CN104040651A - 变换器芯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及变换器芯(30、50、80、100、110),其包括由磁性带状材料(12、14、16)所缠绕的至少三个空心筒矩形芯盘(10、42、44、46、52、54、56、82、84、102、104、112),其中两个相对芯柱区域(20、22)以及上(24)轭区域和下(26)轭区域沿周向通路(18a、18b、18c、18d)形成。芯盘(10、42、44、46、52、54、56、82、84、102、104、112)包括与隶属芯柱(20、22)区域中的周向通路(18a、18b、18c、18d)平行的一个第一(60、64、90、94)倾斜区域和至少一个第二(58、62、86)倾斜区域。至少三个芯盘(10、42、44、46、52、54、56、82、84、102、104、112)按照多边形布局(48)在它们的隶属第一倾斜区域(60、64、90、94)连接,其相邻地面对面设置。在各芯柱区域(20,22)中预见至少一个平板(66,68,88,92,106),其与隶属相邻倾斜区域(58,60,62,64,86,90,94)齐平和刚性地连接。

Description

变换器芯
本发明涉及变换器芯,其中包括由磁性带状材料所缠绕的至少三个空心筒矩形芯盘,其中两个相对芯柱区域以及上轭区域和下轭区域沿周向通路形成,芯盘包括与隶属芯柱区域中的周向通路平行的一个第一倾斜区域和至少一个第二倾斜区域,并且至少三个芯盘按照多边形布局在它们的隶属第一倾斜区域连接,其相邻地面对面设置。
已知用于输电的变换器额定为例如10 kV、60 kV、110 kV或以上的电压水平,而额定功率达到例如1 MVA、10 MVA或者甚至100 MVA。这类变换器的变换器芯通常基于例如0.2 mm … 0.3 mm厚的堆叠金属片。由于这种变换器芯的操作期间的永磁重新取向,产生磁损,其对变换器芯还具有加热效果。
还已知与标准变换器芯相比,由非晶材料所制成的变换器芯提供降低的芯损耗。非晶材料通常作为带状耐火材料是可得到的,其针对任何机械应力极为敏感,并且具有例如30 μm或以下的厚度。因此,非晶变换器芯必须由这种带状材料来缠绕,而这种带的宽度可能达到例如30 cm,并且必须缠绕数千层。另外,缠绕非晶变换器芯对例如也通过机械碰撞所产生的机械应力敏感。而且承受这样的变换器的重量也认为是机械应力。
非晶材料的变换器芯在操作期间必须冷却,因为降低的芯损耗的效果仅在低于例如140°的温度范围中获得,否则芯损耗将不利地增加。由于非晶变换器芯的高脆弱性并且由于带状非晶材料的可用宽度的限制,具有非晶变换器的变换器的最大额定功率在当前局限到10 MVA。
还已知变换器芯能够按照多边形布局来构成,三相变换器优选地按照三角形布局来构成。由于这种优选完全对称的构造,这种变换器的电行为也是对称的。附加优点通过更紧凑和节省空间的布置来获得。另一方面,多边形和三角形变换器芯经受降低的稳定性,特别是在它由隶属芯盘来形成的情况下。一方面,这类芯盘更易于制造,另一方面,这样的芯盘因倾斜区域而更脆弱,并且相邻芯盘的机械稳定连接较难。
现有技术中的不利之处在于,具有多边形布局的变换器芯具有降低的稳定性,并且在由缠绕带状非晶材料来制成的非晶变换器芯的情况下,还具有极脆弱的结构。
基于这种现有技术,本发明的目的是提供一种具有增加的机械稳定性的多边形变换器芯、特别是非晶多边形变换器芯。这个问题通过上述种类的变换器芯得到解决。其特征在于,在各芯柱区域中预见至少一个平板,其与隶属相邻倾斜区域齐平和刚性连接。
本发明的基本思路在于,通过在隶属倾斜区域(其特征在于与非倾斜区域相比降低的机械稳定性)上连接平板,增加这种变换器芯的机械稳定性和硬度。因此,平板和倾斜区域必须关于其基本形状来适配。当然,也有可能在隶属弯曲倾斜区域上连接弯曲板。由于按照多边形—优选地为三角形—布局的芯的设计,缠绕磁性带状材料的宽度按照形成具有非矩形形状的隶属截面的方式逐层改变。优选地,隶属芯盘的芯柱区域中的截面按照在相邻芯盘的第一倾斜区域之间没有或者至少几乎没有构建间隙的方式来成形。因此,一方面相邻芯盘更易于并且更稳定地连接,以及另一方面,增加由相邻芯盘的两个隶属芯柱段来形成的芯柱的磁有效截面。在本发明的框架之内,具有圆角、即更对应于椭圆而不是矩形形状的布局的芯盘也必须被看作是矩形的。在最简易情况下,磁性带状材料可比拟堆叠变换器芯的典型金属片,并且厚度为例如0.2 mm或0.3 mm。又在这种情况下,缠绕芯盘的机械稳定性与堆叠变换器芯相比降低,而通过本发明有利地是稳定的。
按照本发明的变换器芯的原理例如还能够用于电抗器芯。
按照本发明的一优选实施例,缠绕磁性带状材料是非晶材料,其比类似形状的金属片明显更脆弱。此外,这种非晶材料的层的厚度明显要小,例如30 μm或以下。因此,按照本发明的非晶芯盘的机械稳定的效果再次增加。
按照本发明的一优选实施例,至少一个板至少在其平面侧之一上通过胶合接合与隶属相邻倾斜区域齐平和刚性地连接。基于胶合的连接相当容易制造,而缠绕带状材料的层的至少大多数随之固定。因此,有利地降低层的振动,并且增加机械稳定性。在其液态的胶合填充倾斜区域上的任何不匀性,并且以高机械稳定性实现机械连接。按照本发明的某些实施例,连接到芯盘的倾斜区域的平板包括一些孔、长孔或其它切口。机械稳定性没有随之降低,而是变换器的重量有利地随之减小。
按照本发明的另一实施例,隶属第一倾斜区域与隶属平板齐平和刚性地连接。板的机械稳定效果在第一倾斜区域是最高的,因为相邻芯盘之间的连接也通过使用那些第一区域来实现。这种连接可例如通过带状材料来实现,带状材料围绕相邻芯盘的相邻芯段来缠绕,使得永久压力施加在相邻板上。
根据本发明的另一个实施例,相邻第一倾斜区域齐平和刚性地连接到它们之间的相同板。这种连接可例如通过胶合接合从两侧来实现。因此,变换器芯的机械稳定性将再次增加。不要求重打开这种芯以用于在隶属变换器芯柱上设置线圈,因为这种线圈的导体也能够围绕封闭芯的芯柱来缠绕。
按照本发明的另一实施例,相邻第一倾斜区域齐平和刚性地连接到它们之间的隶属单独和堆叠板。因此,变换器片的各隶属第一区域连接到单独平板,而隶属板面对面设置或可选地隔着一个或多个附加板面对面设置。因此,其上连接了平板的各芯盘能够单独制造,而芯盘能够在以后连接。制造变换器芯的过程有利地随之简化。
按照本发明的加一个实施例,单独和堆叠板通过胶合接合、螺杆或焊接来连接。所有种类的连接提供高机械稳定性,而螺杆连接可分解的,使得芯可被拆卸。
按照本发明的一优选实施例,至少一个板齐平和刚性地连接到第一倾斜区域,并且延续隶属第一区域的维度,使得形成覆盖区域。由于非晶变换器芯的预期磁特性与不超过某个温度范围极大地相关,所以要求变换器的充分冷却。通过形成这种重叠区域,获得用于与环境的热交换的附加表面。
按照本发明的另一个实施例,至少一个延续板在覆盖区域中弯曲。因此,例如连接到隶属第一倾斜区域的这种板的机械稳定性再次增加。此外,随更少所需空间而获得附加冷却效果。
当然,还有可能按照芯柱之外类似的方式来对轭的截面成形,并且在其上设置板。那些板的优点相当于在芯柱段连接到倾斜区域的优点。
按照本发明的另一个实施例,隶属芯柱区域中形成的芯柱由隶属第二倾斜区域(其与隶属板齐平和刚性地连接)包围。还连接形成由两个芯柱区域所组成的芯柱的外表面的第二倾斜区域还将增加变换器芯的机械稳定性。此外,随之提供芯柱的机械保护。如果隶属线圈的导体围绕已经制造的变换器芯的芯柱来缠绕,则这种保护是特别感兴趣的。在这种情况下,旋转移动施加在待缠绕的线圈(其在芯柱表面上滑动)上。随之保护芯柱免受这种滑行移动。
按照本发明的另一实施例,相邻第二倾斜区域与公共板齐平和刚性地连接。因此,公共板是两个相邻芯盘的重叠倾斜区域,使得芯盘的机械连接随之得到改进。按照本发明的另一实施例,弯曲公共板,使得随之补偿两个相邻倾斜区域之间的角度。必须避免的是,围绕芯柱的周围的导电回路通过相邻板来构建,以避免短路电流经过其中。
按照本发明的另一实施例,至少一个板至少主要由不锈钢组成。这种材料具有高机械稳定性,并且能够易于与非晶变换器芯的倾斜区域胶合在一起。
按照本发明的另一实施例,胶合接合的至少一个包括纤维结构。在制造期间,胶合接合通常在湿润状态中应用,使得例如一簇玻璃纤维能够设置在其中。玻璃纤维将再次增加胶合接合以及随之的变换器芯的机械强度。
按照变换器芯的另一实施例,在各相互夹在一起的上轭区域和下轭区域中预见适于多边形布局的锥形多边形接头板。由于接头板的圆锥形状,一种插头随之在各轭区域中形成,使得压力可施加于其上。这个压力还增加变换器芯的机械稳定性。螺纹杆是例如用于施加这种压力的适当部件。
本发明的问题也通过一种变换器得到解决,该变换器包括按照本发明的变换器芯以及围绕各芯柱区域设置的至少三个变换器线圈。这种变换器的特征在于降低的芯损耗以及随之的增加效率因数。改进的变换器芯还提供变换器的增加机械稳定性,使得运输以及在站点的布置有利地随之改进。
在从属权利要求中提出本发明的其它有利实施例。
现在通过示范实施例并且参照附图进一步说明本发明,附图包括:
图1示出示范第一芯盘,
图2示出示范第一变换器芯,
图3示出示范第二变换器芯,
图4示出示范第三变换器芯,
图5示出示范第四变换器芯,以及
图6示出具有夹具的示范第五变换器芯。
图1示出来自缠绕非晶带状材料的示范第一芯盘10,而隶属不同层采用参考标号12、14、16来表示。实际芯盘包括例如数千个那些层。芯盘10是空心筒和矩形的,而在本发明的框架之内,具有圆角、即更对应于椭圆而不是矩形形状的布局的芯盘也必须被看作是矩形的。芯盘的特征在于两个相对芯柱区域20和22、上24轭区域和下26轭区域,其沿周向通路18a、18b、18c、18d设置。倾斜区域在此图中不是明确可见的。
图2以简化三维草图示出示意第一变换器芯30。三个示范芯盘42、44、46按照多边形或三角形布局48设置。三个芯柱区域36、38、40各通过两个相邻芯盘42、44、46的隶属段来形成。预见芯柱区域36、38、40以围绕其设置变换器的隶属线圈。上32轭区域和下34轭区域分别通过相邻芯盘42、44、46的上轭和下轭来形成。优选地,三角形对应于等边三角形。
图3从顶视图以及部分作为截面图来示出示范第二变换器芯50。三个芯盘52、54、56按照等边三角形布局设置。芯盘52、54、56的截面在它们的隶属芯柱区域中包括第二倾斜区域58、62,其形成隶属组成芯柱的外部表面。预见第一倾斜区域60、64,其面对面设置。面对面布置例如实现在其上施加压力,使得芯盘52、54、56的机械连接随之得到简化。示范第一板66设置在变换器片52、54、56的两个相邻第一倾斜区域之间。这个板66例如通过胶合接合与隶属第一倾斜区域连接。预见两个相邻其它第一倾斜区域之间的示范第二板68。这个板68的特征在于弯曲段72,使得形成覆盖区域70,其一方面稳定安装变换器芯,并且另一方面对变换器芯具有冷却效果。当然,实际变换器芯50必须优选地关于板66、68的布置对称地设置。
图4从顶视图以及部分作为截面图来示出示范第三变换器芯80。两个芯盘82、84相邻地面对面设置在它们的隶属第一倾斜区域90、94,而也在组成芯柱的外部表面预见第二倾斜区域86。在两个第一倾斜区域90、94的每个上,U形板88、92采用胶合接合来连接。例如通过弯曲段96所表示的U形特别改进变换器芯80的机械稳定性。
图5从顶视图以及部分作为截面图来示出示范第四变换器芯100。两个芯盘102、104相邻地面对面设置在它们的隶属第一倾斜区域。组成芯柱通过芯盘102、104的隶属段来形成,并且通过虚拟通路来包围,这其以参考标号108来表示。预见公共弯曲板106沿通路108,并且例如采用隶属胶合接合与组成芯柱的隶属第二倾斜区域连接。芯盘102、104的机械连接随之增加。此外,例如,如果线圈在制造期间围绕安装变换器芯的这种芯柱来缠绕,则组成芯柱在机械上通过那些板106来保护。
图6从侧视图示出具有夹具118+120+122+124+126的示范第五变换器芯110。芯盘112从其侧面示出,而两个其它芯盘未示出,全部三个芯盘共同安装到变换器芯。上114轭区域和下116轭区域通过芯盘的三个上轭和下轭来形成。锥形上118接头板和下120接头板分别插入内轭区域114和116中,而接头板118、120和内轭区域114、116关于其形状来适配。因此,压力能够施加在两个接头板118、120之间,这将其夹合在一起。在这种情况下,压力由具有上124螺帽和下螺帽的螺纹杆122来施加。施加这种压力有利地增加变换器芯110的机械稳定性。
参考标号列表
10 示范第一芯盘
12 第一层非晶带状材料
14 第二层非晶带状材料
16 第三层非晶带状材料
18a 第一段周向通路
18b 第二段周向通路
18c 第三段周向通路
18d 第四段周向通路
20 第一芯盘的第一芯柱区域
22 第一芯盘的第二芯柱区域
24 第一芯盘的上轭区域
26 第一芯盘的下轭区域
30 示范第一变换器芯
32 第一变换器芯的上轭区域
34 第一变换器芯的下轭区域
36 第一芯柱区域(第一芯盘和第三芯盘)
38 第一芯柱区域(第一芯盘和第二芯盘)
40 第一芯柱区域(第二芯盘和第三芯盘)
42 第一变换器芯的第一芯盘
44 第一变换器芯的第二芯盘
46 第一变换器芯的第三芯盘
48 多边形布局
50 示范第二变换器芯
52 第二变换器芯的第一芯盘
54 第二变换器芯的第二芯盘
56 第二变换器芯的第三芯盘
58 第二芯盘的第二倾斜区域
60 第二芯盘的第一倾斜区域
62 第一芯盘的第二倾斜区域
64 第三芯盘的第一倾斜区域
66 第二变换器芯的第一板
68 第二变换器芯的第二板
70 覆盖区域
72 第二板的弯曲段
80 示范第三变换器芯
82 第三变换器芯的第一芯盘
84 第三变换器芯的第二芯盘
86 第一芯盘的第二倾斜区域
88 与第一芯盘的第一倾斜区域连接的第一板
90 第一芯盘的第一倾斜区域
92 与第二芯盘的第一倾斜区域连接的第二板
94 第二芯盘的第一倾斜区域
96 第一板的弯曲段
100 示范第四变换器芯
102 第四变换器芯的第一芯盘
104 第四变换器芯的第二芯盘
106 相邻第二区域的公共弯曲板
108 所形成芯柱的包围通路
110 具有夹具的示范第五变换器芯
112 第五变换器芯的第一芯盘
114 第五变换器芯的上轭区域
116 第五变换器芯的下轭区域
118 锥形多边形上接头板
120 锥形多边形下接头板
122 螺纹杆
124 上螺帽
126 下螺帽。

Claims (16)

1. 一种变换器芯(30,50,80,100,110),包括由磁性带状材料(12,14,16)所缠绕的至少三个空心筒矩形芯盘(10,42,44,46,52,54,56,82,84,102,104,112),其中两个相对芯柱区域(20,22)以及上(24)轭区域和下(26)轭区域沿周向通路(18a,18b,18c,18d)形成,其中所述芯盘(10,42,44,46,52,54,56,82,84,102,104,112)包括与所述隶属芯柱(20,22)区域中的所述周向通路(18a,18b,18c,18d)平行的一个第一(60,64,90,94)倾斜区域和至少一个第二(58,62,86)倾斜区域,并且其中所述至少三个芯盘(10,42,44,46,52,54,56,82,84,102,104,112)按照多边形布局(48)在它们的隶属第一倾斜区域(60,64,90,94)连接,其相邻地面对面设置,其特征在于
在各芯柱区域(20,22)中预见至少一个平板(66,68,88,92,106),其与隶属相邻倾斜区域(58,60,62,64,86,90,94)齐平和刚性地连接。
2. 如权利要求1所述的变换器芯,其特征在于,所述磁性带状材料是非晶材料。
3. 如权利要求1或2所述的变换器芯,其特征在于,所述至少一个板(66,68,88,92)至少在其两个平坦侧面之一上通过胶合接合与所述隶属相邻倾斜区域(58,60,62,64,86,90,94)齐平和刚性地连接。
4. 如以上权利要求中的任一项所述变换器芯,其特征在于,所述隶属第一倾斜区域(60,64,90,94)与隶属平板(66,68,88,92)齐平和刚性地连接。
5. 如权利要求4所述的变换器芯,其特征在于,相邻第一倾斜区域(60,64,90,94)齐平和刚性地连接到它们之间的相同板(66,68)。
6. 如权利要求4所述的变换器芯,其特征在于,相邻第一倾斜区域(60,64,90,94)齐平和刚性地连接到它们之间的隶属单独和堆叠板(88,92)。
7. 如权利要求6所述的变换器芯,其特征在于,所述单独和堆叠板(88,92)通过胶合接合、螺杆或焊接来连接。
8. 如权利要求4至7中的任一项所述的变换器芯,其特征在于,齐平和刚性地连接到第一倾斜区域(60,64,90,94)的至少一个板(66,68,88,92)延续所述隶属第一区域的维度,使得形成覆盖区域(70)。
9. 如权利要求8所述的变换器芯,其特征在于,所述至少一个延续板在所述覆盖区域(70)中弯曲(72,96)。
10. 如以上权利要求中的任一项所述的变换器芯,其特征在于,在所述隶属芯柱区域中形成的芯柱由与隶属板(106)齐平和刚性连接的隶属第二倾斜区域(58,62,86)来包围(108)。
11. 如权利要求10所述的变换器芯,其特征在于,相邻第二倾斜区域(58,62,86)与公共板(106)齐平和刚性地连接。
12. 如权利要求11所述的变换器芯,其特征在于,所述公共板(106)是弯曲的。
13. 如以上权利要求中的任一项所述的变换器芯,其特征在于,所述至少一个板(66,68,88,92,106)至少主要由不锈钢组成。
14. 如权利要求3至13中的任一项所述的变换器芯,其特征在于,所述胶合接合的至少一个包括纤维结构。
15. 如以上权利要求中的任一项所述的变换器芯,其特征在于,在各相互夹在一起的所述上(114)轭区域和下(116)轭区域中预见适于所述多边形布局(48)的锥形多边形接头板(118,120)。
16. 一种变换器,包括如权利要求1至15中的任一项所述的变换器芯(30,50,80,100,110)以及三个变换器线圈,其围绕所述各芯柱区域(20,22)设置。
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