CN102360834A - 用于制造用于干式变压器的绕组的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明用于制造用于干式变压器的绕组的方法，该干式变压器对于低压(US-绕组)以及对于高压(OS-绕组)各具有绕组，这些绕组分别相互地以及以层的方式彼此电绝缘，其方式是：首先用于低压的绕组由导电的线材料或带材料制成且利用由树脂浸渍的纤维材料、例如粗纱所制成的绝缘层来缠绕，此后构建用于高压的绕组，用于高压的绕组的各个层分别借助于树脂浸渍的纤维粗纱相互绝缘，其中在施加OS-绕组之前确定对于层绝缘最大所需要的绝缘厚度和相应于所述绝缘厚度的纤维粗纱数量，并且此外每个绕组层和所属的绝缘层的制造同时以彼此之间的空间偏移实现以及所需要的绝缘厚度的调节不仅通过纤维粗纱数量而且也通过纤维粗纱的绕组进给来实现。

Description

用于制造用于干式变压器的绕组的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于制造用于干式变压器的绕组的方法以及一种相应于权利要求14所述的按照该方法制造的绕组。
背景技术
干式变压器本身是已知的。在这种类型的变压器中，在运行中出现的损耗热量被直接地输出到外界空气中，这区别于所谓的油浸变压器，在油浸变压器中，变压器线圈布置在填充绝缘油的容器中并且绝缘油承担了作为热载体的附加功能，并且损耗热量被传递到通常有棱的、和外界空气连接的容器壁上。
另一个涉及在每个线圈的各个绕组层之间的绝缘的区别在于：在干式变压器中取消了保护油浸变压器防止受外界影响的金属板外壳。因此，干式变压器的线圈或其表面必须具有类似的保护措施，而不会由此严重损害散热。
为了满足前述的要求，干式变压器的线圈绕组可以以已知的方式利用人造树脂浸渍的纤维粗纱(优选地由玻璃纤维制成)进行缠绕。
在此，这种纤维粗纱分别以层的方式施加并且因此也用于使得各个绕组层彼此绝缘。通常借助于所谓的缠绕装置来施加各个线层和绝缘层，该缠绕装置类似于车床那样设计，其中以后的线圈体在主轴箱和尾架之间张紧并且绕组线和纤维粗纱分别从侧面通过类似支撑的导轨输送。
为了在制造这样一种线圈期间保持绕组的预定的结构以及尺寸，以及为了防止人造树脂不受控制地流出，完成缠绕的线圈的干燥和硬化通常在旋转的情况下在特殊的硬化炉中实现。
为了实现各个线圈的电磁场的尽可能均匀的形成，变压器线圈的高压绕组优选地以所谓的群绕组的形式构建。绕组层在总的线圈长度方面分成多个彼此相邻的群，然而这些群彼此电串联。这又在构建各个绕组层时分别要求绕组的分开，也就是说切断对应于该层的绕组线，并且在成功地施加各自的对应的绝缘层之后，使线端部相互电镀连接，这通常借助于焊接实现。
这种程序是非常耗时并且浪费人力的。它还要求与此相关的人员投入更高的注意力。
由EP1941523B1已知了一种用于制造树脂绝缘的线圈的方法，其中线圈利用纤维强化，这些纤维布置在高密度(massive)聚合物基材中的线圈上。在此，绕组层和纤维-聚合物-层交替地且重复地被施加，其中纤维-聚合物-层的施加包括下面给出的连续执行的步骤：
-连续输送至少一个带，其包括纤维和高密度聚合物基材，
-在输送期间熔化或激活至少一个带的一个区段，
-在输送期间将带的熔化的或激活的区段压到线圈上，以及
-在离开加热的或激活的且被压的区带之后使带冷却。
此外由DE 4445423 A1已知了一种方法，根据该方法在施加低压-绕组之前，确定对于层绝缘最大所需要的绝缘厚度和相应于所述绝缘厚度的纤维粗纱数量。在此，每个绕组层和所属的绝缘层的制造同时以彼此之间的空间偏移实现，其中所需要的绝缘厚度的调节一方面通过纤维粗纱的绕组进给来实现，而且另一方面通过其数量来实现。
对于上面最后给出的方法来说特征在于，纤维粗纱从一个侧面以及绕组线从相对的侧面、也就是说从不同侧面被输送给缠绕装置。在此视为优点的是，即粗纱和线例如在不同的进给中未受到阻挡。然而在这种方法过程中存在相当大的空间需求。
发明内容
由上面给出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方法，该方法可简单地实施，具有尽可能少的空间需求并且避免了所显示的难题，本发明还涉及一种按照该方法制造的产品。
该目的根据本发明通过权利要求1和14的区别性特征来实现。
相应地，根据本发明提出，为了制造绕组，在绕组的各个绕组层之间，交替地且重复地将由纤维和高密度聚合物基材构成的纤维-聚合物-层、所谓的预浸材料(Prepregs)作为绝缘层同时和绕组导体一起施加，可选地在此在施加期间加热这些绝缘层，并且在其施加到各个绕组层上之后使制成的绕组可选地在同时加热的情况下经受冲压过程，从而使施加在绕组上的绝缘层硬化。
本发明的重要优点在此可视为，放弃了在迄今为止的干式变压器构造中所应用的人造树脂浸渍的纤维粗纱作为绝缘层，这有利于预先处理的连续纤维的应用，其作为预浸材料，该预浸材料是利用人造树脂基于聚合物浸渍的连续纤维束，其在业界是已知的。
如下的半成品称为预浸材料，即其由连续纤维(Endlosfaser)并且由热塑性的或者由未硬化的热固性的塑料基材构成并且可在多个方面应用，例如在用于飞机和机动车的轻型结构中。连续纤维在此可以作为纯粹的单向层、作为织物(Gewebe)或作为织品(Gelege)而存在。通常以卷筒形式(bahnfoermig)提供预浸材料，优选地缠绕在辊上。
预浸材料可利用机器进行加工并且因此主要在自动化过程中使用。其实现了均匀的且高的质量。优点在于其低的波动(ondulation)及其高的纤维体积含量。波动在此理解为例如在纤维复合材料中、在织物内部的纤维的偏转(Umlenkung)。波动导致了织物的纤维平行强度的降低。
通过预浸材料在高温条件下的硬化，短的周期时间是可能的。预浸材料的加工然而需要高的投入、例如是用于压热器、安放机器人(Legerobotor)以及冷却的支承(Lagerhaltung)。
在本发明的情况下、也就是说当应用预浸材料作为用于制造绝缘层的绝缘材料时，与迄今为止的通过应用常见的人造树脂浸渍的纤维粗纱来制造相比较，投入明显更低，如下面将要说明的。
因此根据本发明的方法的一个优选的实施变体的特征在于，将UV-可硬化的树脂设置为纤维-聚合物-层的一部分，其中在施加期间利用UV-光照射绕组，这首先导致了在缠绕过程期间树脂的硬化反应的激活并且随后导致了绕组的部分硬化或完全硬化。
线圈绕组的制造可以没有问题地在应用预浸材料的情况下利用为纤维粗纱所设置的装置来执行，其中取消了利用液态人造树脂进行浸渍，这是因为预浸材料已经利用为了线圈的组装或为了充分绝缘而设置的塑料基材基于聚合物浸渍地提供。
相应地，仅仅需要输送一定量的热形式的能量，其可以使得在预浸材料的纤维束中结合的聚合物基材软化，因此各个由预浸材料构成的绝缘层一方面可以塑性变形并且相互结合成为一个唯一的物体，其在由于加热而引起的随后的硬化之后由于冷却而获得足够的机械刚性和强度。
根据本发明的方法的另一个有利的变体设计为，为了在施加期间加热绝缘层而利用红外线辐射器照射线圈表面和/或绝缘材料或者利用热空气吹风，这首先导致了在缠绕过程期间树脂的软化并且随后导致了绕组的部分硬化或完全硬化。
为了应用这种制造变体，UV-可硬化的树脂提供为纤维-聚合物-层的一部分是不必要的。
最后可以按照根据本发明的方法的另一个有利的实施变体，通过在缠绕时应用被加热的压紧辊而在施加期间提供对绝缘层的加热，这首先导致了在缠绕过程期间树脂的软化并且随后导致了绕组的部分硬化或完全硬化。
作为用于制造用于干式变压器的绕组的根据本发明的方法的另外的变体，也可以这样提供对绕组的间接加热，即为了在施加期间加热绝缘层，由于其欧姆电阻而实现对绕组导体的加热，这首先导致了在缠绕过程期间树脂的软化并且随后导致了绕组的部分硬化或完全硬化。
在此根据本发明设计为，在缠绕在线圈上的导体的始端处和在导体的末端处分别通过集电环将电流输送到导体中，也就是说，两个导体端部和电流源连接并且用作为电阻加热，其由于电流流过而对导体加热并且因此也加热了和导体相邻的绝缘层。这种硬化方法可以在硬化期间避免旋转时也无需使用集电环的情况下进行。可替换地，线圈仅仅可以在受限制的角度范围之内、例如是+/-180°，交替地旋转，以便避免集电环。
本发明的另一个方面涉及绕组层或绝缘层的结构对于电场的性能的影响及其优化，这通过相应的绕组结构来实现。
相应地，按照根据本发明的方法的一个实施方式设计为，在各个绕组层之间的绝缘层成梯状地这样构造，使得在第一层和第二层之间的绝缘层以及在第二层和第三层之间的绝缘层在横截面视图中互补成为矩形。
根据本发明的方法的一个可替换的实施变体的特征在于，通过连续地改变绝缘物进给(Isolationsvorschub)的速度实现了无阶梯线性升高的绝缘，其中一方面在第一层和第二层之间的绝缘层以及另一方面在第二层和第三层之间的绝缘层在横截面视图中互补成为矩形。
此外，按照根据本发明的方法的另一个可替换方案设计为，通过改变绝缘物进给的速度得到了绝缘层的非线性升高的厚度，其中在第一层和第二层之间的绝缘物(Isolation)以及在第二层和第三层之间的绝缘物在横截面视图中互补成为矩形。
最后，按照根据本发明的方法的另一个变体可以设计为，在两个相邻的层之间的绝缘层这样构造，使得这些绝缘层不互补成为矩形，因此绕组的最外侧的表面与内表面不平行地延伸。
此外，本发明的目的是提出一种根据在前面所实施的并且详细说明的方法来制造的绕组，该绕组简单地构造，具有功能上没有问题的绝缘，运行可靠并且具有足够的机械强度。
该目的根据本发明通过权利要求14的区别性特征来实现。
相应地根据本发明设计为，在绕组的各个绕组层之间交替地且重复地设有纤维-聚合物-层作为绝缘层，其由作为和高密度聚合物基材相连接的纤维束的预浸材料构成，其中这些绝缘层相互连接。
在此，根据本发明的绕组的所追求的高机械强度通过以下方式实现，即使用预浸材料形式的所设置使用的纤维-聚合物-层，其中聚合物成分使其高密度聚合物基材硬化并且由此将纤维或纤维束锚定在聚合物基材中。

Claims (14)

1.一种用于制造用于干式变压器的绕组的方法，所述干式变压器对于低压(US-绕组)以及对于高压(OS-绕组)各具有绕组，这些绕组分别相互地以及以层的方式彼此电绝缘，其方式是首先所述用于低压的绕组由导电的线材料或带材料制造并且利用由树脂浸渍的纤维材料、例如粗纱所制成的绝缘层来缠绕，此后构建所述用于高压的绕组，所述用于高压的绕组的各个层分别借助于树脂浸渍的纤维粗纱相互绝缘，其中在施加所述OS-绕组之前确定对于所述层绝缘最大所需要的绝缘厚度和相应于所述绝缘厚度的纤维粗纱数量，其中此外每个绕组层和所属的绝缘层的制造同时以彼此之间的空间偏移实现以及所需要的绝缘厚度的调节不仅通过所述纤维粗纱的数量而且也通过所述纤维粗纱的绕组进给来实现，其特征在于，为了制造所述绕组，在所述绕组的各个绕组层之间，交替地且重复地将由纤维和高密度聚合物基材构成的纤维-聚合物-层作为绝缘层同时和绕组导体一起施加，并且在其施加到所述各个绕组层上之后使所述制成的绕组经受硬化过程，从而使施加在所述绕组上的预浸材料硬化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将UV-可硬化的树脂设计为所述纤维-聚合物-层的一部分，在所述施加期间利用UV-光照射所述绕组，这首先导致了在所述缠绕过程期间所述树脂的硬化反应的激活并且随后导致了所述绕组的部分硬化或完全硬化。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了在所述施加期间加热所述绝缘层利用红外线辐射器照射线圈表面和/或绝缘材料或者利用热空气吹风，这首先导致了在缠绕过程期间所述树脂的软化并且随后导致了所述绕组的部分硬化或完全硬化。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了在所述施加期间加热所述绝缘层，在缠绕时应用被加热的压紧辊，这首先导致了在所述缠绕过程期间所述树脂的软化并且随后导致了所述绕组的部分硬化或完全硬化。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了在所述施加期间加热所述绝缘层，提供对所述绕组导体的加热，这首先导致了在所述缠绕过程期间所述树脂的软化并且随后导致了所述绕组的部分硬化或完全硬化。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当绕组旋转时，在卷绕在所述线圈上的导体的始端处和在所述导体的末端处分别通过集电环将电流输送到所述导体中。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当绕组不旋转时，在卷绕在所述线圈上的导体的始端处和在所述导体的末端处将电流输送到所述导体中。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当绕组交替受限制地旋转时，在卷绕在所述线圈上的导体的始端处和在所述导体的末端处将电流输送到所述导体中。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述各个绕组之间的所述绝缘层具有恒定的厚度。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述各个绕组层之间的所述绝缘层成梯状地构建，其中在第一层和第二层之间的所述绝缘层以及在第二层和第三层之间的所述绝缘层在横截面视图中互补成为矩形。
11.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，通过连续地改变绝缘物进给的速度实现了无阶梯线性升高的绝缘，其中在第一层和第二层之间的绝缘物以及在第二层和第三层之间的绝缘物在横截面视图中互补成为矩形。
12.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，通过改变所述绝缘物进给的速度实现了非线性升高的绝缘，其中在第一层和第二层之间的绝缘物以及在第二层和第三层之间的绝缘物在横截面视图中互补成为矩形。
13.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，在两个相邻层之间的所述绝缘层不互补成为矩形，因此所述绕组的最外侧的表面不再平行于内表面延伸。
14.一种按照如前述权利要求中任一项所述的方法制造的绕组，其特征在于，在所述绕组的各个绕组层之间交替地且重复地设有由纤维和高密度聚合物基材构成的纤维-聚合物-层作为绝缘层，所述绝缘层相互连接，并且所述高密度聚合物基材的聚合物成分硬化。
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