CN109767896A - 利用趋肤效应的低损耗变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用趋肤效应的低损耗变压器，包括变压器铁芯、套设在铁芯外部的绕组内框、绕制在绕组内框外部的矩形截面导线以及隔开所绕制的每一层绕组之间的层间绝缘；在矩形截面导线的表面沿导线长度的方向开设有趋肤槽，在趋肤槽内通有绝缘液体。本发明通过带趋肤槽结构的矩形截面导线，降低了绕组在交流电流下的绕组损耗，增加了绕组内导线的绝缘液流通通道及流通效率，增强了绕组的有效散热面，从而起到降低变压器绕组温升，提升变压器使用寿命的作用。

Description

利用趋肤效应的低损耗变压器

技术领域

本发明涉及一种低损耗的变压器，尤其涉及一种利用趋肤效应实现低损耗的变压器。

背景技术

随着市场对变压器损耗及可靠性要求的提高，变压器的降损及降温措施一直是业内产品研发的重点。

变压器损耗主要由空载损耗及负载损耗所组成。变压器的空载损耗主要包括铁心材料的磁滞损耗、涡流损耗以及附加损耗几部分，又因为变压器的空载损耗属于励磁损耗，所以与负载无关。磁滞损耗是铁磁材料在反复磁化过程中由于磁滞现象所产生的损耗。磁滞损耗的大小与磁滞回线的面积成正比。涡流损耗是由于铁心本身为金属导体，所以由于电磁感应现象所产生的电动势将在铁心内产生环流，即为涡流。由于铁心中有涡流流过，而铁心本身又存在电阻，故引起了涡流损耗。附加铁损则是不完全决定于变压器材料本身，而主要与变压器的结构及生产工艺等有关。通常引起附加铁损的原因主要有：磁通波形中有高次谐波分量，它们将引起附加涡流损耗；由于机械加工所引起的磁性能变坏所导致损耗增大；在铁心接缝以及芯柱与铁轭的T型区等部位所出现的局部损耗的增大等。由于空载损耗是变压器的重要参数，占变压器总损耗的20％～30％，要降低空载损耗，一般采用的是通过改进铁芯的结构降低铁心总量、减小单位损耗和工艺系数的方法。

变压器的负载损耗主要是变压器在负载状态下，绕组发热导致的电能损耗。主要取决于变压器的额定电流及电阻大小，电阻越高，自然负载损耗越大，反之则越小。变压器的使用可靠性，很大一部分可视为其绝缘的可靠性，除了设计时的设计裕量外，还与变压器实际使用时的温度有关。由于绕组为变压器的主要发热源，一旦绕组温温度过高，将加快变压器绝缘的老化，直接造成变压器绝缘的可靠运行时间下降，缩短变压器的使用寿命。故而，适当的降温生措施，是提高变压器使用寿命及绝缘可靠性的必要手段。一般制造厂商在设计时都会考虑变压器散热问题，很多设计是给变压器安装了多个冷却装置，包括安装强油循环冷却系统、散热器，甚至还有备用冷却装置。大型变压器在用电负荷高峰来之前，也会采取对散热器进行除尘等措施，以提高散热效率。但是对于配电变压器，在高温大负荷的情况下，温度会很高，一般是考虑辅助散热，给变压器淋水、干式变压器使用轴流风机、条件好可以使用空调等方法来降低变压器的温度。但是，包括冷却装置和辅助散热在内的多种方法，都是从外部散热的角度考虑如何来降低温度，很少有从变压器内部设计来降低温度的方案。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种利用趋肤效应的低损耗变压器，能够有效降低变压器绕组损耗，并增大绕组的散热效率。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种利用趋肤效应的低损耗变压器，包括变压器铁芯、套设在铁芯外部的绕组内框、绕制在绕组内框外部的矩形截面导线以及隔开所绕制的每一层绕组之间的层间绝缘；在矩形截面导线的表面沿导线长度的方向开设有趋肤槽，在趋肤槽内通有绝缘液体。所述绕组内框为酚醛层压板制成，用于支撑绕组绕制，所述层间绝缘为可弯折的绝缘纸，所述绝缘液为变压器油。

用于上述低损耗变压器绕组制造的矩形截面导线是一种特制导线，导体的金属部分表面沿导线长度的方向开设有趋肤槽，该导线采用铜或者铝制成。矩形截面导线的横截面为带有凹槽的矩形。

进一步的，所述矩形截面导线的表面沿导线长度的方向上开设有两条平行的趋肤槽，所述趋肤槽的截面形状为矩形。

进一步的，所述截面形状为矩形的趋肤槽的长宽比范围为10～100。

有益效果：本发明相比现有技术，具有以下优点：(1)矩形截面导线的趋肤槽结构，可有效增加导线外表面趋肤层的外包络尺寸及有效面积，根据导线的趋肤效应原理，随着导体截面外表面的外包络尺寸及趋肤层有效面积的增加，与之呈反比的导体趋肤电阻相应降低，从而在不增加导体截面的前提下，降低变压器绕组的绕组损耗；(2)在矩形截面导线上的趋肤槽中通入绝缘液，增加了绕组的有效散热面，在导线长度方向连续流通的绝缘液带走了一部分导线的热量，能够有效增大绕组的散热效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的A-A剖面图；

图3是本发明所述的趋肤槽结构分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所述的一种利用趋肤效应的低损耗变压器的结构如图1所示，该结构包括铁芯5、矩形截面导线1、绕组内框2和层间绝缘3。绕组内框2套设在变压器铁芯5的外部，绕组内框2为酚醛层压板制成，用于支撑绕组绕制。在矩形截面导线1的表面沿导线长度的方向开设有趋肤槽4，在趋肤槽4内通有绝缘液体，本例中使用变压器油。所述层间绝缘为可弯折的绝缘纸，可以根据所要达到的耐压性能选取聚酯薄膜青壳纸或者聚酯薄膜聚酯纤维纸复合箔等。矩形截面导线上连续的趋肤槽通过其中绝缘液的流动，有效增强绕组的散热效率。

矩形截面导线1采用铜或者铝制成，绕制在绕组内框2的外部，是一种特制导线，导体的金属部分表面沿导线长度的方向开设有趋肤槽4。矩形截面导线1的横截面为带有凹槽的矩形，而不是常规的圆形截面导线。如图3所示，本实施例中，矩形截面导线的表面开设有两条平行的趋肤槽，结合A-A剖面图如图2，所述趋肤槽的截面形状为矩形。截面形状为矩形的趋肤槽的长宽比为10～100，本实施例中选取15。趋肤槽的目的是有效增加导线外表面趋肤层的外包络尺寸及有效面积，因此所述趋肤槽还可以是梯形、其他不规则的四边形或者弓形等等。根据导线的趋肤效应原理，随着导体截面外表面的外包络尺寸及趋肤层有效面积的增加，与之呈反比的导体趋肤电阻相应降低，从而在不增加导体截面的前提下，降低变压器绕组的绕组损耗。

本发明通过带趋肤槽结构的矩形截面导线，降低了绕组在交流电流下的绕组损耗，增加了绕组内导线的绝缘液流通通道及流通效率，增强了绕组的有效散热面，从而起到降低变压器绕组温升，提升变压器使用寿命的作用。相较改进前，趋肤槽每新增1～3条时，温升散热系数提升4％～5％，温升绝对值降低1～2K。同样情况下，在交流电流下，低压绕组导线长宽一致且趋肤槽每新增1～3条时，损耗下降约3％～5％。

Claims (7)

1.一种利用趋肤效应的低损耗变压器，其特征在于，包括变压器铁芯(5)、套设在铁芯外部的绕组内框(2)、绕制在绕组内框外部的矩形截面导线(1)以及隔开所绕制的每一层绕组之间的层间绝缘(3)；在导线(1)的表面沿导线长度的方向开设有趋肤槽(4)，在趋肤槽(4)内通有绝缘液体。

2.根据权利要求1所述的利用趋肤效应的低损耗变压器，其特征在于：所述导线(1)采用铜或者铝制成，其横截面为带有凹槽的矩形。

3.根据权利要求2所述的矩形截面导线，其特征在于：所述导线(1)的表面沿导线长度的方向上开设有两条平行的趋肤槽(4)，所述趋肤槽(4)的截面形状为矩形。

4.根据权利要求3所述的矩形截面导线，其特征在于：所述趋肤槽(4)的长宽比范围为10～100。

5.根据权利要求1所述的利用趋肤效应的低损耗变压器，其特征在于：所述绕组内框(2)为酚醛层压板制成，用于支撑绕组绕制。

6.根据权利要求1所述的利用趋肤效应的低损耗变压器，其特征在于：所述层间绝缘(3)为可弯折的绝缘纸。

7.根据权利要求1所述的利用趋肤效应的低损耗变压器，其特征在于：所述绝缘液体为变压器油。