CN103168331A - 具有至少一个带状线圈的可冷却的变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于变压器（90）的带状线圈（10、40、60、70、80），其包含若干个具有分别围绕线圈轴（16、42、66、92）缠绕的带状导体（18）的线圈模块（12、14、44、46、64）。一个线圈部分由至少两个径向上相邻的线圈模块（12、14、44、46、64）形成，其中在至少两个径向（20）上相邻的线圈模块（12、14、44、46、64）之间安放至少一个沿轴向（16、42、62、92）延伸的冷却通道（22、48、62）。设置至少两个轴向（16、42、62、92）相邻的线圈部分并且线圈模块（12、14、44、46、64）通过连接导线（26、50、52）电气串联。至少一个连接导线（26、50、52）至少部分沿冷却通道（22、48、62）的轴向（16、42、62、92）延伸方向穿过该冷却通道。

Description

具有至少一个带状线圈的可冷却的变压器

技术领域

本发明涉及一种用于变压器的带状线圈，其包含若干个分别具有围绕一个绕轴缠绕的带状导线的线圈模块，其中由至少两个径向上相邻的线圈模块形成一个线圈部分，其中在至少两个径向上相邻的线圈模块之间设置一个沿轴向延伸的冷却通道，其中至少设置两个轴向上相邻的线圈部分并且线圈模块通过连接导线电气上串联接通。

背景技术

通常在低压范围内将带状线圈用于若干100kW至10MW以及以上的功率范围的干式变压器是公知的。带状线圈具有这样的优点，在二级侧只有几kV的低电压情况下导通相应大的电流，其中以扁平的导线构造有利地减少了集肤效应。在一级电压为若干个10kV时，高电压侧的导通电流相应较小，由此证明圆形或者矩形的导线制成的线圈是有利的。低压线圈和高压线圈通常以相同的线轴制成，其中出于绝缘方面的考虑将低压线圈放在径向的内部而高压线圈放在径向的外部。

带状线圈的线圈导线通常具有矩形的横截面积，其中线圈缠绕成像卷的形状。线圈层具有一个正好外部绝缘的矩形的线圈导线，其螺旋状地围绕绕轴缠绕。根据变压器的设计形式，也有可能在变压器的一个核心转轴上，轴向相继安放两个或者更多个这样的线轴。

此外出于冷却目的通常需要至少一个沿着线圈的轴向延伸方向的冷却管道，优选借助线圈内部的自然的空气冷却以排出热损失。为了达到最佳的冷却效果，在径向上将带状线圈分成若干个中空的圆柱形的区段或者模块，其中两个径向上彼此相邻的模块通形成同样中空的圆柱形的冷却通道，其根据设计形状也可以由若干个管状小通道构成。

因此通常情况下，带状线圈在轴向和径向上都由若干个彼此相邻的线圈模块形成，其为了实现所需的电气功能而进行串联连接。这里关注的是线圈模块的正确的线圈功能，因此在同一个模块中产生的感应电压不能相互也不能部分抵消。

然而不利的是，在制造这类带状导线线圈时，同一个模块的电气串联电路通常只有在最外面的线圈模块缠绕之后才能完成，这特别是通常在径向上设计的高电压线圈中导致繁冗的并且占空间的关于径向上位于外部的高电压线圈的导线线路。

发明内容

基于现有技术，本发明的目的在于，提供一种节省空间且简单可行的带状线圈的同一个线圈模块的电气串联电路。

该目的由开头所述形式的带状线圈实现。其特征是，至少一个连接导线分段地沿着冷却通道的轴向延伸方向穿过该冷却通道。

本发明的基础思想在于，将在冷却通道内存在的空间应用于安放带状线圈的连接导线。通常连接导线为杆状，因此通常冷却效果只受到连接导线的轻微影响。连接导线可以以有利的方式在导线的冷却通道制造过程中引入冷却通道。线圈制造过程就只包括径向最里面的模块的缠绕，然后将冷却通道引入，其中根据需要将径向最里面的模块的至少一个线圈端头通过冷却通道的至少一个区域借助连接导线引导到待制成的线圈缠绕的一个端面。在将冷却通道引入之后，可以缠绕在径向上的下一个的线圈模块，其中同样可以根据需要借助由设置在冷却通道内的连接导线将连接引导到两侧的其中一侧上。

在径向上位于外面的高压线圈的缠绕完成之后，以有利的方式实现在端面上引出的连接线节省空间地彼此连接。根据轴向上和径向上彼此相邻的线圈模块数量，有很多种可能的连接形式。如开篇出所述，在每种情况下都关注各个线圈模块的线圈效果，由此存在连接导线的安放方法的额外的限定条件。

在根据本发明的带状线圈的有利的设计方案中，将延长的延伸轨道设置用作穿过冷却管道延伸的连接导线。延伸轨道至少在其两个终端的其中一个处具有与其它延伸轨道良好的连接可能，如同为了连接各个线圈模块对端面所提出的要求。此外延伸轨道是常见的零件，其不需要额外的构建花费并且其直径（例如几个厘米）非常好地匹配于冷却通道。

根据另外一个本发明的变形，至少两个连接线电气连接到带状线圈的端面上。随后的线圈部分的连接在所有所需的包含可能存在的高压线圈的线圈部分的缠绕完成后，为了便于接触到而连接到线圈的端面上是特别有利的。

以根据本发明的带状线圈达到的优势相应也适用于变压器，其包含一个变压器内核、至少一个根据权利要求1-3形成为低电压线圈的带状线圈和至少一个断流的线圈作为高压线圈。在有利的方式中，既可以实现整个变压器的体积的缩小又能够实现简便的集成构造。为了可以应用于能源分配网络，此类变压器优选形成为三阶，即一共具有三个高电压线圈和三个低电压线圈，而它们彼此之间电流不导通。

其它有利的设计方案在从属权利要求中给出。

附图说明

借助在附图中示出的实施例详细阐明本发明及其多种设计方案以及优点。

其中示出：

图1：第一实施方式的带状线圈的截面图，

图2：第二实施方式的带状线圈的俯视图，

图3：第三实施方式的带状线圈的截面图，

图4：第四实施方式的带状线圈的截面图，

图5：第五实施方式的带状线圈的截面图，以及

图6：具有带状线圈的三阶变压器的侧视图。

附图标记说明

10	第一实施方式的带状线圈的截面图
		12	第一个线圈部分的线圈模块

14	第二个线圈部分的线圈模块
		16	线圈轴
18	带状导线的线圈层
		20	带状线圈的径向延伸方向
22	冷却通道
		24	第一个端面的连接点
26	连接导线
		28	第二个端面的连接导线
30	高电压线圈
		32	杂散通道
40	第二实施方式的带状线圈的俯视图
		42	线圈轴
44	第一线圈模块
		46	第二线圈模块
48	冷却通道
		50	在冷却通道内的第一连接导线
52	在冷却通道内的第二连接导线
		60	第三实施方式的带状线圈的截面图
62	冷却通道
		64	线圈模块
66	线圈轴
		70	第四实施方式的带状线圈的截面图
80	第五实施方式的带状线圈的截面图
		90	具有带状线圈的三阶变压器的侧视图
92	线圈轴
		94	变压器内核
96	具有第一高压线圈的第一低压线圈
		98	具有第二高压线圈的第二低压线圈
100	具有第三高压线圈的第三低压线圈

具体实施方式

图1示出了带状线圈的第一个实施方式的截面图10，其大体上关于线圈轴16对称地延伸。带状线圈具有两个线圈部分，其中第一线圈部分由两个径向相邻的线圈模块12形成而第二线圈部分由两个径向上沿参考标记20所象征的轴相邻的线圈部分14形成。线圈部分12、14的横截面分别形成为矩形，其中在图1的左下部分示出的线圈部分14还示出了一个带状导线的若干个线圈层18。每一个线圈层18都由绝缘层包裹，为了能够绝缘至少在相邻的线圈层之间电压差。根据线圈的设计方案，也为额定电压设计绝缘作用。根据不同的设计方案，此类带状导线的宽度从几个厘米直到将近两米，其中线圈层数的数目肯定超过此处示出的四层，例如几十层。由于围绕线圈轴16安放，每个线圈部分12、14基本上具有中空的圆柱形的设计。

在径向上彼此相邻的线圈模块之间安放沿线圈的整个轴向长度延伸的冷却管道，该管道可以基本上由绝缘的塑料材料制成并且由参考标记22象征性示出。此类冷却通道可以由套壳制成，其由两个中空的圆柱体（一个套在另外一个外面）共同形成，其中由中空的圆柱体包围的内腔形成真正的冷却通道。为了保证结构的稳定，两个中空的圆柱体以适当的优选的在轴向上的部件（例如小木板）彼此相隔。第二个线圈部分的线圈模块14的两个电气接口通过连接导线26在冷却管道22的内部节省空间地引到线圈的上端面。此处电气接口在连接点24，例如借助螺钉与第一线圈部分的线圈模块12的接口电气相连。两个线圈模块14的其它电气接口在另外一个端面与连接导线28彼此相连，由此将四个线圈部分电气串联。

径向向外使高压线圈30，其通过杂散通道32在径向上围绕线圈模块设置，并且与线圈模块相距一定距离。杂散通道32在有需要的情况下同样适用于，其中连接导线26至少部分引导到线圈的两个端面的其中一个。

图2示出了带状线圈的第二个实施方式的俯视图40。该视图中再次清楚地示出了中空圆柱形的围绕旋转线轴42设置的线圈模块44、48，二者中间同样是空心圆柱形的冷却通道48。在该冷却通道内，以参考标记50、52示出了两个杆状的连接导线，其具有正方形的横截面。通过该导线实现了轴向上相邻的线圈模块的电气连接，图中未示出。

图3示出了带状线圈的第三个实施方式的截面图60。其与图1所示的线圈构造非常相似，然而在两个线圈部分中一共设置了8个线圈模块64，其中一共有三个冷却通道62。然而该例中只在径向上最内和最外的冷却通道中需要引导连接导线。图中没有示出高电压线圈，然而已经设置在径向的外侧。

图4示出了带状线圈的第四个实施方式的截面图70，其中在三个线圈部分中一共设置有六个线圈模块。轴向上位于中间的线圈部分的电气连接通过连接点实现，该连接点部分不位于端面上。这要求额外地注意对于各个线圈模块的缠绕过程的顺序，因此会更加费事。

图5示出了根据本发明的带状线圈的变形的第五个实施方式的截面图80，其具有六个线圈模块，两个线圈部分和两个冷却通道。各个模块的连接中可以看出，已经注意了其各自的线圈功能，即不会提高在线圈模块中的感应电压。

图6示出了具有带状线圈的三阶变压器的侧视图90。一共设置了三个线圈主体96、98、100，其分别具有径向在内的低压侧带状线圈和径向在外的高压侧圆形和矩形线圈，然而从该图中无法识别出其形状。三个线圈主体的每一个都沿着各自的线圈轴92围绕三阶变压器内核94的各个支路设置。通过根据本发明的将连接导线设置在冷却通道中实现了变压器的构造尺寸的降低或者在同样的尺寸下实现更高的额定功率，两者在图中都无法看出。

Claims (5)

1.一种用于变压器（90）的带状线圈（10、40、60、70、80），所述带状线圈包含若干个具有分别围绕线圈轴（16、42、66、92）缠绕的带状导体（18）的线圈模块（12、14、44、46、64），其中一个线圈部分由至少两个径向上相邻的线圈模块（12、14、44、46、64）形成，其中在至少两个径向（20）上相邻的线圈模块（12、14、44、46、64）之间安放至少一个沿轴向（16、42、62、92）延伸的冷却通道（22、48、62），其中设置至少两个轴向（16、42、62、92）相邻的线圈部分并且线圈模块（12、14、44、46、64）通过连接导线（26、50、52）电气串联，其特征在于，

至少一个连接导线（26、50、52）至少部分沿冷却通道（22、48、62）的轴向（16、42、62、92）延伸方向穿过所述冷却通道。

2.根据权利要求1所述的带状线圈，其特征在于，设置延伸轨道作为穿过所述冷却通道（22、48、62）的所述连接导线（26、50、52）。

3.根据权利要求1或2的任意一项所述的带状线圈，其特征在于，所述至少两个连接导线（26、50、52）在所述线圈的端面电气相连（24、28）。

4.一种变压器（90），包含一个变压器内核（94）、作为低压线圈的至少一个根据权利要求1-3中任一项所述的带状线圈和作为高压线圈的至少另一个与所述低压线圈电流不导通的线圈。

5.根据权利要求4所述的变压器，其特征在于，所述变压器设置成三阶变压器。

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