CN109906494B - 具有收缩补偿的变压器组件 - Google Patents
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Abstract
一种在绕组的干燥或固化期间具有收缩补偿的变压器组件（5），包括：芯（10），其具有两个轭部（12、14）和两个柱（16、18）；绕所述芯（10）的所述两个柱（16、18）中的至少一个设置的绕组（20、22），所述绕组（20、22）通过绝缘材料（24）来绝缘；对于每个轭部（12、14）的金属型材（8a、8b、8c、8d），所述金属型材（8a、8b、8c、8d）平行于相应的轭部（12、14）延伸并且安装到所述相应的轭部（12、14）；以及安置在所述金属型材（8a、8b、8c、8d）中的两个活塞（26a、26b），所述活塞（26a、26b）可沿其轴向方向移动，所述轴向方向平行于至少一个绕组（20、22）的纵向轴线，其中，至少两个活塞（26a、26b）沿所述绕组（20、22）的轴向方向在所述至少一个绕组（20、22）上施加力。
Description
技术领域
本发明涉及变压器组件，特别是用于电力应用的变压器组件，以及用于制造这样的变压器组件的改进方法。
背景技术
在例如用于牵引、电力或配电目的的变压器的制造期间，绕组通常暴露于干燥过程，这主要是用于从绝缘材料中消除水的痕迹。在该过程期间，绝缘材料收缩，从而导致尤其是绕组的轴向长度的小幅减小。
牵引变压器的有源部分包括一个或多个绕组和芯组件。在制造期间，该有源部分通常用由压板和梁构成的机械绝缘结构夹持。例如，这些部分可以由木材或用玻璃纤维增强的聚酯基材料制成。多个金属轴向拉杆通常安装在梁之间，该拉杆允许在绕组上维持一定的预应力。
该预应力经由拉杆施加于压板和梁。由此，在制造过程期间绕组所暴露的干燥过程期间，绕组沿其轴向维度收缩。因此，为了在制造过程期间期望地维持绕组上的预应力，通常必须偶尔重新拉紧拉杆。这通常需要在一定量的时间之后重复多次，使得贯穿整个干燥过程基本上维持在绕组上施加的力。
此外，为了提供足够的稳定性，压板、梁和拉杆的组件必须足够地设定尺寸，从而导致相当大地增加变压器组件的重量的质量。
鉴于上述和其他原因，存在对本发明的需要。
发明内容
根据第一方面，提供了一种在绕组的干燥或固化期间具有收缩补偿的变压器组件。所述组件包括：芯，其具有至少两个轭部和至少两个柱；绕所述芯的所述至少两个柱中的至少一个设置的至少一个绕组，所述至少一个绕组通过绝缘材料来绝缘；对于每个轭部的至少一个金属型材，所述至少一个金属型材平行于相应的轭部延伸并且安装到所述相应的轭部；以及安置在所述金属型材中的至少一个中的至少两个活塞，所述活塞可沿其轴向方向移动，所述轴向方向平行于所述至少一个绕组的纵向轴线，其中，所述至少两个活塞沿所述绕组的轴向方向在所述至少一个绕组上施加力。
在第二方面，提供了一种补偿变压器组件中的绕组的干燥或固化期间的收缩的方法。所述方法包括组装根据第一方面的变压器组件，并且在干燥过程或固化过程期间，通过活塞在绕组上施加力。
根据从属权利要求、它们的组合、说明书和附图，本发明的其他方面、优点和特征是显而易见的。
附图说明
对于本领域技术人员来说，包括其最佳模式的完整和可行的公开内容在本说明书的其余部分中更具体地阐述，本说明书包括对附图的引用，在附图中：
图1示意性地示出了根据实施例的变压器组件的横截面图；
图2示意性地示出了图1的变压器组件的一部分上的立体示意图；
图3示意性地示出了如图1中呈现的变压器组件上的立体图；以及
图4示意性地示出了通过根据实施例的变压器组件的金属型材的横截面图。
具体实施方式
现在将详细参考各实施例，在每个附图中图示了这些实施例的一个或多个示例。每个示例都通过解释的方式提供，并不意在作为限制。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可以用在其他实施例上或与其他实施例结合使用，以产生更进一步的实施例。本公开旨在包括这样的修改和变型。
在以下对附图的描述中，相同的附图标记表示相同的部件。通常，仅描述关于各个实施例的差异。当若干个相同的物件或部分出现在图中时，并非所有的部分都具有附图标记，以便简化外观。
本文描述的系统和方法不限于所描述的特定实施例，而是系统的部件和/或方法的步骤可以独立地并且与本文描述的其他部件和/或步骤分开使用。相反，示例性实施例可以与许多其他应用结合来实施和使用。
尽管本发明的各种实施例的具体特征可能在一些附图中示出而在其他附图中未示出，但这仅是为了方便。根据本发明的原理，附图的任何特征都可以结合任何其他附图的任何特征来引用和/或要求保护。
总体上，本文所描述的实施例涉及变压器组件，其可以是用于轨道车辆的牵引变压器，或者通常是用于功率转换应用和用于配电的变压器。该组件包括能够补偿绕组绝缘体在干燥时的收缩的系统。该系统包括移动活塞，其推挤绕组，并且通过预应力螺钉在绕组上施加力，该预应力螺钉此后也称为调整螺钉。通常还采用钟形件（bell）将力从该活塞传递到金属型材。通常呈一叠弹簧垫圈的形式的弹簧元件补偿由于干燥和热循环引起的绕组尺寸的变化。由此，实现了变压器的平均制造时间的减少，特别是有源部分安装和干燥过程所需的组装时间的减少。一般而言，在绕组的干燥或固化过程完成之后，变压器组件通常进一步被用于生产环境中，例如用于铁路火车中。然后，用于收缩补偿的上述系统被用于在绕组上施加力，以便维持其稳定性，这在铁路火车或机车的环境中是特别有用的。
由此，弹簧元件一般通常被构造成使得在干燥或固化完成之后，在变压器的进一步操作期间在所述至少一个绕组上施加的力的大小被设定成高于所述绕组在变压器的短路状态的情况下的可能扩大的电磁力。这确保了在正常操作期间维持绕组的完整性免受振动和冲击的影响，并且也在短路的情况下维持绕组的完整性。由此，活塞通常在干燥或固化期间移动从大约0.5mm至大约4mm的距离，更通常为从大约1mm至大约3mm。在后续的现场变压器操作期间，活塞通常在短路的情况下仅移动可忽略的距离，这是因为活塞所施加的力被配置成高于绕组的扩大电磁力。活塞通常仅在操作期间的绕组相对芯的差热膨胀期间（例如，在冷启动之后）沿朝向金属型材的方向移动，这发生在例如2分钟至10分钟的几分钟的时间常数内。因此，活塞远离绕组的中心朝向金属型材的移动可能由于正常操作期间的热膨胀而发生，而不是由于短路状态期间的电磁力。因此，在短路状态期间，弹簧元件在活塞上施加的反作用力阻碍活塞被短路状态引起的电磁力移动。然而，如果短路状态将持续例如15秒或更长的较长的时间跨度，则所产生的铜的加热和热膨胀可能导致绕组的热膨胀，这随后可导致活塞朝向金属型材的移动。但是，在实践中，短路状态通常最迟在几秒之后就被保护机构终止，该保护机构是铁路火车或机车的一部分。
此外，在实施例中，变压器的有源部分通常用金属型材夹持，该金属型材优选为铝挤压型材。这允许减轻重量并节省材料成本。
在实施例中，增强件沿变压器的柱安装并且位于磁芯和绕组之间。该增强件在下文中也称为机械连接元件。这些增强件或机械连接元件刚性化磁芯并抵抗来自绕组的短路力。力通过活塞从绕组传递到金属型材，并且随后，应力回路通过沿柱的增强件闭合。金属型材基部上的反形状（counter-shape）旨在用于安装这些增强件。
在图1中，示出了根据实施例的变压器组件5的横截面图。芯10具有两个轭部12、14和两个柱16、18（这里，由于视角仅柱16是可见的）。两个绕组20、22绕柱16、18设置，由此在图1中仅绕组20可见。绕组20、22通过绝缘材料24绝缘，该绝缘材料24仅在图1中示意性地示出。例如，绝缘材料24可以是芳纶纸等。
在每个轭部12、14上方和下方安装有金属型材8a、8b、8c、8d。金属型材8a、8b、8c、8d平行于相应的轭部12、14延伸，并且通过螺栓9安装到轭部12、14。在图1中，金属型材8a、8b、8c、8d垂直于附图平面延伸，并且因此，仅作为横截面可见。
活塞26a、26b安置在金属型材8a、8b、8c、8d中，其中活塞26a、26b可沿它们的轴向方向移动。它们的轴向方向平行于绕组20、22的纵向轴线。由此，活塞26a、26b沿绕组20、22的轴向方向在绕组20、22上施加力。当绕组20、22由于干燥过程而在其长度维度（图1中的左右）上收缩时，活塞26a、26b补偿该长度差。为此，活塞26a、26b安装有弹簧元件40a、40b。这些弹簧元件40a、40b通常通过一叠弹簧垫圈来实施，例如在图1中所示的实施例中那样。弹簧元件40a、40b也可以通过使用例如螺旋弹簧之类的其他装置来实施。
机械连接元件50a、50b、50c、50d优选地平行于绕组20、22（以及柱16、18）在金属型材8a、8b、8c、8d之间延伸，该金属型材8a、8b、8c、8d设置在绕组20、22的两端上。机械连接元件50a、50b、50c、50d包括对于每个柱的两个细长金属杆，该细长金属杆在柱16、18和相应的绕组20、22之间的空间中彼此平行并且平行于柱16、18延伸。由此，该细长金属杆在它们相应的端部处安装到金属型材8a、8b、8c、8d中的至少一个。在图2中，示出了变压器组件的一部分，其中仅绕组20、22出于说明的目的被省略。
因此，图2示出了没有绕组的图1的组件上的立体图。箭头表示（省略的）绕组将通过活塞26a、26b在金属型材8a、8b、8c、8d上施加的力。在图3中，相同的变压器组件5以完整的形式示出，即包括绕组20、22以及板32b和32a。
在实施例中，金属型材8a、8b、8c、8d包括铝或铝合金或者由铝或铝合金构成。由此，两个型材8a、8b；8c、8d在每个轭部12、14的相对侧上彼此平行地延伸。活塞26a、26b每一个通过钟形件60a、60b（图1中未示出）安置在金属型材8a、8b、8c、8d中。钟形件60a、60b也优选地包括铝或由铝构成。钟形件60a、60b旨在将来自活塞26a、26b的力传递到金属型材8a、8b、8c、8d中。钟形件60a、60b在挤压金属型材8a、8b、8c、8d的情况下是特别有用的，如图4中示意性地示出的。对于每个活塞26a、26b，调整螺钉34a、34b被用于将活塞26a、26b的力调整到相应的绕组20、22上。调整螺钉34a、34b安置在具有内螺纹的插入件36中。该插入件36优选地也通过螺纹来紧固到钟形件60a。板32b通常位于活塞26a、26b和绕组20、22之间，以便将来自活塞26a、26b的力传递到绕组20、22。在实施例中，板32b包括聚合物或纤维增强树脂或者由聚合物或纤维增强树脂构成。板32b可以是环形的，使得它基本上覆盖绕组20、22的横截面。板32b还可以包括另外的功能，例如当板32b被用于将绝缘油输送/循环到变压器5中时的油传导件。板32b在一侧上应能够承受来自活塞26a、26b的单点力（punctualforce）。
如在图2中可以看到的，在绕组20、22的另一侧上没有活塞，而是另一个板32a，该板32a将来自绕组20、22（从另一侧被活塞26a、26b推挤）的力传递到金属型材8a、8d上。如图2中所示，总共四个活塞26a、26a、26b、26b作用在每个绕组20、22上。由此，对于每个绕组的两个活塞位于金属型材8b中，并且对于每个绕组的两个活塞位于金属型材8c中，它们全都处于绕组20、22的一端上。在其他实施例中，对于每个绕组的活塞数量可以不同。不言而喻的是，技术人员可以基于本公开找到在金属型材8a、8b、8c、8d中设置活塞26a、26b的其他变体，这些变体被认为属于本公开。
综上所述，在变压器组件的绕组的干燥或固化期间补偿收缩的方法包括：组装如上所述的变压器组件5，并且随后，在绕组的干燥过程或固化过程期间，通过活塞在绕组上施加力。该力通过弹簧元件获得，并且绕组在干燥或固化期间的收缩通过所述活塞来补偿。
所述变压器组件可以是用于机车车辆（rolling stock）的牵引变压器、配电变压器或电力变压器中的一种。它优选地浸入绝缘流体中，该绝缘流体例如为矿物油或来自有机源的油。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。虽然在前面已公开了各种具体实施例，但是本领域技术人员将认识到，权利要求的精神和范围允许同等有效的修改。特别地，上述实施例的相互非排他性特征可以彼此组合。本发明的可专利范围通过权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有差异的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言具有非实质性差异的等同的结构元件，则它们意在处于权利要求的范围内。
Claims (15)
1.一种变压器组件(5)，包括：
-芯(10)，其具有至少两个轭部(12、14)和至少两个柱(16、18)，
-绕所述芯(10)的所述柱(16、18)中的至少一个设置的至少一个绕组(20、22)，所述至少一个绕组(20、22)通过绝缘材料(24)来绝缘，
-对于每个轭部(12、14)的至少一个金属型材(8a、8b、8c、8d)，所述至少一个金属型材(8a、8b、8c、8d)平行于相应的轭部(12、14)延伸并且安装到所述相应的轭部(12、14)，
-安置在所述金属型材(8a、8b、8c、8d)中的至少一个中的至少两个活塞(26a、26b)，所述活塞(26a、26b)能够沿其轴向方向移动，所述轴向方向平行于所述至少一个绕组(20、22)的纵向轴线，其中，所述至少两个活塞(26a、26b)沿所述绕组(20、22)的轴向方向在所述至少一个绕组(20、22)上施加力，其中
-所述活塞(26a、26b)安装有弹簧元件(40a、40b)，其特征在于，
-所述弹簧元件(40a、40b)构造成使得所述弹簧元件(40a、40b)补偿由于干燥或固化以及由于热循环引起的绕组尺寸的变化，并且使得在所述干燥或固化完成之后，在所述至少一个绕组上施加的力的大小被设定成高于所述绕组在变压器的短路状态的情况下的扩大电磁力。
2.根据权利要求1所述的变压器组件(5)，其中，所述弹簧元件(40a、40b)是弹簧垫圈和螺旋弹簧中的至少一种。
3.根据前述权利要求中任一项所述的变压器组件(5)，还包括在所述绕组(20、22)的两端上的所述金属型材(8a、8b、8c、8d)之间平行于所述绕组(20、22)延伸的机械连接元件(50a、50b、50c、50d)。
4.根据权利要求3所述的变压器组件(5)，其中，所述机械连接元件(50a、50b、50c、50d)包括细长金属杆，所述细长金属杆在所述柱(16、18)和相应的绕组(20、22)之间的空间中彼此平行且平行于所述柱(16、18)延伸，所述细长金属杆在其相应的端部处安装到所述金属型材(8a、8b、8c、8d)中的至少一个。
5.根据权利要求1或2所述的变压器组件(5)，其中，对于每个轭部的所述至少一个金属型材(8a、8b、8c、8d)包括铝。
6.根据权利要求1或2所述的变压器组件(5)，对于每个轭部(12、14)具有两个金属型材(8a、8b、8c、8d)，所述两个金属型材(8a、8b、8c、8d)在每个轭部(12、14)的相对侧上平行地延伸。
7.根据权利要求1或2所述的变压器组件(5)，其中，所述活塞(26a、26b)的每一个通过钟形件(60a、60b)安置在所述金属型材(8a、8b、8c、8d)中。
8.根据权利要求7所述的变压器组件(5)，其中，所述钟形件(60a、60b)包括铝或由铝构成。
9.根据权利要求1或2所述的变压器组件(5)，其中，为所述至少两个活塞(26a、26b)中的每一个设置调整螺钉(34a、34b、34c、34d)，并且其中，所述调整螺钉(34a、34b、34c、34d)用于调整所述活塞(26a、26b)的力。
10.根据权利要求1或2所述的变压器组件(5)，其中，板(32b)位于所述至少两个活塞(26a、26b)和每个绕组(20、22)之间，以将来自所述至少两个活塞(26a、26b)的力传递到所述绕组(20、22)。
11.根据权利要求10所述的变压器组件(5)，其中，所述板(32b)包括聚合物。
12.根据权利要求10所述的变压器组件(5)，其中，所述板(32b)包括纤维增强树脂。
13.根据权利要求1或2所述的变压器组件(5)，其中，所述变压器是用于机车车辆的牵引变压器、配电变压器和电力变压器中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的变压器组件(5)，其中，所述变压器浸入绝缘流体中。
15.一种补偿变压器组件(5)中的绕组的干燥或固化期间的收缩的方法，其特征在于：
-组装根据权利要求1至14中任一项所述的变压器组件(5)，
-在干燥过程或固化过程期间，通过活塞(26a、26b)在绕组(20、22)上施加力，
-所述绕组(20、22)在干燥或固化期间的收缩通过所述活塞(26a、26b)来补偿，其中
-所述活塞(26a、26b)安装有弹簧元件(40a、40b)，并且所述力通过所述弹簧元件(40a、40b)获得，并且所述弹簧元件(40a、40b)构造成使得所述弹簧元件(40a、40b)补偿由于干燥或固化以及由于热循环引起的绕组尺寸的变化，并且使得在所述干燥或固化完成之后，在所述至少一个绕组上施加的力的大小被设定成高于所述绕组在所述变压器的短路状态的情况下的扩大电磁力。
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