CN111341542A - 一种磁压缩装置绕线骨架 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种磁压缩装置绕线骨架，包括下层的一级绕线装置和上层的二级绕线装置，两级绕线装置均采用圆环结构，分别由三层环状的圆盘和两层环状的铁芯层叠固定连接而成；每级绕线装置的导线由外向内绕制在圆盘上，绕线后在导线和铁芯之间留有绝缘间距；每个铁芯与圆盘配合处均设有油隙垫板，安装后在圆盘与铁芯之间形成油隙，用于变压器油流入；每个圆盘设有一段绕制偏磁绕组的扇形凸台；通过连接件先将一级绕线装置、二级绕线装置分别组装，分别绕线后，再将两级绕线装置组装在一起。本发明采用两级磁压缩装置分别绕制后，再装配为整体，并且根据两级磁压缩装置匝数不同分别设计绕线骨架，减轻了绝缘压力和安装难度。

Description

一种磁压缩装置绕线骨架

技术领域

本发明涉及一种磁压缩装置绕线骨架，用于脉冲电晕等离子体电源磁压缩装置，属于变压器设计领域。

背景技术

磁压缩是利用电磁技术，把一个宽脉冲压缩成峰值更高脉冲时间更短的窄脉冲的技术。磁压缩装置主要是利用磁滞曲线中线性区域到饱和区域的磁导率的急剧变化，实现关断与开通状态的切换。

如图1所示，磁压缩装置磁滞曲线中，当铁芯工作于饱和状态，相对应磁开关呈现小电感特性，此时磁开关处于导通状态；而铁芯工作在线性区域，相对应磁开关呈现大电感特性，此时磁开关处于关断状态；当铁芯工作点从反向饱和区域变化至正向饱和区域时，磁摆幅达到最大。

考虑到厂家工艺特性，以及应用场景（高压、高dB/dt），若采用矩形铁芯，导角处理难度较大，不能满足电感量要求。现在设计中，通常采用环形铁芯，通过合理设计参数，可以使得电感在饱和前后的电感量差别非常大，在输入电容充电过程中，转移到输出电容的能量非常少，饱和之后电感量非常小，以此来达到压缩脉冲宽度的效果。实际应用中，可通过控制铁芯的起始工作点来调整磁开关的输出电压峰值。

发明内容

本发明针对脉冲电晕等离子体电源磁压缩装置绕组的特点，设计一种磁压缩装置绕线骨架。

本发明的具体技术方案如下：

一种磁压缩装置绕线骨架，包括下层的一级绕线装置和上层的二级绕线装置，上层绕线疏，下层绕线密，两级绕线装置均采用圆环结构，分别由三层环状的圆盘和两层环状的铁芯层叠固定连接而成；每级绕线装置的导线绕制在圆盘上，绕线后在导线和铁芯之间留有绝缘间距；每个铁芯与圆盘配合处均设有油隙垫板，安装后在圆盘与铁芯之间形成油隙，用于变压器油流入；每个圆盘设有一段绕制偏磁绕组的扇形凸台；通过连接件先将一级绕线装置、二级绕线装置分别组装，分别绕线后，再将两级绕线装置组装在一起；

一级绕线装置中，圆盘上设有凸台式分线结构，并且至少在圆盘的外圈设置所述凸台式分线结构；

二级绕线装置中，圆盘上设有齿状分线结构，并且至少在圆盘的外圈设置所述齿状分线结构。

优选地，一级绕线装置中，三个圆盘均设有凸台式分线结构，所述凸台式分线结构为绕线凸台，并且三个圆盘的外圈均设有对应的绕线凸台。

优选地，一级绕线装置中，绕线凸台分布在扇形凸台两侧，每个圆盘外圈均匀设置八组绕线凸台。

优选地，二级绕线装置中，三个圆盘均设有齿状分线结构，所述齿状分线结构为绕线齿形，并且三个圆盘的外圈和内圈均设有对应的绕线齿形；每段高压导线都被限制于一组绕线齿形形成的齿槽内。

优选地，二级绕线装置中，绕线齿形由设在圆盘外圈和/或内圈的平齿形成。

优选地，每个圆盘上对称设有两组所述扇形凸台，两个扇形凸台外突部分设置所述安装孔，用于绕线装置的连接；其中一组扇形凸台还设有内凸部分，用于绕制偏磁绕组。

优选地，所述连接件采用螺杆螺母组件，并通过圆盘上的安装孔组装置。

优选地，一级、二级绕线装置相互组装时采用长螺杆，该长螺杆两端伸出骨架一段距离，用于将骨架架空固定于变压器油箱内部。

优选地，所述圆盘与垫块均采用FR4玻纤环氧树脂材质制成；所述螺杆螺母组件采用芳纶玻纤材质。

优选地，所述油隙垫板上设有定位铁芯的卡槽。

优选地，所述扇形凸台对应的中心角呈15°- 35°夹角。

本申请改进现有矩形铁芯结构，采用环形铁芯进行设计，该结构不同于矩形铁芯的绕线工艺，磁压缩装置的绕线骨架需在满足铁芯形状、工作原理、最佳工作状态的情况下进行设计，设计原理如图2所示。

本发明相比现有技术具有如下有益效果：

1、本发明设计的骨架结构，可以满足磁压缩装置铁芯形状要求，可以实现磁压缩装置最佳工作状态运行要求；

2、本发明采用的骨架材质电气性能、机械强度好，且加工成型方便，便于批量生产；骨架材质耐油耐腐，不易在高电压条件下发生变质或分解；

3、本发明采用两级磁压缩装置分别绕制后，再装配为整体，并且根据两级磁压缩装置的匝数不同分别设计绕线骨架，减轻了绝缘压力和安装难度；

4、本发明的圆盘直径比铁芯直径大，可满足高压导线和铁芯间的绝缘要求。

5、本发明在铁芯与绕线圆盘间设计架空垫块，形成油隙，可满足铁芯的散热和绝缘要求；

6、本发明装置的顶部和底部设计了螺杆伸出一段长度，便于安装固定。

附图说明：

图1为磁压缩装置磁滞曲线；

图1中：Bs-饱和磁感应强度；ur_sat-不饱和磁导率；Hc-矫顽力；ΔBmax-最大变化磁密；

图2-1为磁压缩装置设计原理图；

图2-2为铁芯带宽的尺寸设计图；

图2中：Ra-外径；Rb-内径；Rd-骨架外径；RC-骨架内径；h1-骨架和铁芯绝缘间距

h2-高压绕组位置；h3-偏磁绕组位置；a-铁芯叠厚；b-铁芯带宽；

图3为实施例中磁压缩装置绕线骨架的主视图；

图4为实施例中磁压缩装置绕线骨架的右视图；

图5为实施例中磁压缩装置绕线骨架的立体图（也作摘要附图）；

图6为实施例中分段圆盘结构示意图；

图7为实施例中齿状圆盘结构示意图；

图8为油隙垫板结构示意图；

图中：1-齿状圆盘；11-绕线齿形；12-内齿；13-外齿；2-二级铁芯；3-油隙垫板；4-分段圆盘；41-绕线凸台；5-一级铁芯；6-二级紧固螺杆；7-一级紧固螺杆；8-长螺杆；9-扇形凸台；91-内凸。

具体实施方式

下面结合附图说明，对本发明作进一步说明：

实施例一：

如图3所示，本发明的磁压缩装置绕线骨架，适用于脉冲电晕等离子体电源磁压缩装置作为绕线骨架，可装入脉冲电晕等离子体电源所配置的磁压缩装置。包括上、下二层绕线装置。下层的一级绕线装置和上层的二级绕线装置，该骨架根据两级绕线装置的匝数，将绕组分为绕制方式不同的上下两部分，上层绕线疏，下层绕线密。

两级绕线装置采用圆环结构，该骨架共六层圆盘与四层铁芯层叠。分别由三层环状的圆盘和两层环状的铁芯层叠固定连接而成。为了保证高压导线绕之后不发生位移产生放电，将每级绕线装置的导线由外向内绕制在圆盘上，绕线后在导线和铁芯之间留有绝缘间距；每个铁芯与圆盘配合处均设有油隙垫板3，安装后在圆盘与铁芯之间形成油隙，用于变压器油流入，增加绝缘性能。

每个圆盘设有一段绕制偏磁绕组的扇形凸台，二级、二级绕线装置的扇形凸台位于同侧，位置相对应。圆盘上还设有安装孔，为了组装方便，安装孔可位于该扇形凸台上，安装孔有一级、二级绕线装置分别组装的孔，还有相互组装的孔。为了组装平衡，扇形凸台可以对称另设一组，通过安装孔对称组装。如果只设一组扇形凸台，还需要圆盘部分加设安装孔。两级绕线装置先分别组装，分别绕线后，再装两级组装在一起，绕制后的第一级磁压缩装置与第二级磁压缩装置串联装配。

下层的一级绕线装置的三个圆盘中，每个圆盘上设有凸台式分线结构（也称分段圆盘4），并且在分段圆盘4的外圈设有绕线凸台41。由于下层绕线密，绕线凸台稀疏设置几组即可。

上层的二级绕线装置的三个圆盘中，每个圆盘设有齿状分线结构（也称齿状圆盘1），并且在齿状圆盘1的内圈和外圈设有位置相对应的绕线齿形11。在二级绕线装置中，绕线齿槽由设在圆盘外圈和/或内圈的平齿形成。由于上层绕线疏，绕线齿槽采用相间排布。

本发明的磁压缩装置骨架，采用环形铁芯，且两级磁压缩装置绕制匝数不同，线径较粗，须绕制在一个固定可靠的绕线骨架。该骨架要求适配磁压缩装置环形铁芯形状，还需满足电气绝缘性能、耐油耐温性能，又要有足够机械强度且便于绕制。同时，还需考虑克服绕组匝间、层间寄生电容。采用了齿形和凸台式结构圆盘串联的方式，增强了绕线的固定性且利用结构对磁压缩装置环形铁芯具有夹紧固定作用。结构件本身的电气隔离作用，满足了铁芯与线，铁芯与铁芯之间的电气绝缘要求。

实施例二：

本实例可选地，下层的一级绕线装置，采用三个环形的圆盘和二个环形铁芯层叠固定连接而成。下层的一级绕线装置由于匝数较多，上、下个圆盘均采用分段式分隔，便于分段内导线紧密排布。二个圆盘均设有凸台式分线结构，也称分段圆盘4，并且二个分段圆盘的外圈均设有对应的绕线凸台41。中间的圆盘不设绕线凸台，不进行导线限位，中间一层圆盘起到支撑作用，防止由于导线材质较软导致与铁芯绝缘距离不足。

实施例三：

本实例可选地，上层的二级绕线装置由于匝数较少，采用齿形分隔。采用三个环形的圆盘和二个环形铁芯层叠固定连接而成。二级绕线装置中，上、下个圆盘均设有齿状分线结构，也称齿状圆盘1，并且二个齿状圆盘的外圈和内圈均设有对应的绕线齿形11；每段高压导线都被限制于上、下圆盘对应的一组齿形形成的齿槽内。中间的圆盘不设绕线齿形，不进行导线限位，中间一层圆盘起到支撑作用，防止由于导线材质较软导致与铁芯绝缘距离不足。

实施例四：

本实例可选地，如图5所示，下层的一级绕线装置由于匝数较多，采用分段式分隔，既每个分段内导线紧密排布。在一级绕线装置中，三个圆盘均设有凸台式分线结构，也称分段圆盘4，并且三个圆盘的外圈均设有对应的绕线凸台41。

同时，上层的二级绕线装置由于匝数较少，采用齿状分隔。二级绕线装置中，三个圆盘均设有齿状分线结构，也称齿状圆盘1，并且三个齿状圆盘的外圈和内圈均设有对应的绕线齿形11。

连接件采用螺杆螺母组件；固定上层和下层的绕线装置分别采用短螺杆，分别为一级紧固螺杆7和二级紧固螺杆6。将一级和二级绕线装置组合采用长螺杆8，长螺杆8两端伸出骨架一段距离，用于将骨架架空固定于变压器油箱内部。骨架形成一个整体，由油隙垫板和螺杆架空形成的油隙可满足散热和绝缘要求。

本发明高压导线绕制方式如下：

如图1所示，高压导线的起始线头从一级绕线装置分段圆盘4的最下部一层外圆绕入，跨过两层铁芯绕入内圆后再绕下，以此完成一匝。高压导线紧密排列，一个分段排满之后跨入另一个分段绕制，中间由凸台分隔，以此类推绕制第一级磁压缩装置。

然后如图1所示，高压导线的起始线头从二级磁装置齿状圆盘1的最下部一层外圆绕入，跨过两层铁芯绕入内圆后再绕下，以此完成一匝。高压导线嵌入齿形形成的槽中，中间由齿形分隔，以此类推绕制第二级磁压缩装置。

本例中，设两个相同夹角的扇形凸台，两个扇形凸台外突部分设置用于穿套螺杆；其中一组扇形凸台设有内凸部分，作为偏磁绕组绕线架，用于绕制偏磁绕组，进行偏磁绕组绕制。

最后如图1所示，将两级磁压缩装置依次排列，使用长螺杆紧固完成装置装配。

实施例五：

本实例可选地，如图6、图7所示，每个圆盘上对称设有两组扇形凸台，两个扇形凸台外突部分设置安装孔，安装包括单独组装的孔和相互组装的孔，用于绕线装置的连接；其中一组扇形凸台设有内凸部分，用于绕制偏磁绕组。本实例两组扇形凸台对应中心角相等，可在15°- 35°夹角范围内选择，该夹角主要为满足安装强度要求。

实施例六：

本实例可选地，在一级绕线装置中，绕线凸台分布在扇形凸台的两侧，内圈和外圈对应各设置八组绕线凸台。

实施例七：

本实例可选地，如图8所示，油隙垫板3上设有定位铁芯的卡槽，卡槽与环形铁芯宽度适配。一级和二级中，环形圆盘与环形铁芯之间的油隙垫板3每个配合面对称设置两组，并位于环形圆盘的两个扇形凸台位置，并与其形状适配，还设有安装孔用于穿套螺杆等连接件。圆盘与垫块均采用FR4玻纤环氧树脂材质制成；螺杆螺母组件采用芳纶玻纤材质。均能满足机械强度和电气绝缘性能要求。油隙垫板油隙垫板厚度为3-8mm，如具体厚度可设计5mm。油隙垫板3卡槽将铁芯与圆盘垫高出油隙以满足绝缘要求。

实施例八：

根据图2磁压缩装置设计原理，本申请具体设计如下，其中：

Ra-外径；Rb-内径；Rd-骨架外径；RC-骨架内径；h1-骨架和铁芯绝缘间距；h2-高压绕组位置；h3-偏磁绕组位置；a-铁芯叠厚；b-铁芯带宽，如图2-2所示。

两级磁压缩装置，每一级由三片环形圆盘和两个环形铁芯垫块装配而成。

根据工况要求，设计了一款磁压缩装置环形铁芯，截面积尺寸：a，b；

环形铁芯径尺寸：内径Rb，外径Ra；绝缘间距：h1；

则骨架圆盘尺寸：外径Rd，内径Rc；骨架材料厚度：t；油隙：e。

骨架自上而下分别为第二级磁压缩装置、第一级磁压缩装置。

二级磁压缩装置高度：H1=3t+4e+2a；

一级磁压缩装置高度：H2=3t+4e+2a；

两级磁压缩装置装配间距：H3；

两端安装螺杆伸出长度：H4；

磁压缩装置总体高度：H=H1+H2+H3+H4

如图6所示，齿状圆盘1，内圈、外圈两侧各加工20个槽口，为对称分布槽口间以齿形分隔。内圆、外圆槽的宽度和深度取决于所绕高压导线线径。内圆直径（不含齿高度）比环形铁芯内圆直径小35mm，外圆直径（不含齿高度）比环形铁芯外圆直径大35mm。圆盘用于绕制二级磁压缩装置，并与第一级串联装配；

如图7所示，分段圆盘，两侧各加工分为4段，为对称分布，段间以凸台分隔。内圆直径比环形铁芯内圆直径小35mm，外圆直径（不加凸台高度）比环形铁芯外圆直径大35mm。用于绕制一级磁压缩装置，并与第二级串联装配。

两组扇形凸台对应中心角相等，均可为15°- 35°之间角度。其中一组扇形凸台还设有内凸部分，偏磁绕组绕制在该组扇形凸台上，外凸和内凸部分均设有穿线孔，偏磁绕组穿过两个孔绕制。

Claims (10)

1.一种磁压缩装置绕线骨架，包括下层的一级绕线装置和上层的二级绕线装置，上层绕线疏，下层绕线密，其特征在于：两级绕线装置均采用圆环结构，分别由三层环状的圆盘和两层环状的铁芯层叠固定连接而成；每级绕线装置的导线绕制在圆盘上，绕线后在导线和铁芯之间留有绝缘间距；每个铁芯与圆盘配合处均设有油隙垫板，安装后在圆盘与铁芯之间形成油隙，用于变压器油流入；每个圆盘设有一段绕制偏磁绕组的扇形凸台；通过连接件先将一级绕线装置、二级绕线装置分别组装，分别绕线后，再将两级绕线装置组装在一起；

一级绕线装置中，圆盘上设有凸台式分线结构，并且至少在圆盘的外圈设置所述凸台式分线结构；

二级绕线装置中，圆盘上设有齿状分线结构，并且至少在圆盘的外圈设置所述齿状分线结构。

2.根据权利要求1所述磁压缩装置绕线骨架，其特征在于：一级绕线装置中，三个圆盘均设有凸台式分线结构，所述凸台式分线结构为绕线凸台，并且三个圆盘的外圈均设有对应的绕线凸台。

3.根据权利要求2所述磁压缩装置绕线骨架，其特征在于：一级绕线装置中，绕线凸台分布在扇形凸台两侧，每个圆盘外圈分别对应均匀设置八组绕线凸台。

4.根据权利要求2所述磁压缩装置绕线骨架，其特征在于：二级绕线装置中，三个圆盘均设有齿状分线结构，所述齿状分线结构为绕线齿形，并且三个圆盘的外圈和内圈均设有对应的绕线齿形。

5.根据权利要求4所述磁压缩装置绕线骨架，其特征在于：二级绕线装置中，绕线齿形由设在圆盘外圈和/或内圈的平齿形成。

6.根据权利要求1-5任一所述磁压缩装置绕线骨架，其特征在于：每个圆盘上对称设有两组所述扇形凸台，两个扇形凸台外突部分设置所述安装孔，用于绕线装置的连接；其中一组扇形凸台还设有内凸部分，用于绕制偏磁绕组。

7.根据权利要求6所述磁压缩装置绕线骨架，其特征在于：所述连接件采用螺杆螺母组件，并通过圆盘上的安装孔组装置。

8.根据权利要求7所述磁压缩装置绕线骨架，其特征在于：一级、二级绕线装置相互组装采用长螺杆，该长螺杆两端伸出骨架一段距离，用于将骨架架空并固定于变压器油箱内部。

9.根据权利要求7所述磁压缩装置绕线骨架，其特征在于：所述圆盘与垫块均采用FR4玻纤环氧树脂材质制成；所述螺杆螺母组件采用芳纶玻纤材质。

10.根据权利要求1所述磁压缩装置绕线骨架，其特征在于：所述油隙垫板上设有定位铁芯的卡槽；所述扇形凸台对应的中心角呈15°- 35°夹角。

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