CN103477403A - 连续的换位导线 - Google Patents

Abstract

为了可以从生产技术上制造具有共同绞合的、重叠放置的分导线的换位导线并且为了可以将这样的换位导线随后加工成绕组，建议两个相邻的、重叠地设置的单导线（11）在它们的接触面（16）上力锁合地相互连接、优选相互粘接。

Description

连续的换位导线

技术领域

本发明涉及一种由多个单独的、电绝缘的单导线构成的连续的换位导线，在所述连续的换位导线中每两个或更多个重叠设置的单导线组合成一个单导线组并且被共同绞合；本发明还涉及一种具有由这种连续的换位导线制成的绕组的变压器。

背景技术

连续的换位导线中被认为是这样的导线，其制造长度很大——例如若干千米的长度亦不罕见——并且随后被加工成电气设备的绕组，例如变压器绕组。通过绕线过程，所述换位导线遭到剧烈的弯曲。与之相对，具有小长度的绕组线棒或者说罗贝尔线棒由手工制造并装配成电气设备（例如电动机或发电机）的绕组，其方法为：将直的线棒嵌入转子上的线槽内，随后将线棒的轴向末端按一定方法相互连接，以构成绕组。这种绕组线棒同样由一列相互绞合的单导线制成，而制成的线棒在其继续加工过程中不再被弯曲或以任何另外的方式弯折，这使得所述线棒的绞合的分导线或者说分导线组总保持在位置上。所以，连续的换位导线和绕线组棒在继续加工中产生的问题在原则上不一样，因此是无法直接相互比较的。

众所周知，在变压器中，特别是在绕组的主要部分（中部）中，产生轴向电磁磁场（纵向磁场），所述磁场通过电磁感应在绕组导线内部形成涡流，导致涡流损失。涡流损失不但降低变压器的效率，还导致非期望的局部温度过高，这种高温又可能导致绕组绝缘性的损坏。通过使用已知的连续的换位导线可降低这样的涡流损失。所述连续的换位导线由一束单独的、绝缘的各自相互绞合的分导线构成，例如按罗贝尔换位原理，如图1中所示。例如由EP746861可知这样的连续的换位导线，所述导线在此机械化地、自动化地制造，其长度达几千米，并绕到鼓轮上以用于航运。所述换位导线的特征在于，其具有足够绕制成绕组的弯曲柔软度。

由AT309590也可知，在绕组线棒或者说罗贝尔线棒中，如此设置绞合，使得总是两个相邻的分导线被共同地绞合。这样一来，不仅纵向磁场可以通过换位而抵消，而且线槽内部已经造成损害的径向磁场也可得到补偿。罗贝尔线棒始终主要以手工制造，其方法为：较小长度的分导线在特殊的工作台上由工人手工绞合。以这种方式，即使两个相邻的分导线共同绞合，也可以简单地制造出罗贝尔线棒。然而，罗贝尔线棒不是被绕制的，而是通过将罗贝尔线棒的末端相应连接而由多个罗贝尔线棒“构造”成一个绕组。

然而今天，对变压器的要求越来越多，一方面针对体积和功率，另一方面针对功率和降低例如由涡流损失引起的损耗。尤其在大功率变压器中发生非期望的、由磁场引起的、显著的涡流损失。此外，热点温度的降低、电压比及充填系数在变压器绕组设计中也有着重要意义。

对于当今已知的换位导线，由于换位导线制造过程中的物理限制，通过所述换位导线的几何结构和制造可行性对上述性质进行改善是不可能的。可能用于绞制换位导线的换位导线-单导线的总数由所谓的绞合系数限制。所述的绞合系数f_D与变压器绕组内部直径、单导线数量和单导线宽度相关并且通过下列已知算式描述：

$f_D=\frac{\mathrm{WD}\·\mathrm{\π}}{n\·b_1}$

其中各项指：

WD  最小绕线直径

n   单导线数量

b₁  单导线宽度

通过该当前的制造技术，至多可能将换位导线以最小绞合系数f_D=5制造，其中单导线数量或者说线数宽度与绕组直径相关。由绞合系数产生的这种制造技术局限使具有更多单导线的换位导线的制造受到限制。此外，在具有传统换位导线的变压器绕组中，电压分布也成问题，因为由平行设置的换位导线之间的电压差导致非期望的电容产生。此外还产生显著的涡流损失及随之产生的在换位导线内部或者说绕组内部的高温。

在采用多个单导线（所述多个单导线共同作为导线束被绞制成换位导线）的情况下可减少产生的涡流损失并因此降低热点温度。例如由EP133220A2可知这样的换位导线，其中多个分别由一组圆形的单导线构成的芯线绞合成电导体。与之类似，在US4431860A中，各单独的芯线本身中的单导线再次绞合，由此单导线数量虽受到遵循绞合系数为5的物理限制，却得以提高。然而采用如EP133220A2的圆形单导线却使充填系数变差，由此换位导线截面在规定的铜线截面的情况下非期望地大。在芯线的一种设计中，可使圆形的单导线以堆叠的方式变为矩形，这样虽然可使充填系数略微改善，然而却需要额外的工序，从而增加制造成本。

EP133220A2和US4431860A中的换位导线毕竟有着决定性的制造成本高的缺点，因为首先须将一定数量的单导线通过单导线的绞合而制成分导线，然后才能将该紧凑的分导线绞制成换位导线。这样一来产生了至少一个额外的工作步骤及所有随之相关的缺点，如所述单导线和分导线的存储和操作、不同的绞制设备、更长的生产时间等等。是故，人们至今在实践中不考虑这种按现有技术水平的换位导线。通过对单导线的绞合，人们到底还是获得了一种紧凑的、自身稳定的分导线，所述分导线内部的单导线互相之间无法相对地移动，并因此适于后续进行的换位导线的绞制。至今具有由多个单导线构成分导线的换位导线只能如此制造。

在将松散地重叠放置的分导线绞合在一起时，可能发生各单个的分导线的相互移动，这则会使制造出的换位导线无法使用。迄今为止，在制造连续的换位导线的连续的制造过程中，不能将两个或更多个重叠放置的单导线在一个工作步骤中共同绞制。这种制造换位导线的方法因此由于生产技术原因迄今还是不可掌控的。此外，具有由松散地重叠放置的单导线组成单导线组的换位导线无法被加工成绕组，因为单导线因其在绕制中产生的不同的径向位置的原因可能互相相对移动，或使径向内侧的单导线隆起。因此这样的换位导线也无法被继续加工成绕组。

发明内容

因此，本发明的目的是给出一种具有共同绞制的、重叠放置的单导线的换位导线，所述换位导线可通过简单的方法制造，并且能够被继续加工成绕组。

根据本发明，这一目的如此实现，即两个相邻的、重叠地设置的单导线在它们的接触面上相互力锁合地、优选粘接地连接。在进行绞制换位导线前将两个单导线在其接触面上进行所述的力锁合地连接，相比将这些单导线绞合成分导线而言，从生产技术上说显然更简单。同时，通过力锁合连接确保了，确保所述换位导线可如往常一样竖着绕成绕组，因为如此避免了处于不同半径上的单导线相对移动或径向内侧的单导线隆起。

特别有利的是，所有相邻的、重叠地设置的单导线分别在它们的接触面上相互力锁合地、优选粘接地连接。

在单导线组中的单导线按n×n或n×m布置的情况下，有利的仍然是两个相邻的、重叠地设置的单导线分别在它们的接触面上相互力锁合地、优选粘接地连接，因为如此可得到极其稳定的分导线，所述分导线确保可被加工成换位导线，并且该换位导线也确保可进行绕制。更好的是，所有相邻的、重叠地设置的单导线分别在它们的接触面上相互力锁合地、优选粘接地连接。

为了便于单导线的力锁合连接，可对单导线的边缘进行倒圆处理，并且单导线组的单导线的界定两个并排或重叠放置的单导线的接触面的边缘的倒圆半径小于所述单导线组外边缘的倒圆半径。这样可获得用于连接所述单导线的较大的可用面积。这也使所述单导线的连接稳定。

若在根据本发明的换位导线中将单导线的绝缘层的厚度设置为介于0.03mm和0.08mm之间、优选为0.06mm，可使所述换位导线的充填系数得到改善，因为这样可通过减少漆层而有效地抑制由于换位导线中的单导线的数量增多而造成的换位导线内的提高的漆含量。

在已知的具有传统的平行绕制的换位导线的变压器绕组中的电压分布显著差于在采用根据本发明的、具有分开的单导线的换位导线的情况下。在传统的变压器绕组中，由于平行设置的换位导线之间的电压差产生电容，其在采用根据本发明的、具有分开的单导线的换位导线时是不会产生的，因为集束中的各单导线互相绞合。此外，通过将平行的换位导线统一成具有分开的单导线的换位导线总地来说使充填系数得到改善，并且变压器在外部尺寸上更为紧凑。因此，在变压器绕组中采用根据本发明的换位导线是极其有利的。

附图说明

以下通过根据示出示例性的且非限制性的有利的实施方式的图1至4说明本发明。图示：

图1根据现有技术的传统换位导线；

图2根据本发明的换位导线，其具有单导线组，该单导线组具有重叠设置的多个单导线；

图3根据本发明的换位导线的横截面；

图4根据本发明的换位导线的横截面，该换位导线的单导线组具有按n×n布置的单导线。

具体实施方式

图1示出长久已知的换位导线1，所述换位导线由一定数量的电绝缘的单导线2构成，所述单导线设置成两个单导线堆叠3。单导线2在此已知地如此绞合，即单导线从最上方的层换位至最下方的层。在此，单导线2具有矩形的横截面和倒圆的边缘。为了确保将单导线束集合在一起形成换位导线1，或为了保护所述换位导线，也可用网带、纸带或类似的材质设置缠绕层4。

图2和3显示根据本发明的换位导线10，所述换位导线由多个单独的电绝缘的单导线11构成。在所述换位导线10中，每两个重叠放置的单导线11组合成一个单导线组12并且被共同绞合。“重叠”在此指，在矩形的单导线横截面的情况下单导线11在它们的纵侧面上在接触面16上贴靠地设置的。一个单导线组12然而也可以包含多于两个重叠地设置的单导线11，并因而包含更多个处于每两个单导线11之间的接触面16。

出于例如在运输中保护单导线11或加固换位导线10的目的，所述换位导线10在此可再用缠绕层4包绕。

在变压器绕组中，所述换位导线10竖着绕制，使得单导线组12₁的单导线11₁与同一单导线组的单导线11₂相比处在较大的绕组半径上。这对其他单导线组12₂至12₅也同样适用。为了避免单导线组12的单导线11₁、11₂在绞合或绕制中相对互相移动或径向内侧的单导线112在绕制中隆起，单导线组12的单导线11₁、11₂在它们的接触面16上（就绕制而言在径向方向上）力锁合地相互连接，优选地使单导线11₁、11₂在它们的接触面16上相互粘接。

在根据本发明的换位导线10的另一种可能实施方式中，单导线组12具有多个并排及重叠设置的单导线11，如图4所示的例如单导线11的n×n布置，或是单导线的n×m布置。在此，并排放置的单导线11在第二接触面14上相互接触，而重叠放置的单导线11在第一接触面16上相互接触。单导线组12中并排放置的单导线11同样也可在它们的接触面14上（与轴向方向的绕组有关）力锁合地相互连接，优选相互粘接。这样也确保并排设置的单导线11在绞合过程中发生侧向移动时不会相对移动，并由此确保单导线11在单导线组12内保持在规定位置上。

作为在所述单导线的窄侧面（接触面14）上的力锁合连接的替换或补充也可以设置，界定单导线组12的两个相邻的单导线11的接触面14的边缘的倒圆半径r₂小于所述单导线组的外边缘的倒圆半径，如图4所示。此处的“外”边缘指单导线组12的产生的矩形（或正方形）的横截面的边缘。原则上，仅仅一个边缘或在每个单导线11分别只有其中一个边缘以较小半径r₂进行倒圆处理，基本上就足够了。但考虑到充填系数，最好对所述单导线11的所有边缘都以较小半径r₂进行倒圆处理。这样一来，通过小半径r₂产生足够大的接触面14。在绞合过程中，单导线组12固然必定被侧向移动，而所述足够大的接触面积使得在所述绞合过程中单导线11的彼此或上下移动得以避免。否则，在必需的大的外半径r₁的情况下单导线11可能很轻易地在半径上相互滑动并使得所述的单导线11的彼此或上下移动轻易地发生，从而使绞合过程几乎无法进行。

另外还可进行设置，界定在两个相邻的重叠放置的单导线11之间的接触面16的边缘的一个或全部设计有较小的倒圆半径r₂，如图4中在单导线组12₅上所示。

在界定接触面14、16的边缘上设置较小半径r₂还具有这样的优点，即由此可提供用于所述力锁合连接的较大的有效面积，例如较大的粘接面积。

根据本发明的换位导线10可极其有利地安装在一变压器绕组中，其中一个根据本发明的换位导线10可替代两个传统的平行绕制的换位导线（例如如图1所示），因为在根据本发明的换位导线10中存在明显更多的（例如两倍多）的单导线11。

根据本发明的换位导线10在相等的横截面上有着较传统换位导线较小的充填系数，因为每个单导线11都必须绝缘，而由于所述较多数量的单导线11，在所述横截面中理所当然地存在更多的绝缘部。单导线11的绝缘层根据通行标准在第1级时为0.1mm，而在第2级时为0.15mm。等级为1的品质实际上更多的用于今天的换位导线中。为了改善在相同的横截面时根据本发明的换位导线10的充填系数，可规定降低绝缘层厚度，优选地降低到0.03mm至0.08mm范围内，也优选0.06mm。

Claims (7)

1.一种由多个单独的、电绝缘的单导线（11）构成的连续的换位导线，其中每两个或更多个重叠设置的单导线（11）组合成一个单导线组（12）并且被共同绞合，其特征在于，单导线组（12）的两个相邻的、重叠地设置的单导线（11）在它们的接触面（16）上力锁合地相互连接、优选相互粘接。

2.按权利要求1所述的连续的换位导线，其特征在于，单导线组（12）的所有相邻的、重叠地设置的单导线（11）分别在它们的接触面（16）上力锁合地相互连接，优选相互粘接。

3.按权利要求1或2所述的连续的换位导线，其特征在于，单导线组（16）中的单导线（11）按n×n或n×m的布置进行设置，并且两个相邻的、并排地设置的单导线（11）在它们的接触面（14）上力锁合地相互连接、优选相互粘接。

4.按权利要求3所述的连续的换位导线，其特征在于，单导线组（12）的所有相邻的、重叠地设置的单导线（11）分别在它们的接触面（14）上力锁合地相互连接，优选相互粘接。

5.按权利要求1至4之一所述的连续的换位导线，其特征在于，单导线（11）的边缘设计成倒圆的，并且单导线组（12）的单导线（11）的界定两个并排和/或重叠放置的单导线（11）之间的接触面（14、16）的边缘的倒圆半径（r₂）设计成小于该单导线组（12）的外边缘的倒圆半径（r₁）。

6.按权利要求1至5之一所述的连续的换位导线，其特征在于，单导线（11）的绝缘层的厚度设计成在0.03mm和0.08mm之间、优选为0.06mm。

7.一种变压器，其具有由按权利要求1至6之一所述的连续的换位导线（10）制成的绕组。

Images