CN105914017A - 用于减小线圈的涡流损耗的变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于减小线圈的涡流损耗的变压器，在所述变压器中，通过去除导线的一部分而设置的切割部被设置在线圈的上端和下端中的每一端处，从而，由漏磁通引起的涡流损耗减小。所述变压器包括：铁心；以及第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈循序安装在同心圆上以环绕所述铁心。通过去除一部分导线而设置的切割部被设置在所述第一线圈的第一外上端和第一外下端以及所述第二线圈的第二内上端和第二内下端中的每一端处，以减小漏磁通的影响。

Description

用于减小线圈的涡流损耗的变压器

技术领域

本公开涉及一种用于减小线圈的涡流损耗的变压器，且尤其涉及一种变压器，其中通过去除导线的一部分而设置的切割部被设置在线圈的上端和下端中的每一端，从而，由漏磁通引起的涡流损耗得以减小。

背景技术

通常，高压电力变压器是一种设置于电力系统中并被供应来自发电站的电压以提高和降低该电压的电子装置。高压电力变压器在向电力用户输送电力中起着重要的作用。

电损耗发生在变压器的操作和管理中，而变压器的损耗由空载损耗、负载损耗以及发生在辅助装置(风扇、泵和/或类似物)中的损耗的总和来表示。空载损耗是发生在构造变压器的铁心中的损耗，而负载损耗是发生在线圈、线圈附近的支撑结构、槽、和/或类似物中的损耗。

在负载损耗中，大部分的损耗是由线圈电阻引起的直流(DC)电阻损耗，但由于漏磁通而发生在线圈、支撑结构以及槽中的杂散负载损耗和涡流损耗是不能被忽视的。尤其是，发生在线圈中的涡流损耗引起局部过热，并且是在很大程度上影响变压器的长时间工作可靠性的因素。

图1示意性地示出了现有技术的变压器的铁心和线圈的横断面图。图2A至图2C示出了应用于现有技术的变压器的线圈的导线的示例。此处，图2A示出了扁平导线4a，图2B示了双导线4b，而图2C示出了换位导线4C。图3示出了现有技术的变压器的线圈的详细横断面图。

如图1所示，在现有技术的变压器中，多个线圈2和3被布置为关于线圈1形成同心圆。在图1中，仅示出了两个线圈2和3，但线圈的数量可以取决于使用变压器的位置为两个或更多。

变压器的线圈2和3是通过缠绕由铜、铝和合金形成的导线4而制造成的。导线4被绝缘材料5环绕，用于绝缘多匝导线4。图3示出了用于变压器的线圈2和3的各种形式的导线。斜条纹部分指的是导线4，而环绕该导线4的部分指的是绝缘材料。

参照图3，变压器的线圈2由数根导线的组合来构造(例如，缠绕了换位导线4c的段2a、2b、2c、...的组合)。为了冷却线圈2，可以在线圈段2a、2b、2c、...中设置竖直冷却管7。图3示出其中使用了换位导线4c和应用了用于冷却线圈2的两个竖直冷却管7的线圈。

图4示出了变压器线圈的漏磁通和由漏磁通所引起的线圈端部的涡流损耗。当电力被施加至变压器的初级线圈2时，电压被感应到次级线圈3，并且在次级线圈3中流动的电流的方向与在初级线圈2中流动的电流的方向相反。由于这样的影响，漏磁通主要发生在初级线圈2和次级线圈3之间，因此，涡流在线圈2和3中的每一个的附近产生，用于使漏磁通衰减。由涡流所引起的损耗被称为涡流损耗。涡流损耗受到变压器的漏磁通的水平和方向、线圈导线的尺寸、线圈的电流密度、线圈的电阻以及电力频率的影响。其中出现由漏磁通引起的大量涡流损耗的部分是变压器线圈的端部，并且由涡流损耗引起的局部温度升高(热点)被测得很高。参照图4，线圈段3a的涡流损耗大于线圈段3b的涡流损耗。

如上所述，影响发生在线圈中的涡流损耗的大小的因素的示例包括漏磁通的最大值、漏磁通关于线圈的入射方向、基于线圈导线的形状和大小的尺寸、线圈的电流密度、导线的电阻以及电力频率的水平。在这些因素中，用于满足由变压器所要求的特性(％阻抗、容量和/或类似物)并调整涡流损耗的因素是线圈导线的尺寸(a、a′、a＂、或者是在图2中)。通常，为了减小线圈的涡流损耗，使用双导线4b来代替扁平导线4a，且使用换位导线4c来代替双导线4b。在线圈尺寸上，图2中示出了最主要影响线圈的涡流损耗的尺寸(a)。

因此，其中线圈导线的尺寸(a)最小的换位导线4c被用于减小涡流损耗。

然而，在现有技术中，通过调节线圈导线的尺寸来减小涡流损耗的方法具有难以应用于保持机械强度的缺点。另外，需要保持适当的线圈的电流密度，因此，为了减少导线的尺寸(a)，应当相对地放大导线的尺寸(b)。出于这个原因，由尺寸(b)引起的涡流损耗增加。

发明内容

因此，详细描述的方案提供了一种变压器，用于减小由发生在该变压器中的漏磁通所引起的涡流损耗。

为了实现这些和其他的优点，并且按照本说明书的目的，如这里具体体现和广泛描述的，用于减小线圈的涡流损耗的变压器包括：铁心；以及第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和第二线圈循序安装在同心圆上以环绕铁心，其中，通过去除导线的一部分而设置的切割部被设置在第一线圈的第一外上端和第一外下端以及第二线圈的第二内上端和第二内下端中的每一端处，以减小漏磁通的影响。

这里，通过去除导线的一部分而设置的切割部可以被设置在第一线圈的第一内上端和第一内下端以及第二线圈的第二外上端和第二外下端中的每一端处，以减小漏磁通的影响。

此外，切割部的切割面可以包括斜面、圆面、阶梯面中的一种。

此外，绝缘材料可以布置在切割部中。

此外，阶梯面可以通过调整线圈段的长度来设置，所述线圈段构造第一线圈和第二线圈中的每一个的层。

在根据本发明示例性实施例的用于减小线圈的涡流损耗的变压器中，由于切割部设置在线圈的端部处，因而由发生在变压器中的漏磁通引起的涡流损耗减小。所以，减少了热量，从而装置的稳定性得以增强，且耐久性得以提高。另外，由于绝缘材料被填充到切割部中，所以短路强度不会减弱。

从下文给出的详细描述中，本申请进一步的适用范围将变得更加显而易见。但是，应当理解地是，由于在本公开的精神和范围内的各种变化和修改通过该详细描述对本领域的技术人员来说将变得显而易见，所以仅仅通过说明的方式给出详细描述和具体示例，而详细描述和具体示例表示本公开的优选实施例。

附图说明

所包括的附图提供了对本公开的进一步理解，其包含在本说明书中且构成本说明书的一部分，附图中示出了示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。

在附图中：

图1示意性地示出了现有技术的变压器的铁心和线圈的横断面图；

图2A至图2C示出了应用于现有技术的变压器的线圈的导线的示例，图2A示出了扁平导线，图2B示出了双导线，而图2C示出了换位导线；

图3示出了现有技术的变压器的线圈的详细横断面图；

图4示出了发生在现有技术的变压器的初级线圈和次级线圈中的漏磁通和涡流损耗；

图5是示出了根据本发明的示例性实施例的变压器的铁心和线圈的横断面的示意图；

图6是示出了根据本发明的另一示例性实施例的变压器的铁心和线圈的横断面的示意图；

图7是示出了根据本发明的另一示例性实施例的变压器的铁心和线圈的横断面的示意图；以及

图8是示出了根据本发明的另一示例性实施例的变压器的铁心和线圈的横断面的示意图。

具体实施例

现在将参照附图给出示例性实施例的详细说明。为了简化参照附图的说明，相同或等同的部件将具有相同的附图标记，并将不再重复其说明。

下文中，将参照附图详细地描述本发明的优选实施例。然而，提供的实施例只是为了以充分清楚和完整的方式公开本发明以使得本发明易于由本发明所属领域的技术人员来实现，而并非意味着限制本发明的技术构思和范畴。

图5是示出了根据本发明的示例性实施例的变压器的铁心和线圈的横断面的示意图。将参照附图详细地描述根据本发明的示例性实施例的用于减小线圈的涡流损耗的变压器。

根据本发明的示例性实施例，用于减小线圈的涡流损耗的变压器可以包括：铁心10；第一线圈21和第二线圈26，它们循序安装在同心圆上以环绕铁心10。通过去除导线31的一部分而设置的切割部可以被设置在第一线圈21的第一外上端22与第一外下端23以及第二线圈26的第二内上端29和第二内下端30中的每一端处。

铁心10可以被设置为形成磁通路径且提高磁通密度。铁心10的材料可以使用通过冷轧方法制造的各向异性硅钢板。铁心10可以由具有良好的热特性和机械特性的绝缘带环绕，并且可以对铁心10的表面进行防蚀涂料处理。

铁心10可以通过堆叠具有相同尺寸的钢板来制造。堆叠的钢板可以构造构成一个组的层。可以堆叠多个层以构造铁心10。

线圈20可以围绕铁心10而安装从而以同心形状来环绕铁心10。最邻近铁心10的线圈可以称为第一线圈21，而随后被安装的线圈可以称为第二线圈26。线圈20可以由更多层来构造，但为方便起见，将以两个线圈为示例进行描述。本实施例的描述和另一示例性实施例的描述可以应用于三个或更多个线圈。

在横断面图中，构成第一线圈21的转角的多个端部可以分别称为第一外上端22、第一外下端23、第一内上端24和第一内下端25。

同样地，在横断面图中，构成第二线圈26的转角的多个端部可以分别称为第二外上端27、第二外下端28、第二内上端29和第二内下端30。

线圈20可以设置为使得对应于线圈20的端部的导线的一部分被去除，在线圈20的端部处最主要发生线圈20的涡流损耗。也就是，切割部可以设置在第一线圈21的第一外上端22和第一外下端23以及第二线圈26的第二内上端29和第二内下端30中的每一端处。

由于切割部设置在第一线圈21的第一外上端22和第一外下端23以及第二线圈26的第二内上端29和第二内下端30中的每一端处，由发生在各端部的漏磁通引起的涡流损耗得以减小。

这里，如图5中所示，切割部可以设置为具有斜面。可替代地，尽管未单独示出，该切割部还可以设置为圆形形状。当每个端部的切割面设置为斜面或设置为圆形形状时，可以设置类似于漏磁通的形状的表面，从而，通过避免漏磁通集中的部分而得以最小化涡流损耗。也就是，参照图4，影响变压器的线圈的涡流损耗根据漏磁通之中的从线圈端部沿竖直方向进入线圈导线的矢量的大小而增加，在这种情况下，由于切割部设置在线圈的端部处，影响线圈端部导线的漏磁通的水平降低。

图6是示出了根据本发明的另一示例性实施例的变压器的铁心和线圈的横断面的示意图。

在本实施例中，多个切割部可以分别设置在多个线圈中的每一个线圈的所有端部处。也就是，多个切割部可以分别设置在第一线圈21的第一外上端22、第一外下端23、第一内上端24以及第一内下端25处。另外，多个切割部可以分别设置在第二线圈26的第二外上端27、第二外下端28、第二内上端29以及第二内下端30处。由于多个切割部分别设置在多个线圈20中的每一个线圈的所有端部处，因此由漏磁通引起的涡流被尽可能地减小。

图7是示出了根据本发明的另一示例性实施例的变压器的铁心和线圈的横断面的示意图。

在本实施例中，设置于多个线圈中的每一个线圈的每一个端部处的切割部可以设置为具有阶梯表面，即，阶梯形状。这可以参照详图中所示的构造第一线圈21和第二线圈26的多个导线31中的每一个导线的大体构造来清楚地可见。构造第一线圈21和第二线圈22中的每一个线圈的单元是导线31，从而，当多个线圈20中的每一个线圈都是通过去除导线31的方法而制造成时，切割部可以设置为如图7所示的阶梯形状。

这里，阶梯面是通过调整线圈段的长度而设置，所述线圈段构造多个线圈中的每一个线圈的层。

图8是示出了根据本发明的另一示例性实施例的变压器的铁心和线圈的横断面的示意图。

在本实施例中，在多个线圈20中的每一个线圈中，绝缘材料35可以填充到通过去除导线31而设置的切割部中。可以从第一线圈21和第二线圈26中的每一个线圈的端部去除导线31，并且可以将绝缘材料35填充到对应的部分中。所以，由漏磁通引起的涡流损耗减小，并且线圈20的形状得以保持。相应地，短路强度不会减弱。

在根据本发明的示例性实施例的用于减小线圈的涡流损耗的变压器中，由于切割部设置在线圈的端部处，因而由发生在变压器中的漏磁通引起的涡流损耗减小。所以，减少了热量，从而，装置的稳定性得以增强，且耐久性得以提高。另外，由于绝缘材料被填充到切割部中，所以短路强度不会减弱。

前述实施例和优点仅为示例性的而不应当被认为限制本公开。本教导能够易于应用于其它类型的设备。本说明书旨在说明性的，而不是限制权利要求的范围。许多替代例、修改例和变型例对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。在此描述的示例性实施例的特征、结构、方法以及其它特性可以以各种方式组合以获得另外的和/或替代的示例性实施例。

由于可以在不偏离其特性的情况下以多种形式来实施本特征，因此还应当理解的是，除非另有规定，否则上述实施例不受前面描述的任一细节所限制，而是应当在如所附权利要求书限定的范围内被宽泛地解释，因此落在权利要求的边界和界限或者这些边界和界限的等同布局内的全部改变和修改因而旨在被所附的权利要求书所包含。

Claims (5)

1.一种用于减小线圈的涡流损耗的变压器，所述变压器包括：

铁心；以及

第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈循序安装在同心圆上以环绕所述铁心，

其特征在于，通过去除导线的一部分来设置切割部，所述切割部被设置在所述第一线圈的第一外上端和第一外下端以及所述第二线圈的第二内上端和第二内下端中的每一端处，以减少漏磁通的影响。

2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，通过去除导线的一部分来设置切割部，所述切割部被设置在所述第一线圈的第一内上端和第一内下端以及所述第二线圈的第二外上端和第二外下端中的每一端处，以减少漏磁通的影响。

3.根据权利要求1或2所述的变压器，其特征在于，所述切割部的切割面包括斜面、圆面以及阶梯面中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的变压器，其特征在于，绝缘材料布置在所述切割部中。

5.根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述阶梯面是通过调整线圈段的长度而设置的，所述线圈段构造所述第一线圈和所述第二线圈中的每一个线圈的层。