CN108878118B - 变压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可靠性高的变压器，其包括磁芯、一第一绕组以及一组或多组第二绕组。磁芯具有一窗口；第一绕组穿过所述磁芯的所述窗口，且所述第一绕组不接触所述磁芯；一组或多组第二绕组穿过所述磁芯的所述窗口，所述第二绕组绕设于所述磁芯上；所述第二绕组与所述第一绕组之间具有一距离，并且所述第二绕组至少在面向所述第一绕组的外表面设置有第一绝缘部，和/或在所述第一绕组至少在面向所述第二绕组的外表面设置有第二绝缘部。

Description

变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器。

背景技术

MVD、SVG等中高压系统，可包含数百个磁性组件例如磁环变压器等，磁性组件在其中占有相当大比例的体积、重量与损耗。现代工业中对系统的功率密度提出了更高要求，期望系统具有更小的体积，更高的功率密度和可靠性。然而要减小变压器体积对系统可靠性提出了挑战，变压器的各组成结构之间易产生局部放电，局部放电产生的臭氧和空气中的水分混合对绝缘材料有强烈的腐蚀作用，从而影响变压器甚至整个系统的安全性和可靠性。

目前在控制变压器局部放电方面，传统技术主要包括以下两种方式：其一，使用灌封材料将变压器整体封在灌封材料中。但是，该方法成本较高，增大了变压器的体积，并且在环境温度变化较大时，灌封材料存在开裂的风险。其二，增大体积变压器的体积，通过增加变压器的各组成元件之间的距离，降低电场强度，进而控制局部放电。然而由于系统中变压器数量很多，该方法显著增加了变压器的成本和体积，不利于系统功率密度的提高。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的相关技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种可靠性高的变压器。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，一种变压器，包括磁芯、一第一绕组以及一组或多组第二绕组。磁芯具有一窗口；第一绕组穿过所述磁芯的所述窗口，且所述第一绕组不接触所述磁芯；一组或多组第二绕组穿过所述磁芯的所述窗口，所述第二绕组绕设于所述磁芯上；所述第二绕组与所述第一绕组之间具有一距离，并且所述第二绕组至少在面向所述第一绕组的外表面设置有第一绝缘部，和/或在所述第一绕组至少在面向所述第二绕组的外表面设置有第二绝缘部。

根据本发明的一实施方式，所述第一绝缘部通过浸渍方法或喷涂方法形成于所述第一绕组外表面，和/或所述第二绝缘部通过浸渍方法或喷涂方法形成于所述第二绕组外表面。

根据本发明的一实施方式，所述第一绝缘部是硅橡胶漆层或者硅凝胶层。

根据本发明的一实施方式，所述第一绕组为硅胶线，和/或所述第二绕组为三重绝缘线。

根据本发明的一实施方式，所述磁芯呈环形。

根据本发明的一实施方式，所述第一绕组垂直穿过所述磁芯的所述窗口的中心位置。

根据本发明的一实施方式，所述第二绕组与所述磁芯之间设置有绝缘层。

根据本发明的一实施方式，所述变压器还包括骨架，骨架内具有一第一容置空间和一第二容置空间；所述第一绕组设置于所述第一容置空间内，所述磁芯和所述第二绕组设置于所述第二容置空间内。

根据本发明的一实施方式，所述第一绕组还具有延伸部，所述延伸部由所述第一绕组的一端弯折延伸，并能固定于所述骨架的外侧。

根据本发明的一实施方式，所述第二绕组为多组。

根据本发明的一实施方式，每一组所述第二绕组包括正向绕线部和反向绕线部。

根据本发明的一实施方式，每一组所述第二绕组包括多匝绕线，且所述多匝绕线均匀分布于所述磁芯上。

根据本发明的一实施方式，所述磁芯电位悬浮。

由上述技术方案可知，本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一：

本发明提出的变压器包括第一绕组和第二绕组，第一绕组与第二绕组之间的电场强度高，容易发生局部放电，本发明中，将第二绕组至少在面向所述第一绕组的外表面设置有第一绝缘部，或者在所述第一绕组至少在面向所述第二绕组的外表面设置有第二绝缘部，因此能有效降低第一绕组与第二绕组之间的局部放电现象的发生，故本发明的变压器可靠性高。

进一步地，本发明中在容易发生局部放电的第二绕组与磁芯之间也设置了绝缘层，从而降低了在第二绕组与磁芯之间发生局部放电的风险，进一步提升了本发明变压器的可靠性。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明变压器一实施方式的立体结构示意图；

图2示出图1所示的变压器中磁芯和绕组之间关系的立体结构示意图；

图3示出图2所示的变压器的剖面图；

图4是本发明变压器另一实施方式的剖面图；

图5是本发明变压器另一实施方式的立体结构示意图；以及

图6是本发明变压器另一实施方式的立体结构示意图。

图中：1、磁芯；10、窗口；2、第一绕组；21、延伸部；3、第二绕组；4、骨架；41、第一容置空间；42、第二容置空间；43、固定卡槽；6、第一绝缘部；7、第二绝缘部；8、第三绝缘部。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

本发明变压器包括磁芯1、第一绕组2和第二绕组3。第一绕组2可以为原边绕组，第二绕组3可以为副边绕组，但本发明并不以此为限。第二绕组3与第一绕组2之间容易发生局部放电，本发明的发明构思在于降低第二绕组3与第一绕组2之间的电场强度，从而降低二者之间发生局部放电的风险。进一步地，第二绕组3绕设于磁芯1上，二者之间也容易发生局部放电，故本发明的进一步的发明构思在于增强第二绕组3与磁芯1之间的绝缘性能，从而降低二者之间发生局部放电的风险。构成本发明的部件例如各个绕组，其本身具有绝缘皮等绝缘结构，本发明所增设的绝缘部并非是绕组本身的绝缘结构。

参见图1、图2和图3，图1是本发明变压器一实施方式的立体结构示意图；图2示出图1所示的变压器中磁芯和绕组之间关系的立体结构示意图；图3示出图2所示的变压器的剖面图。如图1、图2和图3所示，本发明变压器一实施方式包括磁芯1、一第一绕组2、一组或多组第二绕组3以及骨架4。

如图1所示，本发明变压器中的骨架4可以采用现有的结构，其内具有一第一容置空间41和一第二容置空间42。第一容置空间41例如可以是设置于骨架4中央位置的孔或筒，第二容置空间42例如可以是沿骨架4圆周方向设置的环形槽。

如图1和图2所示，本发明变压器中的磁芯1可以呈环形，且具有一窗口10。于其他实施例中，磁芯1可以为U型，可以为E型，也可以是由一U形磁芯与一I形磁芯或者由两个U形磁芯组合而成的组合结构。本发明并不以此为限，并且磁芯结构不一定是一个封闭的结构，例如也可以是单个U形磁芯的开放结构。

如图2所示，本发明变压器中的第一绕组2可以是例如高压硅胶线，第一绕组2垂直穿过磁芯1的窗口10的中心位置，且第一绕组2与磁芯1之间具有一间距D1，即第一绕组2不接触磁芯1。当然在其他一些实施方式中，第一绕组2并非必然位于芯1的窗口10的中心位置，其也可以稍微偏离窗口10的中心位置，特别是向远离第二绕组3的方向偏离。此外，第一绕组2并非必然垂直穿过磁芯1的窗口10，其也可以与窗口10形成一锐角，特别是在一些异形磁芯1中，第一绕组2倾斜穿过磁芯1的窗口10是优选的。

如图2和图3所示，本发明变压器中的第二绕组3穿过磁芯1的窗口10，并绕设于磁芯1上。第二绕组3与第一绕组2之间具有一距离D2。在一实施方式中，第二绕组3可以是三重绝缘线，第二绕组3包括正向绕线部和反向绕线部。在其他实施方式中，第二绕组3不限于三重绝缘线，在磁芯上的绕线方向也可以是单一方向例如全部是正向绕线或全部是反向绕线。

如图3所示，本发明变压器中，在第二绕组3的面向第一绕组2外表面设置有第一绝缘部6，第一绝缘部6可以是硅橡胶漆层或者硅凝胶层。图3示出的第一绝缘部6可以由喷涂方法形成于第二绕组3上。

本发明变压器中，第二绕组3与第一绕组2之间的绝缘结构除各绕组自身线材的绝缘材料外，还包括第二绕组3外表面的第一绝缘部6以及第一绕组2和第二绕组3之间的空气层。则第二绕组3和第一绕组2间最大的电场强度为：

Emax1＝U/[rc*(lnR/rc+(ε1/ε2-1)ln(R/r1))]

相比于现有技术中，没有第一绝缘部6时，第二绕组3和第一绕组2间最大的电场强度为：

Emax2＝U/(rc*ln(R/rc)

U为变压器原副边施加的交流电压峰值，R是第二绕组3线芯中心到第一绕组2线芯中心的距离(为了简化运算，第二绕组3本身的绝缘层与第一绝缘部6不作区分)，rc是第二绕组3线芯的半径，r1是第二绕组3线芯中心到第二绕组3硅橡胶漆层的距离。ε1第一绝缘部的介电常数，ε2空气介电常数；只要使得ε1>ε2，则可以使Emax1<Emax2。显然，硅橡胶漆层和硅凝胶层的介电常数都大于空气。

进一步地，第一绕组2的面向第二绕组3的外表面设置有第二绝缘部7，降低第一绕组2与第二绕组3之间的电场强度，从而降低在二者之间发生局部放电的风险。

本发明变压器中，第一绝缘部6的设置不限于喷涂等方法，其他的方法也是可行的，例如第一绝缘部6也可以用浸渍的方法形成于第二绕组3上，可以简化形成第一绝缘部6的工艺。详细来说，当本发明变压器的第二绕组3在磁芯1上绕制完成后，在烘箱中70～120℃范围内烘烤30min以上；在第二绕组3与磁芯1的接触位置浸渍硅橡胶漆，该硅橡胶漆在常温下可以浸渍并且晾干后不容易脱落；具有很好的耐磨性。

如图4所示，图4所示的变压器为整体浸渍的情况，即将磁芯1及其上的第二绕组3全部浸没于硅橡胶漆中，该种情况下，第一绝缘部6不仅形成于第二绕组3的面向第一绕组2外表面，而且能填充第二绕组3与磁芯1之间的间隙，并能同时布满磁芯1的全部内表面；该浸漆工艺中，在形成第一绝缘部6的同时，在磁芯1的其他表面例如外表面、上表面、下表面也形成一第三绝缘部8，因此磁芯1的所有外表面均匀被绝缘部覆盖。

第二绕组3在绕制过程中不可能完全紧贴磁芯1没有气隙，当变压器两端施加交流电压时，电场强度跟绝缘材料的介电常数呈反比。一般情况下，气体的击穿强度低于固体的击穿强度。所以在第二绕组3与磁芯1相互接近的位置处容易发生空气击穿而发生局部放电。将整个变压器在硅橡胶漆中浸渍，使整个变压器都均匀的涂抹一层硅橡胶漆。并且，当硅橡胶漆将第二绕组3与磁芯1之间的间隙填满时，硅橡胶漆层的击穿场强较高不易发生局部放电。

因此，通过将磁芯1和第二绕组3整体浸渍硅橡胶漆的方法，可以同时降低上述两个位置的局部放电风险，并且在第二绕组3表面浸渍的硅橡胶漆层进一步降低了第二绕组3线芯表面的电场强度，提高了整个变压器的击穿场强。

在其他一些实施方式中，也可以局部浸漆的方式形成所述第一绝缘部6，也就是说，仅将第二绕组3以及设置第二绕组3的磁芯部分浸入硅橡胶漆中，而磁芯1的其他部分不浸入硅橡胶漆或者硅凝胶中。该种情况下，仅在第二绕组3表面、第二绕组3与磁芯1之间的间隙、部分磁芯1表面形成绝缘层，而不会同时在磁芯1的其他部分形成绝缘层。需要说明的是，也可采用其他材料代替硅橡胶漆浸渍形成绝缘层，例如，硅凝胶，本发明并不以此为限。

如图1所示，第一绕组2设置于第一容置空间41内，磁芯1和第二绕组3设置于第二容置空间42内。在一实施方式中，第一绕组2还具有延伸部21，延伸部21由第一绕组2的一端弯折延伸，并能固定于骨架4外侧的固定卡槽43中。

在一些实施例中，磁芯1电位悬浮，在磁芯1电位悬浮的情况下，亦可降低变压器发生局部放电的风险，相比于磁芯接地，工艺简单便于实施。

参见图5，图5是本发明变压器另一实施方式的立体结构示意图。图5所示的实施方式中，变压器包括两组第二绕组3。磁芯1的窗口10穿过一根由高压硅胶线制成的第一绕组2；磁芯1上绕设有两个第二绕组3，两个第二绕组3之间的最近距离不小于5mm；并且每个第二绕组3采用正绕三匝反绕两匝的方式，目的是增加该第二绕组3与磁芯1之间的接触面积，即增加了两者之间的电容，从而进一步地降低第二绕组3到磁芯1之间的电场强度。

在第二绕组3与磁芯1接近的位置浸渍硅橡胶漆，硅橡胶漆的电阻率大约10¹³Ω·m，该硅橡胶漆在常温下可以浸渍并且晾干后不容易脱落。

参见图6，图6是本发明变压器另一实施方式的立体结构示意图。图6所示的实施方式中，变压器包括一组第二绕组3，该第二绕组3包括多匝绕线，且多匝绕线均匀分布于磁芯1上。图6所示的变压器实施方式的其他结构与图5所示的实施方式基本相同，这里不再赘述。

以上实施方式中可能使用相对性的用语，例如“上”或“下”，以描述图标的一个元件对于另一元件的相对关系。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的元件将会成为在“下”的元件。用语“一个”、“一”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的组成部分之外还可存在另外的组成部分等。“第一”、“第二”仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。

应可理解的是，本公开不将其应用限制到本文提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本文公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本文所述的实施方式说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。

Claims (12)

1.一种变压器，其特征在于，所述变压器包括：

磁芯，其具有一窗口；

一第一绕组，其穿过所述磁芯的所述窗口，且所述第一绕组不接触所述磁芯；

一组或多组第二绕组，其穿过所述磁芯的所述窗口，所述第二绕组绕设于所述磁芯上；

一空气层，设于所述第二绕组与所述第一绕组之间；

其中，所述第二绕组与所述第一绕组之间具有一距离，并且所述第二绕组除自身线材的绝缘材料外，还至少在面向所述第一绕组的外表面设置有第一绝缘部，所述第一绕组除自身线材的绝缘材料外，还至少在面向所述第二绕组的外表面设置有第二绝缘部，所述第一绝缘部和所述第二绝缘部之间设置有空气层，且所述磁芯电位悬浮。

2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一绝缘部通过浸渍方法或喷涂方法形成于所述第一绕组外表面，和/或所述第二绝缘部通过浸渍方法或喷涂方法形成于所述第二绕组外表面。

3.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一绝缘部是硅橡胶漆层或者硅凝胶层。

4.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一绕组为硅胶线，和/或所述第二绕组为三重绝缘线。

5.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述磁芯呈环形。

6.如权利要求5所述的变压器，其特征在于，所述第一绕组垂直穿过所述磁芯的所述窗口的中心位置。

7.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第二绕组与所述磁芯之间设置有第一绝缘部。

8.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述变压器还包括：

骨架，其内具有一第一容置空间和一第二容置空间；

其中，所述第一绕组设置于所述第一容置空间内，所述磁芯和所述第二绕组设置于所述第二容置空间内。

9.如权利要求8所述的变压器，其特征在于，所述第一绕组还具有延伸部，所述延伸部由所述第一绕组的一端弯折延伸，并能固定于所述骨架的外侧。

10.如权利要求1-9任一项所述的变压器，其特征在于，所述第二绕组为多组。

11.如权利要求1-9任一项所述的变压器，其特征在于，每一组所述第二绕组包括正向绕线部和反向绕线部。

12.如权利要求1-9任一项所述的变压器，其特征在于，每一组所述第二绕组包括多匝绕线，且所述多匝绕线均匀分布于所述磁芯上。

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