CN111899963A - 一种变压器线圈及节能型变压器 - Google Patents

一种变压器线圈及节能型变压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种变压器线圈及节能型变压器，包括由下至上堆叠的M层饼式线圈，相邻两层饼式线圈包括并联的N根绕线，N为大于等于3小于等于6的整数；所述变压器线圈的两端的饼式线圈层数相同，每端至少包括2N个饼式线圈，当M层为奇数层，所述并联的N根绕线在第M层饼式线圈过渡到M+1层饼式线圈时采用正常交叉换位，当M层为偶数层时，所述并联的N根绕线在第M层饼式线圈过渡到M+1层饼式线圈时采用非正常交叉换位；所述变压器线圈的中部，至少包括N个饼式线圈，所述并联的N根绕线在M层过渡到M+1层时采用标准换位，本发明可以最大限度地抑制线圈的环流及环流损耗，降低变压器的耗损和生产成本。

Description

一种变压器线圈及节能型变压器
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种变压器线圈及节能型变压器。
背景技术
随着变压器城网、农网改造的进行，变压器的损耗问题，已越来越引起各用户单位和制造厂家的关注，而且比以往任何一个时期，都显得更为突出。对用户而言，降低损耗本身，就直接意味着提高经济效益，对制造厂而言，具有相同损耗的变压器，其材料成本可以控制得更低。同时变压器节能降损耗，具有较大的社会效益。
众所周知，为了降低变压器线圈的涡流损耗而采用多根导线并绕，但由此而引发了多根导线并绕的环流问题。为了减少环流损耗，对于饼式线圈，各制造厂家目前普遍采用的是图1中所示的传统型换位方法，显然，当并绕根数≥3根时，其换位是不完全的，必然会产生环流及环流损耗，就必须改善其绕制的方法，减少环流及环流损耗，从而达到节能降耗的目的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种变压器线圈和节能型变压器，通过完全换位，可以最大限度地抑制线圈的环流及环流损耗。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种变压器线圈及节能型变压器，包括以下步骤：
一种变压器线圈，包括由下至上堆叠的M层饼式线圈，相邻两层饼式线圈包括并联的N根绕线，
N为大于等于3小于等于6的整数；
在变压器线圈两端的饼式线圈层数相同，每端至少包括2N个饼式线圈，当M层为奇数层，所述并联的N根绕线在第M层饼式线圈过渡到M+1层饼式线圈时采用正常交叉换位，所述正常交叉换位的位置位于所述变压器线圈的低位处，所述正常交叉换位是将所有绕线排列顺序进行相反排序；当M层为偶数层时，所述并联的N根绕线在第M层饼式线圈过渡到M+1层饼式线圈时采用非正常交叉换位，所述非正常交叉换位的位置位于所述变压器线圈的面位处，所述非正常交叉换位是将靠线圈轴心最外侧的绕线不换位，其余绕线的排列顺序进行相反排序；
在变压器线圈的中部，至少包括N个饼式线圈，所述并联的N根绕线在M层过渡到M+1层时采用标准换位，所述标准换位的位置位于所述变压器线圈的低位处，所述标准换位是将靠线圈轴心最里侧的绕线换位至最外侧，其余绕线从里至外依次对应换位，当M层为奇数层时，所述标准换位的位置位于所述变压器线圈的低位处，当M层为偶数层时，所述标准换位的位置位于所述变压器线圈的面位处。
进一步地，所述线圈端部的饼数约占线圈总饼数的20％，所述线圈中部的饼数约占线圈总饼数的80％。
进一步地，所述变压器线圈的低位处是指在变压器线围上更接近变压器线圈轴心的一侧。
进一步地，所述变压器线圈的面位处是指在变压器线围上更远离变压器线圈轴心的一侧。
进一步地，所述并联的N根绕线在相邻的线饼之间的换位处呈S形设置。
进一步地，所述变压器线圈的总饼数为N的整数倍。
一种节能型变压器，所述节能型变压器的线圈采用如上所述的任一变压器线圈。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：能够实现多根导线并绕的完全换位，降低线圈每根导线在漏磁场中存在漏感电势差，能够最大限度地抑制线圈的环流以及环流损耗，降低损耗成本，提高经济效益。
附图说明
图1为传统型换位方法三根绕线时的换位结构示意图。
图2为本发明实施例变压器线圈端部三根绕线并绕时采用的换位结构示意图。
图3为本发明实施例变压器线圈中部三根绕线并绕时采用的换位结构示意图。
图4为本发明实施例变压器线圈端部四根绕线并绕时采用的换位结构示意图。
图5为本发明实施例的变压器线圈中部四根绕线时并绕时采用的换位结构示意图。
图6为纵向漏磁沿线圈轴向分布示意图。
图7为本发明实施例变压器线圈的整体结构示意图。
图中：100、一个完全换位周期；101、改进型b换位；102、改进型a换位。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例：
参考图1，图1为目前饼式线圈中普遍采用的传统型换位方法，本发明提供的一种变压器线圈如图2-5所示，包括由下至上堆叠的M层饼式线圈，相邻两层饼式线圈包括并联的N根绕线，N为大于等于3小于等于6的整数；在变压器线圈两端的饼式线圈层数相同，每端至少包括2N个饼式线圈，当M层为奇数层，所述并联的N根绕线在第M层饼式线圈过渡到M+1层饼式线圈时采用正常交叉换位，所述正常交叉换位的位置位于所述变压器线圈的低位处，所述正常交叉换位是将所有绕线排列顺序进行相反排序；当M层为偶数层时，所述并联的N根绕线在第M层饼式线圈过渡到M+1层饼式线圈时采用非正常交叉换位，所述非正常交叉换位的位置位于所述变压器线圈的面位处，所述非正常交叉换位是将靠线圈轴心最外侧的绕线不换位，其余绕线的排列顺序进行相反排序；
在变压器线圈的中部，至少包括N个饼式线圈，所述并联的N根绕线在M层过渡到M+1层时采用标准换位，所述标准换位的位置位于所述变压器线圈的低位处，所述标准换位是将靠线圈轴心最里侧的绕线换位至最外侧，其余绕线从里至外依次对应换位，当M层为奇数层时，所述标准换位的位置位于所述变压器线圈的低位处，当M层为偶数层时，所述标准换位的位置位于所述变压器线圈的面位处。
如图1所示，目前的饼式线圈在换位时，当绕线数量大于2时，对于面位处和低位处，绕线无论绕制几个周期，其本身都不能实现完全换位，所述完全换位是指在多层饼式线圈中等距离线圈轴心处绕线出现的次数相同，在本实施例中，以图2-5为例，每一竖层中绕线出现的次数相同，这样不会出现个别绕线或多或少，从而造成线圈中电势差增大，加剧环流损耗的情况。
为便于分析比较，将本实施例变压器线圈端部的结构称为改进型a换位，线圈中部的结构称为改进型b换位，为了能实现一个完全换位，所述的改进型a换位至少需要2N个饼式线圈才能达到一个完全换位的技术效果，而所述的改进型b换位至少需要N个饼式线圈才能达到一个完全换位的技术效果。
为了比较改进型换位a和改进型换位b以及传统型换位在线圈端部位置的环流损耗，设线圈内径为R，每根线厚为a,纵向漏磁场沿线圈径向位置由内向外依次编号1，2，…，n，n≤6，导线在第n位置感应的漏感电势△E为：
△E＝k×L×△Bn (1)
其中，K为常数，L为匝长，△Bn为导线所处位置的纵向漏磁场强度。
Figure BDA0002612844100000063
纵向漏磁场强度沿线圈幅向呈线性分布，如图3所示，
△Bn＝n×△B1
△E＝k×2π(R+n×a)×n×△B1 (2)
然而，漏磁场在线圈的端部产生严重弯曲，其中，横向漏磁分量对环流不产生影响，纵向漏磁分量在线圈端部的分布如图5所示，即线圈端部△B1在每一饼中有不同的值，设第1饼为B1，……第i饼为Bi,第6饼为B6，为便于分析，令B1＝B0，B6＝2B0，第6饼之后，为均匀漏磁区，则线圈端部Bi可用下式表示：
Figure BDA0002612844100000061
第i饼n位置导线所产生的漏感电势为：
Figure BDA0002612844100000062
在本实施例中，由于上述的计算公式属于现有技术，本发明的改进点是对线圈不同部位换位结构的调整，从而达到降低环流耗损的目的，故而在此不对其计算结果做具体阐述。
如图1-5所示，结合上述公式可得，当绕线数量为大于等于3小于等于6时，可以得出不同绕线在端部线饼中产生的漏感电式。相比较于传统型换位方式，所述改进型a漏感电势差为最小，即说明在线圈端部，采用改进型a换位时最优，此时环流损耗最小，而改进型b和传统型的最大漏感电势差几乎相同。
如图6所示，线圈端部非均匀漏磁区高度约占线圈总高度的20％，所以在线圈端部采用改进型a换位的饼数占总饼数的20％，线圈端部实际换位的饼数应由导线并绕根数确定，其饼数为2倍导线并绕根数。如线圈总饼数为60饼，并绕根数为4，改进型a一个完整的换位循环为2×4饼，因此实际换位在线圈首末端的前后8段均采用改进型a换位。
在线圈中部约80％的饼数为均匀漏磁区域，由于改进型a和改进型b换位都是完全换位，对于改进型a，如果线圈的导线并绕根数为3，一个完整的换位循环为6饼线匝，而改进型b换位只需要3饼线匝，即可达到一个完全换位。如果线圈并绕根数越多，改进型a和改进型b一个完整的换位循环的饼数就越多，因此在线圈中部，采用改进型b具有更大的灵活性，随着导线并绕根数的增加，其灵活性更为突出。
优选的，所述变压器线圈的低位处是指在变压器线围上更接近变压器线圈轴心的一侧。
优选的，所述变压器线圈的面位处是指在变压器线围上更远离变压器线圈轴心的一侧。
优选的，在本实施例中，所述并联的N根绕线在相邻的线饼之间的换位处呈S弯设置
基于上述结构，在本实施列中，线圈的饼数正好是并绕导线根数的整数倍，线圈通过上述改进型a和改进型b换位后，可以实现线圈的完全换位，此时线圈的总的环流损耗最小。在其他实施例中，线圈的总饼数有可能不是导线并绕根数的整数倍，当采用改进型a和改进型b换位后，还会剩下几饼，由于这几饼的总饼数不等于改进型b换位时一个完全换位循环饼数的整数倍，所以如果这几饼也采用改进型b换位，每根导线的长度会不相同，因此剩下几饼可以采用传统型换位。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变压器线圈，包括由下至上堆叠的M层饼式线圈，相邻两层饼式线圈包括并联的N根绕线，其特征在于：
N为大于等于3小于等于6的整数；
所述变压器线圈的两端的饼式线圈层数相同，每端至少包括2N个饼式线圈，当M层为奇数层，所述并联的N根绕线在第M层饼式线圈过渡到M+1层饼式线圈时采用正常交叉换位，所述正常交叉换位的位置位于所述变压器线圈的低位处，所述正常交叉换位是将所有绕线排列顺序进行相反排序；当M层为偶数层时，所述并联的N根绕线在第M层饼式线圈过渡到M+1层饼式线圈时采用非正常交叉换位，所述非正常交叉换位的位置位于所述变压器线圈的面位处，所述非正常交叉换位是将靠线圈轴心最外侧的绕线不换位，其余绕线的排列顺序进行相反排序；
所述变压器线圈的中部，至少包括N个饼式线圈，所述并联的N根绕线在M层过渡到M+1层时采用标准换位，所述标准换位的位置位于所述变压器线圈的低位处，所述标准换位是将靠线圈轴心最里侧的绕线换位至最外侧，其余绕线从里至外依次对应换位，当M层为奇数层时，所述标准换位的位置位于所述变压器线圈的低位处，当M层为偶数层时，所述标准换位的位置位于所述变压器线圈的面位处。
2.如权利要求1所述的一种变压器线圈，其特征在于：所述变压器线圈两端的饼数占变压器线圈总饼数的20％，所述变压器线圈中部的饼数占变压器线圈总饼数的80％。
3.如权利要求1所述的一种变压器线圈，其特征在于：所述变压器线圈的低位处是指在变压器线围上更接近变压器线圈轴心的一侧。
4.如权利要求1所述的一种变压器线圈，其特征在于：所述变压器线圈的面位处是指在变压器线围上更远离变压器线圈轴心的一侧。
5.如权利要求1所述的一种变压器线圈，其特征在于：所述并联的N根绕线在相邻的线饼之间的过渡呈S弯设置。
6.如权利要求2所述的一种变压器线圈，其特征在于：所述变压器线圈的总饼数为N的整数倍。
7.一种节能型变压器，其特征在于：所述变压器的线圈采用如权利要求1-6任一所述的变压器线圈。
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Application publication date: 20201106

Assignee: Shenzhen lidashun Technology Co., Ltd

Assignor: Guangzhou Yibian Electrical Equipment Co., Ltd

Contract record no.: X2021440000213

Denomination of invention: Transformer coil and energy-saving transformer

Granted publication date: 20210427

License type: Common License

Record date: 20211109