CN107025984A - 不等截面立体三相变压器铁芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不等截面立体三相变压器铁芯，设计变压器铁芯领域。一种不等截面立体三相变压器铁芯，包括三个结构相同的单相铁芯，每个所述单相铁芯均包括两个左右对称的铁芯柱和两个上下对称的铁轭，其中，每个所述单相铁芯均由多段首尾连接的硅钢带卷绕而成，多段所述硅钢带中靠近中间位置的一段所述硅钢带为矩形硅钢带，其余所述硅钢带均为直角梯形硅钢带，所述矩形硅钢带的宽度大于所述直角梯形硅钢带的宽度，每个所述单相铁芯还包括长方形硅钢带垫片，所述长方形硅钢带垫片位于所述单相铁芯的上、下铁轭上。本发明提供的不等截面立体三相变压器铁芯能够有效降低空载损耗。

Description

不等截面立体三相变压器铁芯

技术领域

本发明涉及变压器铁芯，尤其涉及一种不等截面立体三相变压器铁芯。

背景技术

现有技术中，三相变压器铁芯主要分为插片式和卷绕式两大类。插片式三相变压器由于其铁芯的铁芯柱和铁轭之间有许多缝隙，使得铁芯磁回路间断不连续，从而造成铁芯的磁阻增大，变压器的空载损耗和空载电流增大，并且还容易产生漏磁和噪音。卷绕式铁芯虽然能够克服插片式卷芯的缺点，但是由于三个铁芯柱在一个平面内，会导致磁回路不平衡。

针对上述卷绕式铁芯磁回路不平衡的问题，中国发明专利（ZL99114376.0）中采用了立体等边三角形排列结构，每相铁轭长度相同并且最短，同时拼合的三个单相铁芯是由头尾相接的多段硅钢带连续卷绕而成，没有缝隙和间隙，整个立体卷铁芯磁阻小，空载损耗小，噪音低，三相电流平衡，解决了上述的磁回路不平衡的问题。

但由于该圆截面立体三相变压器铁芯由于铁轭中的磁通密度是铁芯柱中磁通密度的1.154倍，所以这种铁芯的铁芯柱的磁通密度取不高，最高一般在1.65T左右，而传统的插片叠铁芯的铁芯柱能够取到1.7T左右。所以当在铁芯柱中取高磁通密度时，会导致铁芯的空载损耗的快速增加。

因此，如何进一步降低上述立体三相变压器铁芯的空载损耗成为本发明亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种不等截面立体三相变压器铁芯，以解决现有技术中的问题。本发明的不等截面立体三相变压器能够有效降低现有技术中的立体三相变压器铁芯中的空载损耗。

作为本发明的一个方面，提供一种不等截面立体三相变压器铁芯，包括三个结构相同的单相铁芯，每个所述单相铁芯均包括两个左右对称的铁芯柱和两个上下对称的铁轭，两个所述铁芯柱和两个所述铁轭共同围成矩形窗口，每个所述单相铁芯均与另外两个所述单相铁芯通过所述铁芯柱连接，其特征在于，每个所述单相铁芯均由多段首尾连接的硅钢带卷绕而成，多段所述硅钢带中靠近中间位置的一段所述硅钢带为矩形硅钢带，其余所述硅钢带均为直角梯形硅钢带，所述矩形硅钢带的宽度大于所述直角梯形硅钢带的宽度，且位于所述矩形硅钢带两侧的所述直角梯形硅钢带的宽度沿远离所述矩形硅钢带的方向依次递减，每个所述单相铁芯的铁芯柱和铁轭的横截面均为半多边形，每个所述单相铁芯还包括长方形硅钢带垫片，所述长方形硅钢带垫片位于所述单相铁芯的上、下铁轭上，且每层所述第三段硅钢带之间均设置至少一片所述长方形硅钢带垫片，每片所述长方形硅钢带垫片的两侧沿宽度方向均与每层所述第三段硅钢带焊接，所述长方形硅钢带垫片的宽度与所述第三段硅钢带的宽度相同，所述长方形硅钢带垫片的长度大于所述矩形窗口的宽度，且小于所述矩形窗口的宽度与两个圆弧弧长之和，其中，所述圆弧为所述铁芯柱和所述铁轭的连接位置，所述圆弧的圆心角为45°，所述圆弧的半径为所述单相铁芯的铁芯柱的外径圆直径的四分之一。

优选地，所述硅钢带包括七段首尾连接的硅钢带，第三段所述硅钢带为所述矩形硅钢带，且第一段硅钢带位于靠近所述单相铁芯的内层，第七段硅钢带位于所述单相铁芯的外层。

优选地，所述长方形硅钢带垫片的厚度在0.15mm至0.30mm之间。

优选地，每个所述单相铁芯的铁芯柱分别与另外两个所述单相铁芯的铁芯柱之间设置绝缘网格并通过粘结剂连接。

优选地，所述铁芯柱和所述铁轭的外表面均涂覆粘结剂并缠绕绝缘薄带。

优选地，三个所述单相铁芯的铁芯柱的外接圆的圆心连线形成为等边三角形。

本发明提供的不等截面立体三相变压器铁芯，通过在每个单相铁芯的铁轭位置处增加长方形硅钢带垫片，使得铁轭的横截面积大于铁芯柱的横截面积，这种结构能够有效降低铁轭的磁通密度，从而降低每个单相铁芯的空载损耗，当三个单相铁芯连接组成三相铁芯时，所述三相铁芯变压器的空载损耗也会相应降低。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的不等截面立体三相变压器铁芯的结构示意图。

图2为本发明提供的组成不等截面立体三相变压器铁芯的单相铁芯的结构示意图。

图3为本发明提供的多段首尾连接的硅钢带的结构示意图。

图4为本发明提供的单相铁芯的铁芯柱的横截面示意图。

图5为本发明提供的单相铁芯及单相铁芯上圆弧的放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的一个方面，如图1和图2所示，提供一种不等截面立体三相变压器铁芯10，包括三个结构相同的单相铁芯100，每个所述单相铁芯100均包括两个左右对称的铁芯柱110和两个上下对称的铁轭120，两个所述铁芯柱110和两个所述铁轭120共同围成矩形窗口130，每个所述单相铁芯100均与另外两个所述单相铁芯100通过所述铁芯柱110连接，其中，每个所述单相铁芯100均由多段首尾连接的硅钢带140卷绕而成，多段所述硅钢带140中靠近中间位置的一段所述硅钢带为矩形硅钢带141，其余所述硅钢带均为直角梯形硅钢带142，所述矩形硅钢带141的宽度大于所述直角梯形硅钢带142的宽度，且位于所述矩形硅钢带141两侧的所述直角梯形硅钢带142的宽度沿远离所述矩形硅钢带141的方向依次递减，每个所述单相铁芯100的铁芯柱110和铁轭120的横截面均为半多边形，每个所述单相铁芯100还包括长方形硅钢带垫片150（图5所示），所述长方形硅钢带垫片150位于所述单相铁芯100的上、下铁轭120上，且每层所述第三段硅钢带之间均设置至少一片所述长方形硅钢带垫片150，每片所述长方形硅钢带垫片150的两侧沿宽度方向均与每层所述第三段硅钢带焊接，所述长方形硅钢带垫片150的宽度与所述第三段硅钢带的宽度相同，所述长方形硅钢带垫片150的长度大于所述矩形窗口130的宽度，且小于所述矩形窗口130的宽度与两个圆弧101弧长之和，其中，所述圆弧101为所述铁芯柱110和所述铁轭120的连接位置，所述圆弧101的圆心角为45°，所述圆弧101的半径为所述单相铁芯100的铁芯柱110的外径圆直径的四分之一。

具体地，如图1和图2所示，所述不等截面立体三相变压器铁芯10包括三个结构完全相同的单相铁芯100，每个单相铁芯100与另两个单相铁芯100之间连接后形成如图1所示的立体三相变压器铁芯结构，每个所述单相铁芯100都包括铁芯柱110和铁轭120，由图2可以看出，以图2中所示方向为例，每个所述单相铁芯100包括左右对称的铁芯柱110和上下对称的铁轭120，两个所述铁芯柱110和两个所述铁轭120共同围成中间的矩形窗口130。需要说明的是，所述硅钢带140为多段首尾连接的硅钢带，如图3所示，为多段首尾连接的硅钢带的结构示意图，在多段所述硅钢带中，靠近中间位置的一段硅钢带的形状为矩形，其他所述硅钢带的形状均为直角梯形。通过这样的硅钢带卷绕得到的所述铁芯柱的横截面为半多边形，如图4所示铁芯柱的横截面的示意图。

还需要说明的是，每段直角梯形硅钢带142的宽度也不相同。如图3所示，以图3所示方向为例，位于所述矩形硅钢带141上侧的多段所述直角梯形硅钢带142的宽度沿远离所述矩形硅钢带141的方向逐渐递减，位于所述矩形硅钢带141下侧的多段所述直角梯形硅钢带142的宽度也是沿远离所述矩形硅钢带141的方向逐渐递减，但是位于所述矩形硅钢带141上侧的多段所述直角梯形硅钢带142的宽度不同于位于所述矩形硅钢带141下侧的多段所述直角梯形的硅钢带142的宽度。

应当理解的是，如图3所示，多段直角梯形硅钢带142的直角边均在同一直线上。

而为了降低现有技术中的立体三相变压器铁芯的空载损耗，提高铁芯柱中的工作磁通密度，每个所述单相铁芯还包括长方形硅钢带垫片150，所述长方形硅钢带垫片150位于所述单相铁芯100的上、下铁轭120上。

本发明提供的不等截面立体三相变压器铁芯，通过在每个单相铁芯的铁轭位置处增加长方形硅钢带垫片，使得铁轭的横截面积大于铁芯柱的横截面积，这种结构能够有效降低铁轭的磁通密度，从而降低每个单相铁芯的空载损耗，当三个单相铁芯连接组成三相铁芯时，所述三相铁芯变压器的空载损耗也会相应降低。

为了使得空载损耗降低的效果最优，作为一种优选地实施方式，如图3所示，所述硅钢带140包括七段首尾连接的硅钢带，即图3中的A1至A7，第三段所述硅钢带为所述矩形硅钢带，即图3中所示的A3硅钢带为所述矩形硅钢带，且第一段硅钢带A1位于靠近所述单相铁芯的内层，第七段硅钢带A7位于所述单相铁芯的外层，所述长方形硅钢带垫片150位于所述铁轭120上的每层第三段硅钢带A3上。

可以理解的是，第一段硅钢带A1至第七段硅钢带A7这七段硅钢带如图3所示首尾相接，且第一段硅钢带A1的尾宽与第二段硅钢带A2的头宽相等，同样，第二段硅钢带A2的尾宽与第三段硅钢带A3的头宽相等，第三段硅钢带A3的尾宽与第四段硅钢带A4的头宽相等，第四段硅钢带A4的尾宽与第五段硅钢带A5的头宽相等，第五段硅钢带A5的尾宽与第六段硅钢带A6的头宽相等，第六段硅钢带A6的尾宽与第七段硅钢带A7的头宽相等，其中第三段硅钢带A3为所述矩形硅钢带141，因此第三段硅钢带A3的头宽和尾宽相等。

还可以理解的是，所述七段硅钢带由第一段开始由内向外一层层绕制，通过所述七段硅钢带的这种设置方式，不仅方便工艺上的制作，且由于第三段硅钢带的宽度最宽，在所述第三段硅钢带的每层之间增加所述长方形硅钢带垫片能够使得所述铁轭上的横截面积增加的最大，从而使得铁轭的磁通密度降低，使得空载损耗的降低效果达到最优。

需要说明的是，每段硅钢带都可以沿铁芯柱和铁轭缠绕多层。

具体地，在所述铁轭120上的所述第三段硅钢带的每层之间设置长方形硅钢带垫片150，增加了所述铁轭120的横截面积，这样每个单相铁芯100中铁轭120的横截面积大于铁芯柱110的横截面积，降低铁轭中的磁通密度，总体降低单相铁芯的空载损耗，当三个单相铁芯连接组成三相铁芯时，所述三相铁芯变压器的空载损耗降低。

由于单相铁芯中铁轭的横截面积大于铁芯柱的横截面积，即每个单相铁芯铁芯为不等截面，这种方式能够提高铁芯柱的磁通密度且不会增加单相铁芯的空载损耗，而若在铁芯柱的磁通密度不变的情况下能够有效降低三相变压器铁芯的空载损耗。

作为所述长方形硅钢带垫片150的一种具体地实施方式，每层所述第三段硅钢带之间均设置至少一片所述长方形硅钢带垫片，每片所述长方形硅钢带垫片的两侧沿宽度方向均与每层所述第三段硅钢带焊接。

具体地，由前文所述以及图3可知，所述第三段硅钢带A3的宽度为七段所述硅钢带中宽度最宽的一段，在所述铁轭120上每层第三段硅钢带A3之间设置所述长方形硅钢带垫片150不仅方便工艺上的操作，而且能够有效地增加所述铁轭120的横截面积。另外，每片所述长方形硅钢带垫片的两端分别与所述第三段硅钢带焊接，可以实现良好的导磁。

可以理解的是，每层所述第三段硅钢带上均设置有所述长方形硅钢带垫片，每层设置的所述硅钢带垫片的数量优选为一片或两片，当然在工艺允许的情况下还可以增加多片所述矩形硅钢带垫片，每层设置的所述矩形硅钢带垫片的片数越多，所述铁轭的横截面积就越大，磁通密度降低的越多。

为了进一步的增加铁轭120的横截面积，具体地，如图5所示，所述长方形硅钢带垫片150的宽度（图中未示出）与所述第三段硅钢带的宽度相同，所述长方形硅钢带垫片150的长度L大于所述矩形窗口的宽度，且小于所述矩形窗口的宽度与两个圆弧弧长之和，其中，如图5所示，所述圆弧101为所述铁芯柱110和所述铁轭120的连接位置，所述圆弧101的圆心角为45°，所述圆弧101的半径为所述单相铁芯100的铁芯柱110的外径圆直径的四分之一。

如图5所示，所述矩形硅钢带的宽度在上述条件限制下的效果最佳。

根据所采用的所述硅钢带的材料，具体地，所述长方形硅钢带垫片的厚度在0.15mm至0.30mm之间。

为了将三个所述单相铁芯连接成为三相变压器，具体地，每个所述单相铁芯的铁芯柱分别与另外两个所述单相铁芯的铁芯柱之间设置绝缘网格并通过粘结剂连接。

优选地，所述粘结剂可以为胶水。

在将所述芯住上卷绕完所述硅钢带后，为了对卷绕的所述硅钢带进行固定，所述铁芯柱和所述铁轭的外表面均涂覆粘结剂并缠绕绝缘薄带。

具体地，所述粘结剂可以为胶水。

三个所述单相铁芯的铁芯柱的外接圆的圆心连线形成为等边三角形。

具体地，如图1所示，三个所述单相铁芯的铁芯柱两两连接后，所述铁芯柱的外接圆的圆心连线形成为如图1所示的等边三角形。

下面结合上述不等截面立体三相变压器的结构对所述不等截面立体三相变压器铁芯的制作工艺进行描述。

根据设计要求把硅钢带用纵剪机裁剪成宽度符合生产要求的七段硅钢带条料。然后用开料机把第一段至第七段硅钢带条料分别进行斜线开料。为了100%利用硅钢带，斜线开料设计成互补方式。开料结束后把第一段到第七段的硅钢带料带头尾依次焊接后，再送到卷绕工序进行卷绕，当卷绕到第三段时, 在它的上下铁轭的每层之间都左右对称加垫1到2片所述长方形硅钢带垫片，且所述硅钢带垫片的两端分别与所述第三段硅钢带表面焊接成两条直缝，这样就使得单相铁心的铁轭的横截面积大于该单相铁芯的铁心柱的横截面积。卷绕结束后，把卷绕好的单相铁芯放到真空退火炉中去退火，所述真空退火炉的炉内温度保持在800℃-820℃，且真空度不低于100帕。退火结束后，每个所述单相铁芯的表面要涂复胶水，然后把三个所述单相铁芯立体拼装起来，拼缝处填薄形绝缘网格，并灌注胶水粘接。所述铁心柱和所述铁轭分别用绝缘薄带均匀缠绕绑紧，最后在表面涂刷胶水固定即可。

具体地，如图1所述不等截面立体三相变压器铁芯，是由三个完全相同的，各自独立的由硅钢带卷绕而成的单相铁芯立体拼合而成，每个所述单相铁芯的铁轭的横截面积大于铁心柱的横截面积。当三个所述单相铁芯立体拼装后，其铁心柱外接圆的圆心构成一个等边三角形，每个所述单相铁芯的窗口为矩形。

每个所述单相铁芯是由七段硅钢带头尾依次焊接后卷绕而成，其铁心柱横截面呈半多边形，并内接在一个半圆中。其中第三段是等宽的矩形硅钢带， 它的宽度是在七段硅钢带中最宽的，其余的都是直角梯形状的硅钢带。在单相铁芯的上、下铁轭中在所述第三段硅钢带上的每层所述第三段硅钢带之间都加垫一片或二片所述长方形硅钢带垫片，每片所述长方形硅钢带垫片的宽度与所述第三段硅钢带的宽度相同，所述长方形硅钢带垫片的长度大于所述单相铁芯的矩形窗囗的宽度，小于所述矩形窗口的宽度与两个圆弧弧长之和（即图5中所示的L为所述矩形窗口的宽度与两个圆弧101的弧长之和）。图5所示的圆弧101的半径等于单相铁芯的铁心柱外径圆直径的四分之一，圆心角为45°。所述长方形硅钢带垫片的两个短边均与所述第三段硅钢带表面焊接成两条直线焊缝, 以形成良好的磁通路，这样就使单相铁芯的铁轭的横截面积大于所述铁心柱的横截面积。

本发明提供的不等截面立体三相变压器铁芯，克服了现有技术中的立体卷铁芯的磁通密度不高的缺点，通过在铁轭位置处增加长方形硅钢带垫片，增加了铁轭的横截面积，有效降低了铁轭的磁通密度，从而降低了三相变压器铁芯的空载损耗，并大量节约绕制线圈所消耗的铜材。

另外，以图中所示的方向为例，在上、下铁轭的横截面中均加垫了所述长方形硅钢带垫片，并且所述长方形硅钢带垫片的两端均与每层所述第三段硅钢带的表面焊接，形成了两条直线焊缝，在增加铁轭的横截面积的同时还能够形成良好的导磁。另外增加的所述长方形硅钢带垫片的片数越多，所述铁轭的横截面积就增加越大，这样就大大降低了铁轭中的磁通密度，使得整个不等截面立体三相变压器铁芯的空载损耗大幅度降低，根据理论计算，所述空载损耗能够达到国标S15的水平，可以取代非晶合金。另外可以在不受铁轭的影响的情况下使得所述铁芯柱的工作磁通密度达到1.75 T ~1.80T，从而使得所述不等截面立体三相变压器铁芯的铜铁生产成本下降20%左右。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种不等截面立体三相变压器铁芯，包括三个结构相同的单相铁芯，每个所述单相铁芯均包括两个左右对称的铁芯柱和两个上下对称的铁轭，两个所述铁芯柱和两个所述铁轭共同围成矩形窗口，每个所述单相铁芯均与另外两个所述单相铁芯通过所述铁芯柱连接，其特征在于，每个所述单相铁芯均由多段首尾连接的硅钢带卷绕而成，多段所述硅钢带中靠近中间位置的一段所述硅钢带为矩形硅钢带，其余所述硅钢带均为直角梯形硅钢带，所述矩形硅钢带的宽度大于所述直角梯形硅钢带的宽度，且位于所述矩形硅钢带两侧的所述直角梯形硅钢带的宽度沿远离所述矩形硅钢带的方向依次递减，每个所述单相铁芯的铁芯柱和铁轭的横截面均为半多边形，每个所述单相铁芯还包括长方形硅钢带垫片，所述长方形硅钢带垫片位于所述单相铁芯的上、下铁轭上，且每层所述第三段硅钢带之间均设置至少一片所述长方形硅钢带垫片，每片所述长方形硅钢带垫片的两侧沿宽度方向均与每层所述第三段硅钢带焊接，所述长方形硅钢带垫片的宽度与所述第三段硅钢带的宽度相同，所述长方形硅钢带垫片的长度大于所述矩形窗口的宽度，且小于所述矩形窗口的宽度与两个圆弧弧长之和，其中，所述圆弧为所述铁芯柱和所述铁轭的连接位置，所述圆弧的圆心角为45°，所述圆弧的半径为所述单相铁芯的铁芯柱的外径圆直径的四分之一。

2.根据权利要求1所述的不等截面立体三相变压器铁芯，其特征在于，所述硅钢带包括七段首尾连接的硅钢带，第三段所述硅钢带为所述矩形硅钢带，且第一段硅钢带位于靠近所述单相铁芯的内层，第七段硅钢带位于所述单相铁芯的外层。

3.根据权利要求2所述的不等截面立体三相变压器铁芯，其特征在于，所述长方形硅钢带垫片的厚度在0.15mm至0.30mm之间。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的不等截面立体三相变压器铁芯，其特征在于，每个所述单相铁芯的铁芯柱分别与另外两个所述单相铁芯的铁芯柱之间设置绝缘网格并通过粘结剂连接。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的不等截面立体三相变压器铁芯，其特征在于，所述铁芯柱和所述铁轭的外表面均涂覆粘结剂并缠绕绝缘薄带。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的不等截面立体三相变压器铁芯，其特征在于，三个所述单相铁芯的铁芯柱的外接圆的圆心连线形成为等边三角形。