CN102388424B - 带有非晶的芯部的功率变压器 - Google Patents

带有非晶的芯部的功率变压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以干式结构形式的变压器，其带有：由无定形的材料制成的芯部，该材料对于机械载荷敏感；至少一个围绕芯部的、相应地由至少一个初级线圈和次级线圈形成的线圈体；以及至少一个保持装置，本发明也涉及一种用于制造该变压器的方法，其中，保持装置用于相应地固定至少一个初级线圈和次级线圈，并且为此分别在该至少一个线圈体的端侧处加载该至少一个线圈体。

Description

带有非晶的芯部的功率变压器
技术领域
本发明涉及一种以干式结构形式(Trockenbauweise)的功率变压器(Leistungstransformator)，其带有：优选地构造成卷带芯部(Wickelbandkern)的由非晶的(amorph)材料制成的芯部，该材料对于机械载荷敏感；至少一个围绕芯部的、相应地由至少一个初级线圈和次级线圈形成的线圈体(Wicklungsk?rper)；以及至少一个保持装置。
背景技术
变压器通过从第一电压水平到第二电压水平的电压调整用于在能源供应时的功率传递。代替以前广泛应用的带有加油部(?lfüllung)的功率变压器，越来越多地应用以干式结构形式的功率变压器，即，所谓的干式变压器。
在此，以干式结构形式的功率变压器的结构与带有加油部的功率变压器的结构在这样的方面非常相似，即，在以干式结构形式的功率变压器中，各个线圈体也安装在由铁磁材料制成的芯部上，芯部分别在两个端部处与轭相连接并且形成磁性的回路。
然而，在干式变压器中，通过空气对流导出损耗热量，在带有加油部的功率变压器中由油吸收该损耗热量并且通过合适的冷却面或独立的散热器放出损耗热量。空气相对于油的更小的比热容量显然意味着对于干式变压器的功率限制。
在被加载的变压器的线圈中由于线圈电流且由于在导体材料中的涡电流而出现电阻的(ohmsch)损失。无载损失和如有可能的短路损失以及磁滞损失叠加该电阻的损失。
主要通过芯部的电感和特性确定无载损失，并且无载损失几乎与变压器的运行温度无关。短路损失与温度相关并且在恒定的负载时随着温度和导体材料的比电阻而增加。为了将磁滞损失保持尽可能小，优选地，应用带有非常窄的(schmal)磁滞回线的芯部材料。
为了减小由此引起的干式变压器的热损失，并且由此改善干式变压器负荷能力，近来优选地代替晶粒定向(kornorientieren)的芯部材料使用非晶的芯部材料。
然而，非晶的材料的使用要求新的结构和加工方式，因为非晶的材料很大程度上对压力敏感，从而由此可使得加强芯部损失。
发明内容
基于该现有技术，本发明的目的为，实现开头提及的类型的功率变压器，如此选择其设计上的结构，即，完全实现非晶的芯部材料的优点，而不会由于压力负载而提高芯部损失。
根据本发明，该目的通过本发明的构思来实现。根据本发明，提供了一种以干式结构形式的变压器，带有由非晶材料制成的卷带芯部形式的芯部，所述芯部对于机械载荷敏感，所述变压器具有至少一个围绕所述芯部的、相应地由至少一个初级线圈和次级线圈形成的线圈体，并且具有至少一个保持装置；所述保持装置用于相应地固定所述至少一个初级线圈和次级线圈，并且由至少两个夹紧元件形成，所述至少两个夹紧元件彼此处于有效连接中并且在所述至少一个线圈体的每个端侧处对所述至少一个线圈体加载；其中，由非晶材料制成的所述芯部由所述保持装置以悬挂的方式保持，并且以与所述芯部无关的方式保持所述至少一个线圈体。还根据本发明，提供了一种用于制造干式结构形式的变压器的方法，所述变压器带有由非晶材料制成的卷带芯部，所述卷带芯部对于机械载荷敏感，所述变压器具有至少一个围绕所述芯部的、相应地由至少一个初级线圈和次级线圈形成的线圈体，所述方法包括以下步骤：a) 提供由非晶材料制成的带材料；b) 分别由所述非晶带材料通过卷绕来制造每个都带有相同横截面的两个环形的单独的芯部；c) 使所述两个单独的芯部定位成利用其纵向支腿彼此贴靠，并且利用所述带材料在所述单独的芯部的卷绕平面中缠绕所述两个单独的芯部，使得所述芯部具有三个带有相同的横截面的纵向支腿；d) 将所述至少一个线圈体支撑在所述保持装置上；e) 以这种方式制造的所述变压器的外支腿分别设有电的初级线圈或电的次级线圈；f) 紧接着进行所述电的线圈的接线；其中，所述方法还包括：提供用于固定所述形成的线圈体的至少一个保持装置，由至少两个夹紧元件形成所述保持装置，所述至少两个夹紧元件彼此处于有效连接中并且在所述至少一个线圈体的每个端侧加载，将非晶材料制成的所述芯部由所述保持装置以悬挂的方式保持，并且以与所述芯部无关的方式保持所述至少一个线圈体。
相应地，根据本发明设置成，由保持装置以悬挂的方式保持由非晶的材料制成的芯部，其中，保持装置用于相应地固定至少一个初级线圈和次级线圈，并且为此分别在至少一个线圈体的端侧处加载至少一个线圈体。
在此，在本发明的改进方案中设置成，非晶的芯部分别制造成由从非晶的材料制成的带材料而制成的卷带芯部(Wickelbandkern)。
在此优选地，通过防撕破的带以彼此成间距的方式反复地盘绕叠片垛(Blechstapel)以使得将叠片线圈(Blechwickel)保持在一起，从而借助于防撕破的带将准备用作芯部的叠片线圈保持在形状中。优选地，如此形成的卷带芯部具有矩形的轮廓，也就是说，其分别围绕(einfassen)矩形的面。当然，带有椭圆形的或者圆形的轮廓的设计方案也属于本发明的设计范围内。
相应于本发明的一种优选的实施形式，根据本发明的变压器构造成三相变压器(Drehstromtransformator)，并且具有三个并排布置的芯部，其分别由线圈体或绕组体包围。
为此，至少两个卷带芯部利用其纵向支腿(L?ngsschenkel)并排布置，并且借助于由非晶的材料制成的带材料在卷绕平面中缠绕该至少两个卷带芯部以用于其机械的连接，其中，所有支腿具有相同的卷绕横截面，也就是说相同的厚度和宽度。
换句话说，在有利的改进方案中，之前描述的卷带芯部中的至少两个、然而优选地更好地四个利用其纵向支腿彼此贴靠。那么之后借助于由非晶的材料制成的带材料缠绕这样如此形成的组件，从而由于该缠绕总地得到五个带有相同的卷绕横截面的支腿。
根据另一有利的实施形式，变压器的特征在于，由至少两个夹紧元件形成保持装置，夹紧元件彼此处于有效连接(Wirkverbindung)中，并且布置在线圈体的每个端侧处。在此设置成，如此实施保持结构，即，在固定线圈体时产生的机械应力仅仅被引导到保持结构中和线圈体中，使得由线圈体包围的芯部虽然在保持结构中被引导但却不被拉紧，即，其不遭受机械应力。
根据本发明的一种备选的设计方案可设置成，以层结构的方式由非晶的材料柱形地形成每个芯部，并且每个芯部带有至少两个支腿和在一端模制的轭。
有利地，可由铁磁材料制成保持结构的夹紧元件，并且夹紧元件同时用作轭。
在此，证实为有利的是，每个芯与保持装置的夹紧元件以导磁的方式相连接。为此设置成，由夹紧元件在没有压力的情况下端侧地分别在两个相对的侧边处包围每个芯部，其中，为了避免由于夹紧芯部和与此相关的机械载荷对芯部进行压力加载，借助于固定地与夹紧元件相连接的间隔垫片(Abstandshalter)精确地将夹紧元件保持在相对于各个芯部的间距上。
在此，各个芯部在设置的部位处利用一个端部插入在夹紧元件之间的自由空间中，并且借助于与夹紧元件同样固定地相连接的承载板保持芯部，使得例如在实施成多相变压器的根据本发明的变压器中，三个芯部柱形地并排布置在用作下轭的下保持装置处，其中，如有可能在避免机械应力的情况下芯部同样接合到由两个夹紧元件限制的中间空间中。
但是，相应于本发明的实施变型方案同样可能的是，保持结构由非铁磁材料、尤其地由纤维加强的塑料制成。在这种情况中，保持结构虽然不是磁场回路的一部分，但是为此整个的组件具有相对于全金属实施方案明显更小的重量。
根据按照本发明的变压器的另一改进方案，每个芯部在其端侧处设有由绝缘材料制成的覆层(Auflage)。该覆层一方面用作电绝缘并且另一方面用作针对用于相关的芯部的碰撞减震的措施。优选地，该覆层由绝缘材料(例如塑料)制成，尤其地由玻璃纤维加强的塑料或硅橡胶制成。
根据按照本发明的变压器的另一有利的实施变型方案，在每个轭的端侧的端部处设置有承载部(Tr?ger)，其使轭相互连接，也就是说使下轭与上轭相连接。优选地，该承载部沿着一个或多个芯部的位于外部的纵向侧处被引导并且由各个相关的线圈体包围，也就是说，在线圈体的内部中以平行于各个芯部的方式引导承载部穿过，并且与相对的轭相连接。
附加地可设置拉杆，其使由夹紧元件形成的轭压靠线圈体，其中，分别不损害芯部。
总结地可确定的是，本发明设置成，代替至今为止通用的芯部压紧结构(在其中通过压靠芯部处进行绕组体或线圈体的固定)，使用绕组压紧结构。在此，借助于保持结构以与芯部无关的方式保持线圈体。芯部仅仅安置或悬挂到保持结构的为此设置的板上。
除了对以绕组或线圈压紧结构的带有所谓的悬挂的芯部的变压器的新型的设计方案的保护，本发明的目的同样为，给出用于制造该新型的变压器的方法，即，这样的变压器，其带有芯部，芯部由对于机械载荷敏感的非晶的材料制成的分层的条带组合在一起，带有至少一个围绕芯部的、相应由至少一个初级线圈和次级线圈形成的线圈体以及至少一个保持装置。
相应地，根据本发明的用于制造这种变压器的方法的特征在于，根据给出的顺序实施的以下步骤：
a) 提供由非晶的材料制成的带材料；
b) 分别由非晶带材料通过卷绕制造带有相同的、优选地矩形的横截面的环形的芯部；
c) 使两个矩形的单个芯部利用其纵向支腿彼此贴靠，并且利用带材料在单个芯部的卷绕平面中缠绕两个单个芯部，使得其具有三个带有相同的横截面的纵向支腿；(在此和在其它处，卷绕平面理解为这样的平面，即，在其中进行各个单个芯部的卷绕。)
d) 使如此制造的变压器芯部的外支腿分别设有电的US线圈或电的OS线圈；
e) 接着进行电的线圈的接线(Verschaltung)。
在此，线圈环(Wickelring)的短支腿分别形成磁性的轭。代替用于单个的线圈环的横截面的矩形形状，也可使用椭圆形的或圆形的横截面。
备选地可设置成，由总共四个带有并排布置的纵向支腿的卷绕部(Wickeln)形成变压器芯部，该纵向支腿机械地相互连接，使得以这种方式制造五支腿芯部。在此，如之前已经对于三纵向支腿的芯部指出的那样，优选地同样通过以下方式引起机械的连接，即，利用带材料在单个芯部的卷绕平面中缠绕单个芯部，并且如此实现单个芯部连接成五支腿芯部。
根据一种有利的实施变型方案适宜的是，为了碰撞减震和电绝缘的目的，在每个芯部的端侧处布置由硅橡胶制成的垫。
从其它从属权利要求中可得到其它有利的设计可能性。
本发明的这些和其它有利的设计方案以及改进方案为从属权利要求的对象。
附图说明
应根据在附图中示出的本发明的实施例进一步解释和描述本发明、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。
其中：
图1显示了带有完全的电接线的根据本发明的变压器的侧视图，
图2显示了沿着在图1中的切割线A-A的截面图，
图3显示了用于固定线圈体的支撑组件的侧视图，以及
图4显示了芯部支撑件的侧视图。
具体实施方式
在图1中显示了带有完全的电的外接线的根据本发明的变压器10的侧视图，变压器10作为三相变压器在三个线圈体12中分别具有一个芯部11，在所显示的示例中，利用U,V,W表示线圈体12的上部的电端子14,16,18，并且电端子14,16,18借助于连接导体20导电地相互连接。
三个线圈体12以紧密的间距彼此并排布置在一条线上，并且保持在下轭22和上轭24之间。
每个轭20,22分别由各两个夹紧元件25组合在一起，夹紧元件25分别构造成C形异型件，也就是说，其由桥接件26构造而成，该桥接件26带有在其纵向侧处指向相同侧且垂直地模制的凸缘28。夹紧元件25布置成彼此平行，使得凸缘28向外指向，而其无凸缘的后侧指向彼此。
在所显示的示例中，凸缘具有不同的宽度，具体而言如此地，即，位于线圈体12侧上的凸缘28比位于背离线圈体12侧上的凸缘(该凸缘几乎两倍宽)窄。尤其地，对于下轭22的夹紧元件25来说该设计方案证实为有利的，因为利用更宽的凸缘28保证相应更大的站立面(Aufstandfl?che)并且由此保证更高的稳定性。
夹紧元件25的分别面对线圈体12的凸缘28用于固定线圈体12并且由此用于在夹紧轭22,24时的力引导。此外，如也可从在图2中的视图中看出的那样，在下轭22的下凸缘28处安装有横杆30，在横杆30的外端部处固定有滚轮32，整个变压器10可在滚轮32上运动。
横梁34用于将线圈体12支撑在下轭22上，横梁34由不导电的材料制成并且优选地用作玻璃纤维加强的板36和板条(Leiste)38。该横梁34一方面与下轭22的上凸缘28相连接并且另一方面分别与置于下轭22上的线圈体12相连接。
以相应的方式在变压器10的上侧处重复该固定方式。在此为了锚定线圈体12的目的，同样相应地布置有由板36和板条38(两者分别由不导电的材料制成)形成的横梁34，其设置成用于使线圈体12和上轭24的下凸缘28刚性地相连接。
在图2(其给出沿着在图1中绘出的切割线A-A穿过根据图1的变压器10的横截面)中以从侧边观看线圈体12的方式显示了根据本发明的变压器10。
尤其地，该视图与在图1中通过观察由非晶的材料制成的芯部11(其保持或悬挂在下轭22和上轭中)而显示的视图不同。
如已经在另一部分中阐述的那样，在非晶的材料(其设置成用于制造变压器芯)的情况下应注意的是，丝毫不使芯部材料遭受机械载荷(例如通过压力)，因为由此引起芯部损失的增加。
出于这一原因，形成下轭22的夹紧元件25的下凸缘28设有支撑板40，各个芯部11位于支撑板40上。附加地，分别设置拉杆42，其贯穿下轭22和上轭24的夹紧元件25以及芯部11，并且因此用于芯部11的形状配合的支撑。
在上轭24的夹紧元件25(在所显示的示例中右侧的夹紧元件25)的上凸缘28处安装有绝缘体，其用于支撑连接线路20。在上轭24的相对的在所显示的示例中左侧上同样显示了连接导体，其与线圈体12中的至少一个相连接。
在图3中示出通过横梁34形成的用于固定线圈体12的支撑组件的侧视图，根据按照图1横梁位于外部还是位于内部，横梁34作为由玻璃纤维加强的塑料制成的板条38制造成窄的，或作为由玻璃纤维加强的塑料制成的板36制造成宽的。
在图3中所显示的示例中涉及这样的横梁34，即，其以位于外部的方式设置成用于支撑线圈体12。其结构如下。在形成横梁34的板条38的每个端部处插入螺纹杆46，其穿过板条38和位于板条38之下的由板48制成的板，并且相应地锚定在另一布置成垂直于板条38的由玻璃纤维加强的塑料制成的板条54中。
在位于变压器10的两侧处伸延的板条38之下分别设置有由硅酮制成的板50，由玻璃纤维加强的塑料制成的另一板条52联接到板50处。
最后，图4显示了用于由非晶的材料制成的芯部11的支座(Auflagerung)的侧视图。该支座包括由硅酮制成的上部的板58，由玻璃纤维加强的塑料制成的承载板42支撑板58。由玻璃纤维加强的塑料制成的承载板42自身由拉杆42穿透，拉杆42与在此未示出的上轭24的夹紧元件25共同作用并且支撑在夹紧元件25处。
参考标号列表
10 变压器
12 线圈体
14 电端子U
16 电端子V
18 电端子W
20 连接导体
22 下轭
24 上轭
25 夹紧元件
26 桥接件
28 凸缘
30 横杆
32 滚轮
34 横梁
36 由纤维加强的塑料(GFK)制成的板
38 由纤维加强的塑料(GFK)制成的板条
40 承载板
42 拉杆
44 绝缘体
46 螺纹杆
48 由纤维加强的塑料(GFK)制成的板
50 由硅酮制成的板
52 由纤维加强的塑料(GFK)制成的板
54 由纤维加强的塑料(GFK)制成的板
56 由硅酮制成的板

Claims (1)

1.一种以干式结构形式的变压器(10)，带有由非晶材料制成的卷带芯部形式的芯部，所述芯部对于机械载荷敏感，所述变压器(10)具有至少一个围绕所述芯部的、相应地由至少一个初级线圈和次级线圈形成的线圈体(12)，并且具有至少一个保持装置；
其特征在于，
所述保持装置用于相应地固定所述至少一个初级线圈和次级线圈，并且由至少两个夹紧元件(25)形成，所述至少两个夹紧元件彼此处于有效连接中并且在所述至少一个线圈体的每个端侧处对所述至少一个线圈体加载；
其中，由非晶材料制成的所述芯部由所述保持装置以悬挂的方式保持，并且以与所述芯部无关的方式保持所述至少一个线圈体。
2. 根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述变压器构造成三相变压器，并且具有三个带有芯部的线圈体。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的变压器，其特征在于，每个芯部构造成以环形的方式带有矩形的或椭圆形的或圆形的轮廓的由非晶材料制成的带材料制成的卷带芯部。
4. 根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，至少两个卷带芯部利用其纵向支腿并排布置，并且借助于由非晶材料制成的带材料在卷绕平面中缠绕所述至少两个卷带芯部以用于其机械的连接，其中，所有支腿具有相同的卷绕横截面。
5. 根据前述权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述夹紧元件由铁磁材料制成并且同时用作轭，其中，每个芯与所述保持装置的夹紧元件以导磁的方式相连接。
6. 根据前述权利要求1所述的变压器，其特征在于，每个芯部在其端侧处设有由绝缘材料制成的覆层。
7. 根据前述权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述夹紧元件由铁磁材料制成并且同时用作轭，在每个轭的端侧的端部处设置有承载部，所述承载部使所述轭相互连接。
8. 根据权利要求7所述的变压器，其特征在于，所述承载部沿着一个或多个芯部的位于外部的纵向侧处被引导并且由相关的线圈体包围。
9. 一种用于制造干式结构形式的变压器(10)的方法，所述变压器(10)带有由非晶材料制成的卷带芯部，所述卷带芯部对于机械载荷敏感，所述变压器(10)具有至少一个围绕所述芯部的、相应地由至少一个初级线圈和次级线圈形成的线圈体(12)，所述方法包括以下步骤：
a) 提供由非晶材料制成的带材料；
b) 分别由所述非晶带材料通过卷绕来制造每个都带有相同横截面的两个环形的单独的芯部；
c) 使所述两个单独的芯部定位成利用其纵向支腿彼此贴靠，并且利用所述带材料在所述单独的芯部的卷绕平面中缠绕所述两个单独的芯部，使得所述芯部具有三个带有相同的横截面的纵向支腿；
d) 提供用于固定所述形成的线圈体的至少一个保持装置，将所述至少一个线圈体支撑在所述保持装置上；
e) 以这种方式制造的所述变压器的外支腿分别设有电的初级线圈或电的次级线圈；
f) 紧接着进行所述电的线圈的接线；
其中，由至少两个夹紧元件(25)形成所述保持装置，所述至少两个夹紧元件彼此处于有效连接中并且在所述至少一个线圈体的每个端侧加载，将非晶材料制成的所述芯部由所述保持装置以悬挂的方式保持，并且以与所述芯部无关的方式保持所述至少一个线圈体。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，为了碰撞减震和电绝缘的目的，至少在每个芯部的下端侧处布置由硅橡胶制成的垫。
11. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，为了碰撞减震和电绝缘的目的，在每个芯部的两个端侧处布置由硅橡胶制成的垫。
12. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述芯部的横截面是矩形的。
CN201080017086.9A 2009-04-11 2010-03-23 带有非晶的芯部的功率变压器 Active CN102388424B (zh)

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