有四个或更多绕组的情况，引线如前面已经说明地那样在各自的低电压绕组的圆周上同样也在侧面向外引导并且或者是仅仅在一侧上或者例如对称地在两侧。

本发明的这些和另外的有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的内容。

附图说明

根据附图中示出的本发明的实施例详细说明和描述本发明、本发明的有利的设计方案和改进方案以及本发明的特别的优点。

图中示出：

图1以示意图从侧面示出了根据现有技术的带有传统的绕组布置的变压器；

图2示出了根据本发明的变压器，各带有三个并排布置在铁芯柱上的绕组；以及

图3示出了绕组的根据图2中交截线A-A的横截面，该绕组具有低电压绕组的引导穿过的引线。

具体实施方式

在图1中以示意图从侧面示出了变压器10，例如用于整流器或逆变器的应用，该变压器构造为带有根据现有技术的绕组1至9的传统的布置，其中各三个绕组12并排地布置在一个共同的铁芯柱22上。总共设有三个铁芯柱22，它们分别被利用编号1至9标明的绕组12缠绕。绕组12分别由低电压绕组14和径向地连接在其上的高电压绕组16组成。

在图1中示出的根据现有技术的实例中，变压器的铁芯结构由三个彼此平行布置的铁芯柱22组成，在铁芯柱的端部上分别一个贯通的磁轭24使得磁路封闭。

分别布置在铁芯柱22上的绕组12在此彼此之间具有这样一个距离，使得确保了对于低电压绕组14的在其之间径向向外引导的引线20的足够的绝缘。高电压绕组16的引线18同样也径向地在每个绕组12的外圆周上向外引导。

当然这种结构形式不是非常节省空间的并且对于这种变压器需要很大的空间。空间一般来说是测定为不足的并且通常需要良好地利用，因此对于这样的变压器存在的急迫的期望是更小的尺寸。

在此应用本发明，其涉及图2中同样也以示意图从侧面示出的变压器11。

在图2中示出的变压器11同样也设计用于整流器和/或逆变器的应用并且相应地同样也具有总共九个绕组32，它们同样也、亦即以和图1中示出的变压器10相同的方式以编号1至9标明。

分别三个并排布置的绕组32中的每个绕组由低电压绕组34和径向在外部缠绕在其上的高电压绕组36组成，它们在中央由铁芯柱22穿过，铁芯柱分别在两个端部上机械地和磁轭24连接并且因此封闭磁路。

高电压绕组36的引线28在此也分别径向地向外引导，而低电压绕组34的引线30分别在其圆周上轴向地、亦即平行于其绕组轴线或平行于变压器11的铁芯柱22的延伸方向，在低电压绕组34和高电压绕组36之间的区域中分别在一侧向外引导。

在图3中沿着图2中交截线A-A示出了绕组32的横截面的截面图，在其中前述的在低电压绕组34和高电压绕组36之间的区域看作为环形间隙35。

引线30在这个称为环形间隙35的区域中向外引导，该区域已经由于处于不同电压水平上的两个部分绕组、亦即低电压绕组34和高电压绕组36的电绝缘的原因而是必要的。附加地，引线30也必须相对于另外的绕组32绝缘。这导致了环形间隙35的至少为20mm的高度，引线30在环形间隙中延伸并且环形间隙此外填满了绝缘材料作为分隔部38。

根据本发明在这个在图3中详细示出的环形间隙35中，在共同的铁芯柱22上并排布置的绕组32的低电压绕组34的相应引线30轴向引导穿过。

如可在图2中明确地看出的一样，绕组32的彼此之间的侧向距离可能由于引线30的根据本发明的布置轴向平行于绕组轴线或铁芯柱22的纵向轴线显著减小，这和现有技术中的传统变压器10相比在相同的功率数据的情况下产生了根据本发明的变压器11的明显更小的宽度。

在图3中，如已经叙述的一样，示出了绕组32沿图2中示出的交截线A-A的截面图。其围绕中央的铁芯22首先示出了低电压绕组34。在其上连接有同样也已经描述过的称为环形间隙35的区域，在该区域中低电压绕组34的轴向分布的引线30相对于圆周偏移120°角地布置。

此外在环形间隙35中设有分隔部38，其用于使低电压绕组34和高电压绕组36彼此电隔离以及获得绕组32的圆形形状。同时在环形间隙35中也布置了用于冷却液的轴向分布的通道40，冷却液流过并且在此吸收了从绕组32的电流负载中产生的热量。

参考标号表

10  变压器

11  变压器

12  绕组

14  低电压绕组

16  高电压绕组

18  高电压引线

20  低电压引线

22  铁芯柱

24  磁轭

28  高电压引线

30  低电压引线

32  绕组

34  低电压绕组

35  环形间隙

36  高电压绕组

38  分隔部

40  冷却通道

Claims (11)

1.一种变压器(11)，具有至少一个铁芯柱(22)，在所述铁芯柱上轴向并排布置了三个绕组(32)，其引线(28，30)分别相对彼此绝缘地向外引导，其特征在于，每个绕组(32)由靠近铁芯的低电压绕组(34)和径向缠绕在低电压绕组外部的高电压绕组(36)构成，并且所述低电压绕组(34)的所述引线(30)轴向地向外引导，使得所述绕组(32)彼此之间的侧向距离最小化。

2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述低电压绕组(34)的所述引线(30)平行于所述铁芯柱(22)分别在所述低电压绕组(34)和所述高电压绕组(36)之间的区域(35)中向外引导。

3.根据权利要求1或2所述的变压器，其特征在于，所述低电压绕组(34)的所述引线(30)彼此之间相对于圆周偏移120°、平行于所述铁芯柱(22)向外引导。

4.根据前述权利要求1至2中任一项所述的变压器，其特征在于，所述低电压绕组(34)的所述引线(30)在一侧平行于所述铁芯柱(22)向外引导。

5.根据前述权利要求1至2中任一项所述的变压器，其特征在于，轴向布置在外部的所述低电压绕组(34)的所述引线(30)向一侧向外引导并且两个另外的所述低电压绕组(34)的所述引线(30)轴向平行于所述铁芯柱(22)向相对侧向外引导。

6.根据前述权利要求1至2中任一项所述的变压器，其特征在于，轴向平行于所述铁芯柱(22)向外引导的所述引线(30)分别配有收缩管。

7.根据权利要求1至2中任一项所述的变压器，其特征在于，在所述低电压绕组(34)和围绕所述低电压绕组的所述高电压绕组(36)之间插入壳形的分隔部(38)，其径向的延伸距离大约相应于引线(30)的厚度并且其因此在所述低电压绕组(34)和所述高电压绕组(36)之间产生环形间隙(35)。

8.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于，在每个在所述低电压绕组(34)和所述高电压绕组(36)之间插入的壳形的分隔部(38)之间为引线(30)保留了轴向平行的自由间隙。

9.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于，每个在所述低电压绕组(34)和所述高电压绕组(36)之间插入的壳形的分隔部(38)具有这样的宽度，即其在小于120°的角度范围上延伸。

10.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于，在所述环形间隙(35)中设有至少一个用于冷却液流过的通道(40)。

11.根据前述权利要求1至2中任一项所述的变压器，其特征在于，设有三个分别配有三个并排布置的、由低电压绕组(34)和高电压绕组构成的绕组(32)的铁芯柱(22)，其端部分别在两侧借助于磁轭(24)连接。

Images