CN107644731B - 包含绝缘材料的电力变压器和制造这种变压器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包含绝缘材料的电力变压器和制造这种变压器的方法。该电力变压器(10)包括:磁芯(16);围绕所述磁芯(16)缠绕并在其输入端接收输入交流电的第一线圈绕组(18);围绕所述磁芯(16)缠绕并在其输出端提供输出交流电的第二线圈绕组(20);在所述第一线圈绕组(18)和所述第二线圈绕组(20)之间限定的容纳空间(22);以及在所述容纳空间(22)的内部浇铸的绝缘材料(30),以使所述第一线圈绕组(18)与所述第二线圈绕组(20)电绝缘,所述绝缘材料(30)包括多个氧化铝颗粒。其特征在于,所述绝缘材料(30)包括含有多个氧化铝颗粒的硅基弹性体。
Description
技术领域
本发明涉及如下类型的电力变压器,该类型的电力变压器包括:磁芯;第一线圈绕组,所述第一线圈绕组围绕所述磁芯缠绕并在所述第一线圈绕组的输入端接收输入交流电;第二线圈绕组,所述第二线圈绕组围绕所述磁芯缠绕并在所述第二线圈绕组的输出端提供输出交流电;在所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组之间限定的容纳空间;在所述容纳空间的内部浇铸的绝缘材料,以使所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组电绝缘,所述绝缘材料包括多个氧化铝颗粒。
本发明还涉及用于制造这种变压器的制造方法。
背景技术
在下面的描述中,术语“初级绕组”用于指代所述第一线圈绕组,以及术语“次级绕组”指代所述第二线圈绕组。
上述提到的变压器已经是已知的。这种变压器在室内环境中经常用作干式变压器用于配电或供电。在这种类型的变压器中,绝缘材料是特别地包含氧化铝颗粒的环氧树脂。
这种绝缘材料特别能够在变压器的初级绕组和次级绕组之间产生有效的介电绝缘。由于该绝缘材料优秀的耐火性,该绝缘材料还能另外提供更好的防止变压器发生火灾风险的保护。该绝缘材料还使得变压器得到有效的保护,防止工业环境中的诸如灰尘或化学试剂的大气污染物的攻击。
然而,当这种变压器在外部或室外环境中或在极端温度条件下使用时,这种变压器会受到比室内环境大得多的振动或膨胀现象的影响。这些现象在绕组和绝缘材料之间的界面处产生高的机械应力。从而,在绝缘材料中使用的环氧树脂在该界面处容易产生裂缝。这些裂缝对于变压器的正常运行是不利的,因为可能会出现电绝缘缺陷。此外,这种变压器的冷却效果不是最佳的,变压器与外部环境之间的热交换受到所采用的绝缘材料(在这种情况下是环氧树脂)的性质的限制。其结果是,变压器的外表面上可能出现局部热点,导致环氧树脂的劣化。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种能够防止在绝缘材料中出现裂缝并增强与外部环境的热交换的电力变压器来克服这些缺点。
为此,本发明的目的涉及一种上述类型的电力变压器,其特征在于,绝缘材料包括含有多个氧化铝颗粒的硅基弹性体。
根据本发明的其他有利方面,所述电力变压器包括单独地或根据所有技术上可能的组合来考虑的以下特性特征中的一个或多个:
所述硅基弹性体是树脂形式的硅树脂;
所述硅树脂具有拉伸强度,所述拉伸强度优选地介于0.5N/mm2(牛顿/平方毫米)至5N/mm2之间,优选地基本上等于2N/mm2;
所述多个氧化铝颗粒呈现绝缘材料的体积分数和绝缘材料的质量分数,所述体积分数优选介于0.3至0.7之间,优选地基本上等于0.5;所述质量分数优选地介于0.5至0.9之间,优选地基本上等于0.8;
每个氧化铝颗粒具有优选地介于10μm和100μm之间的直径;
所述磁芯以圆环的形式成型;
所述第一线圈绕组中的输入交流电的电压优选地基本上等于25kV;
所述第二线圈绕组中的输出交流电的电压优选地介于3kV至5kV之间,优选地等于3.6kV;
所述第二线圈绕组围绕所述绝缘材料和所述第一线圈绕组缠绕;
所述绝缘材料还围绕所述第二线圈绕组浇铸,形成能够使所述第二线圈绕组与变压器的外部电绝缘的涂层;
所述变压器是用于铁路车辆的牵引变压器。
本发明的目的还涉及一种用于制造电力变压器的制造方法,所述变压器包括:磁芯,在其输入端接收输入交流电的第一线圈绕组,在其输出端提供输出交流电的第二线圈绕组,在所述第一线圈绕组和第二线圈绕组之间限定的容纳空间,以及包含多个氧化铝颗粒和硅基弹性体的绝缘材料;
所述方法包括以下步骤:围绕所述磁芯缠绕所述第一线圈绕组,以及在所述容纳空间的内部浇铸所述绝缘材料以使所述第一线圈绕组与所述第二线圈绕组电绝缘,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
固化所述容纳空间的内部的所述绝缘材料;以及
围绕所述绝缘材料和所述第一线圈绕组缠绕所述第二线圈绕组。
根据本发明的另一个有利的方面,所述方法包括:围绕所述第二线圈绕组浇铸所述绝缘材料,以及固化围绕所述第二线圈绕组的所述绝缘材料,围绕所述第二线圈绕组而固化的绝缘材料从而形成能够将所述第二线圈绕组与所述变压器的外部电绝缘的涂层。
附图说明
通过阅读下面的仅作为示例提供的描述并参考附图,本发明的这些特性特征和优点将变得明显,其中:
图1是根据本发明的电力变压器的示意图;
图2是图1所示的电力变压器的横截面示意图;
图3是图1所示的电力变压器的透视图;以及
图4是表示根据本发明的用于制造电力变压器的制造方法的流程图。
具体实施方式
图1表示电力变压器10,用于将输入单相交流电变换为输出单相交流电。在实施例的示例中,一方面,所述变压器10连接到提供输入单相交流电的电流转换器12上,另一方面,所述变压器10连接到接收输出单相交流电的电压转换器14上。在实施例的示例中,所述变压器10是用于铁路车辆的干式牵引变压器。所述变压器10显示电功率,所述电功率的值例如基本上等于290kVA。
所述电流转换器12例如安装在所述铁路车辆的主体的下方,并且能够连接到悬链线15,传递电流并呈现其值例如等于25kV的高电压以及其值例如等于50Hz的频率。由所述转换器12提供的输入单相交流电的电压呈现例如基本上等于25kV的值。
所述电压转换器14例如也安装在所述铁路车辆的主体的下方,并且能够连接到安装在所述铁路车辆中的电动机上。由所述变压器10输送的输出单相交流电呈现低电压,所述低电压的值例如介于3kV至5kV之间,通常为大约3.6kV。
所述变压器10包括磁芯16,初级绕组18和磁耦合到所述初级绕组18的次级绕组20。所述初级绕组18连接到所述电流转换器12,并在输入端接收所述输入单相交流电。所述次级绕组20连接到所述电压转换器14,并在输出端提供所述输出单相交流电。
在图2所示的实施例的示例中,所述磁芯16是一个拉长的圆环的形式。它不连接到任何电位,并且通常通过圆柱形圆环的堆叠形成,其中圆柱形圆环被覆盖有玻璃织物的厚度(分层)。通常利用磁性电工钢层压板的堆叠形成每个圆柱形圆环。所述磁芯16具有例如基本上等于30cm的高度,例如基本上等于10cm的内径以及例如基本上等于19cm的外径。
众所周知地,所述初级绕组18由例如围绕所述磁芯16缠绕的绝缘铜线构成。通过变型,利用导电金属(例如铜)的条形成所述初级绕组18,所述条围绕所述磁芯16缠绕。
所述次级绕组20通常由围绕所述初级绕组18一定距离处缠绕的绝缘铜线构成。
通过变型,所述磁芯16连接到电接地。从而,所述初级绕组18然后围绕所述磁芯16一定距离处缠绕,并通过一层绝缘材料层30而与所述磁芯16分离。
如图2所示,所述变压器10还包括由位于所述初级绕组18和所述次级绕组20之间的空间限定的容纳空间22。所述变压器10还包括绝缘材料30的第一层26和第二层28。
所述第一层26由在所述容纳空间22的内部浇铸的绝缘材料30形成。换句话说,所述次级绕组20通过所述绝缘材料的第一层26而与所述初级绕组分离。在实施例的示例中,所述第一层26呈拉长的空心圆环的形式,该空心圆环具有优选地介于12mm和14mm之间的厚度,例如基本上等于13mm。所述次级绕组20有利地缠绕在所述绝缘材料的第一层26的外表面上。
有利地,所述第二层28由完全围绕所述次级绕组20浇铸的绝缘材料30形成。换句话说,绝缘材料的第二层28形成能够使所述次级绕组20与所述变压器10的外部电绝缘的涂层。在实施例的示例中,所述第二层28呈拉长的空心圆环的形式,该空心圆环具有优选地基本上等于5mm的厚度。如图3所示,圆环28在其中央形成一个空的圆柱形导管。
通过未示出的变型实施例,绝缘材料层30的第三层浇铸在由所述圆环28限定的圆柱形导管的内部。
也通过未示出的另一变型实施例,所述初级绕组18和所述次级绕组20的空间定位相反。更具体地说,所述初级绕组18围绕所述次级绕组20缠绕,所述次级绕组20本身围绕所述磁芯16缠绕。根据实施例的这种变型,绝缘材料的第二层28是拉长的空心圆环的形式,该空心圆环具有介于12mm和14mm之间的厚度,例如基本上等于13mm。
所述绝缘材料30由包含树脂形式的硅树脂和氧化铝颗粒的固化混合物形成。所述固化混合物30是从第一液体化合物与第二液体化合物的混合而获得的,两种液体化合物能够基于硫化过程而迅速地相互接触进行反应。所述第一液体化合物包括第一硅基试剂和所述氧化铝颗粒。所述第二液体化合物包括第二硅基试剂和催化剂,所述催化剂例如包括固体形式的铂。所述固化混合物30呈现例如等于2N/mm2的拉伸强度,例如等于20%的断裂伸长率,以及例如等于5的介电常数。整个氧化铝颗粒的体积优选地基本上等于液体混合物的体积的0.5倍,以及整个氧化铝颗粒的质量优选地基本上等于液体混合物的质量的0.8倍。每个氧化铝颗粒具有优选地介于10μm和100μm之间的直径。通过变型,所述硅树脂由任何硅基弹性体代替。
呈现图3以便更好地考虑到根据本发明的电力变压器10呈现的总体外观。在该图中,所述次级绕组20和绝缘材料的第一层26用实线表示。绝缘材料的第二层28以混合线表示。平面II对应于图2中示出的所述电力变压器10的横截面。图3中未示出所述变压器10的电连接。
现在将解释所述变压器10的操作。
例如,当在外部环境中使用时,所述变压器10在所述绝缘材料30与所述初级绕组18和所述次级绕组20之间的界面处受到高的机械应力。硅树脂的弹性特性赋予绝缘材料30更大程度的柔韧性,使得绝缘材料不会由于这些机械应力而产生裂缝。
此外,由于在硅胶材料中添加氧化铝颗粒,绝缘材料30具有高水平的热导率,特别是大于1W.m-1.K-1(瓦特/米开尔文)。此外,由于所述绝缘材料30的这种高水平的导热性,绝缘材料的层26、28可以改善变压器10与外部之间的热交换。绝缘材料的层26、28也使得可以扩散热损失,以免在变压器10的表面上局部地产生非常高温的热点。
因此可以想到,根据本发明的电力变压器使得可以防止在绝缘材料上出现裂缝并改善与外部环境的热交换。
图4示出了用于制造电力变压器10的制造方法。
在初始步骤40期间,操作者围绕所述磁芯16缠绕所述初级绕组18。
在随后的步骤42的过程中,所述操作者围绕所述初级绕组18布置圆环形式的第一空心模具。所述第一空心模具的内部限定了所述容纳空间22。之后,所述操作者将两种液体化合物以例如大致相等的比例浇铸在所述第一空心模具的内部。
在随后的步骤44的过程中,在所述第一空心模具的内部中的液体混合物在环境温度下固化,从而形成固化的混合物30。该固化步骤的持续时间例如为大约48小时。一旦固化,所述绝缘材料30就形成绝缘材料的第一层26。然后,所述操作者移除所述第一空心模具。
在随后的步骤46的过程中,所述操作者围绕第一层26缠绕所述次级绕组。换句话说,所述次级绕组20围绕绝缘材料的第一层26以及围绕所述初级绕组18缠绕。
在随后的步骤48的过程中,所述操作者围绕所述次级绕组20布置圆环形式的第二空心模具。此后,所述操作者然后将两种液体化合物浇铸在所述第二空心模具的内部。
在随后的步骤50的过程中,在所述第二空心模具的内部中的液体混合物在环境温度下固化,从而形成固化的混合物30。一旦固化,所述绝缘材料30就形成绝缘材料的第二层28。固化步骤的持续时间例如为大约48小时。然后,所述操作者移除所述第二空心模具。众所周知的,所述操作者然后进行各种电连接,并获得变压器10。
应当注意,通过变型,在液体混合物的固化步骤44、50的过程中,将热源放置在空心模具的附近,从而减少固化过程的持续时间。
根据本发明的这种制造方法具有简化浇铸和成型操作的优点。实际上,缠绕的步骤40和46通过浇铸的步骤42分离,从而,通过构成相继的同心块来实现电力变压器的制造。该方法也使得可以避免使用支撑间隔件。根据现有技术的制造方法,在制造电力变压器期间,这种间隔件被适当地布置以便一旦在所述次级绕组围绕所述初级绕组缠绕时支撑所述次级绕组。然而,在这种变压器的设置操作中,在这种间隔件的表面上可能出现与电流有关的现象,从而导致绝缘材料的介电绝缘性能的劣化。
本领域技术人员将理解,本发明可以以相同的方式适用于包括磁芯,初级绕组和次级绕组的任何类型的电力变压器(例如配电变压器或电源变压器),而不管其几何结构和电气特性如何。特别地,本发明可以以相同的方式适用于用于将多相交流电转换成多相交流电的电力变压器。
Claims (16)
1.一种类型的电力变压器(10),包括:
磁芯(16);
第一线圈绕组(18),所述第一线圈绕组(18)围绕所述磁芯(16)缠绕并在所述第一线圈绕组(18)的输入端接收输入交流电;
第二线圈绕组(20),所述第二线圈绕组(20)围绕所述磁芯(16)缠绕并在所述第二线圈绕组(20)的输出端提供输出交流电;
在所述第一线圈绕组(18)和所述第二线圈绕组(20)之间限定的容纳空间(22);
在所述容纳空间(22)的内部浇铸的绝缘材料(30),以使所述第一线圈绕组(18)与所述第二线圈绕组(20)电绝缘,所述绝缘材料(30)包括多个氧化铝颗粒;
其特征在于,所述绝缘材料(30)包括含有多个氧化铝颗粒的硅基弹性体。
2.根据权利要求1所述的电力变压器(10),其中,所述硅基弹性体是树脂形式的硅树脂。
3.根据权利要求2所述的电力变压器(10),其中,所述硅树脂具有拉伸强度,所述拉伸强度介于0.5N/mm2至5N/mm2之间。
4.根据权利要求2所述的电力变压器(10),其中,所述硅树脂具有拉伸强度,所述拉伸强度等于2N/mm2。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电力变压器(10),其中,所述多个氧化铝颗粒呈现绝缘材料的体积分数和绝缘材料的质量分数,所述体积分数介于0.3至0.7之间;所述质量分数介于0.5至0.9之间。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的电力变压器(10),其中,所述多个氧化铝颗粒呈现绝缘材料的体积分数和绝缘材料的质量分数,所述体积分数等于0.5;所述质量分数等于0.8。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的电力变压器(10),其中,每个氧化铝颗粒具有介于10μm至100μm之间的直径。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的电力变压器(10),其中,所述磁芯(16)以圆环的形式成型。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的电力变压器(10),其中,所述第一线圈绕组(18)的输入交流电的电压等于25kV。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的电力变压器(10),其中,所述第二线圈绕组(20)的输出交流电的电压介于3kV至5kV之间。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的电力变压器(10),其中,所述第二线圈绕组(20)的输出交流电的电压等于3.6kV。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的电力变压器(10),其中,所述第二线圈绕组(20)围绕所述绝缘材料(30)和所述第一线圈绕组(18)缠绕。
13.根据权利要求12所述的电力变压器(10),其中,所述绝缘材料(30)也围绕所述第二线圈绕组(20)浇铸,形成能够将所述第二线圈绕组(20)和所述变压器(10)的外部电绝缘的涂层(28)。
14.根据权利要求1-4中任一项所述的电力变压器(10),其中,所述变压器(10)是用于铁路车辆的牵引变压器。
15.一种用于制造电力变压器(10)的制造方法,所述变压器(10)包括:磁芯(16);第一线圈绕组(18),在所述第一线圈绕组(18)的输入端接收输入交流电的;第二线圈绕组(20),在第二线圈绕组(20)的输出端提供输出交流电;在所述第一线圈绕组(18)和所述第二线圈绕组(20)之间限定的容纳空间(22),以及包含多个氧化铝颗粒和硅基弹性体的绝缘材料(30);
所述方法包括以下步骤:
步骤(40),围绕所述磁芯(16)缠绕所述第一线圈绕组(18),以及
步骤(42),在所述容纳空间(22)的内部浇铸所述绝缘材料(30),以便所述第一线圈绕组(18)与所述第二线圈绕组(20)电绝缘,
其特征在于,所述方法还包括以下步骤:
步骤(44),固化所述容纳空间(22)的内部的所述绝缘材料(30);以及
步骤(46),围绕所述绝缘材料(30)和所述第一线圈绕组(18)缠绕所述第二线圈绕组(20)。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,所述方法还包括以下步骤:
步骤(48),围绕所述第二线圈绕组(20)浇铸所述绝缘材料(30);
步骤(50),固化围绕所述第二线圈绕组(20)的所述绝缘材料(30),围绕所述第二线圈绕组(20)而固化的所述绝缘材料(30)从而形成能够将所述第二线圈绕组(20)与所述变压器(10)的外部电绝缘的涂层(28)。
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