CN112002537A - 一种高速磁浮特种输出干式变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速磁浮特种输出干式变压器，一次线圈采用4层及以上偶数层的箔绕式层式结构，线圈从中间两层断开通过气道隔开形成内、外绕组，左、右铁芯柱上内、外绕组交叉连接后串并联形成变压器和电抗器两种工作模式结构；二次线圈采用两柱并联并层层加气道的整体圆筒式绕组结构，左或右铁芯柱上的线圈形成N个绕组，单个铁芯柱上的各绕组串联，两个铁芯柱上相同的绕组并联，在变压器工作模式时，尾端和中间各抽头的其中一个为负载提供电源。本发明散热和绝缘效果好，满足电抗器和电压器两种工作模式，满足二次侧电压在0~20Kv变化、频率在0~400Hz变化，冲击电压变化dv/dt不低于6000V/us的运行模式要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速磁浮特种输出干式变压器，尤其涉及一种用于高压大功率变流器输出的干式变压器。
背景技术
现有环氧浇注干式变压器通常绝缘系统温度155℃，耐热等级F级，其通常是在电压基本恒定、频率恒定（50Hz或60Hz）和正弦波条件下运行。而作为连接于变流器输出端的变压器，运行模式要求二次侧电压在0-20Kv变化、频率在0-400Hz变化，并要求冲击电压变化dv/dt不低于6000V/us，其电压和频率变化的范围大，线圈的附加损耗大，绕组产生的温度高，需要线圈有良好散热,同时要求线圈有更好的耐高温性能，否则绝缘老化快，降低线圈的使用寿命，甚至造成变压器线圈的烧毁；且要求变压器的绝缘结构绝缘性能高，否则绝缘很容易被击穿，引发变压器故障；所以，现有变压器设计和制造无法满足连接于变流器输出端的变压器的性能要求，特别是不能满足高速磁浮大功率牵引变流器对输出变压器的性能要求。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种高速磁悬浮特种变压器，该变压器散热效果好，绝缘效果好，一次线圈和二次线圈的结构设计满足输入0~40Hz低频时作为电抗器工作模式要求，输入大于40Hz后到400Hz不同频率段输出不同电压值以满足磁悬浮机车需求电压和电流，作为变压器工作模式要求；满足二次侧电压在0~20Kv变化、频率在0~400Hz变化，并要求冲击电压变化dv/dt不低于6000V/us的运行模式要求。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种高速磁浮特种输出干式变压器器，包含单相双柱式铁芯、套设在每个铁芯柱上的一次线圈、二次线圈和设置在铁芯、一次线圈与二次线圈之间的绝缘结构；所述绝缘结构采用耐电晕冲击的Nomex818作为线圈的层间绝缘及导线的匝绝缘材料，H级树脂液浇注；
所述一次线圈采用箔绕式层式结构，线圈层数为4层及以上的偶数层，线圈从中间的两层断开，除首端和末端引出端子A和X外，还从中间断开的两层前一层的末端引出端子A′和后一层的首端引出端子X′，形成内、外两个独立绕组；左、右铁芯柱上的首端各引出端子A再向外引出端子A作为一次线圈的首端和尾端，左、右铁芯柱上的各末端引出端子X连接后再向外引出端子X作为一次线圈的中间抽头，左铁芯柱上的内绕组末端引出端子A′与右铁芯柱上的外绕组首端引出端子X′连接，右铁芯柱上的内绕组末端引出端子A′与左铁芯柱上的外绕组首端引出端子X′连接；在线圈中间断开的两层之间通过气道隔开；
所述二次线圈采用两柱并联的结构，并采用层层加气道的整体圆筒式绕组结构；左或右铁芯柱上的线圈除了首端和末端引出端子Q和XN外，N为变比输出的个数，还通过各变比输出与匝数的合理计算，在符合变比要求的层数末端和其后端一层的首端断开并各引出端子，形成N个独立绕组，在符合变比要求的层数末端和其后端一层的首端引出的端子相连后再引出端子X1—XN-1；左和右铁芯柱上的首端引出端子Q相连接后引出二次线圈的首端u1，末端引出端子XN相连接后引出二次线圈的尾端u2，其它引出端子X1—XN-1分别各自相连接后引出中间各抽头uN+1- u3，形成左或右铁芯柱上的各绕组串联，左和右铁芯柱上相同的绕组并联的结构；
当变压器工作在变压器模式时，一次线圈的左铁芯柱内绕组串联右铁芯柱外绕组后与左铁芯柱外绕组串联右铁芯柱内绕组后串联为一整体线圈，左铁芯柱和右铁芯柱的两引出端子A分别与变频器相连，引出端子X悬空；二次线圈的首端u1接地；根据变比输出需要，尾端u2和中间各抽头u3-uN+1的其中一个为负载提供电源，其它的悬空；
当变压器工作在电抗器模式时，一次线圈的左铁芯柱内绕组串联右铁芯柱外绕组后与左铁芯柱外绕组串联右铁芯柱内绕组后并联，左铁芯柱和右铁芯柱的两引出端子A分别与变频器相连，引出端子X为负载提供电源；二次线圈的首端u1接地，尾端u2和中间各抽头u3-uN+1全部悬空。
进一步优选地，所述一次线圈的每个独立绕组的各层线圈之间分别加有气道。进一步增加散热效果。
本发明的一次线圈采用箔绕式层式结构，导体采用铜箔或铝箔，其绕制简单，散热效果好，在线圈中间断开的两层之间通过气道隔开进一步增加了线圈的散热效果，保证了层间绝缘及导线的匝绝缘的可靠性，增加了变压器的使用寿命，二次线圈采用层层加气道的整体圆筒式绕组结构，层间场强低，线圈绕制简单，散热效果好。一次线圈和二次线圈的结构设计，一次和二次线圈的匝间绝缘、层间绝缘采用耐热等级220℃，在电晕冲击条件下电老化性能更好的Nomex818绝缘材料，H级树脂液浇注，使干式变压器绝缘耐热等级达到H级。满足了输入0~40Hz低频时，变压器工作在电抗器工作模式要求；满足了输入大于40Hz后到400Hz不同频率段，输出不同电压值以满足磁浮机车等负载需求的电压和电流，变压器工作在变压器工作模式要求。保证了二次侧电压在0~20Kv变化，频率在0~400Hz变化，并要求冲击电压变化dv/dt不低于6000V/us的运行模式等运行条件的电气寿命，绝缘寿命和结构寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中一次线圈的局部结构示意图；
图3为本发明中一次线圈在铁芯右铁芯柱上内、外两个绕组连接的结构示意图；
图4为本发明中二次线圈的局部结构示意图；
图5为本发明中二次线圈在铁芯右铁芯柱上的三个绕组连接的结构示意图；
图6为本发明中一次线圈的各内、外两个绕组连接的结构示意图；
图7为本发明中二次线圈各绕组连接的结构示意图；
图8为本发明用于高压大功率变流器输出端的适用电抗器模式和变压器模式切换的接线电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明做进一步的描述。
如图1至图8所示，本实施例包含单相双柱式铁芯1、套设在左和右铁芯柱11和12上的一次线圈4、二次线圈5和设置在铁芯1、一次线圈4与二次线圈5之间的绝缘结构。2为铁芯夹件，3为压装垫块。所述绝缘结构采用耐电晕冲击的Nomex818作为线圈的层间绝缘及导线的匝绝缘材料，H级树脂液浇注。
所述一次线圈4采用箔绕式层式结构，线圈层数为4层（也可是6层、8层等），线圈从中间的两层的2层和3层断开，除首端和末端引出端子A 4-1和X 4-4外，还从中间断开的2层的末端引出端子A′4-2和3层的首端引出端子X′4-3，形成内、外两个独立绕组6和7。左、右铁芯柱11和12上的首端各引出端子A 4-1再向外引出端子A 4-1作为一次线圈4的首端和尾端，左、右铁芯柱11和12上的各末端引出端子X 4-4连接后再向外引出端子X 4-4作为一次线圈4的中间抽头，左铁芯柱11上的内绕组6末端引出端子A′4-2与右铁芯柱12上的外绕组7首端引出端子X′4-3连接，右铁芯柱12上的内绕组6末端引出端子A′4-2与左铁芯柱11上的外绕组7首端引出端子X′4-3连接。在线圈中间断开的2和3层之间通过气道4-5隔开。优选地，所述一次线圈4的每个独立绕组6和7的各层线圈之间分别加有气道4-6。4-7为线圈端绝缘。
所述二次线圈5采用两柱并联的结构，并采用层层加气道的整体圆筒式绕组结构。左或右铁芯柱11和12上的线圈除了首端和末端引出端子Q 5-1和X3 5-4外，（本实施例变比输出的个数N为3 ，也可根据需要设置为1、2、4或其它个数），还通过各变比输出与匝数的合理计算，在符合变比要求的层数末端和其后端一层的首端断开并各引出端子，形成3个独立绕组，在符合变比要求的层数末端和其后端一层的首端引出的端子相连后再引出端子X1 5-2和X2 5-3。左和右铁芯柱11和12上的首端引出端子Q 5-1相连接后引出二次线圈5的首端u1，末端引出端子X3 5-4相连接后引出二次线圈的尾端u2，其它引出端子X1 5-2、X2 5-3分别各自相连接后引出中间各抽头u4-u3，形成左或右铁芯柱11或12上的各绕组串联，左和右铁芯柱11和12上相同的绕组并联的结构。
使用时，在一次线圈4的引出端子X 4-4的输出端上串联开关K后再连接负载电源输入端，左铁芯柱11和右铁芯柱12的两引出端子A 4-1分别与变频器相连。在二次线圈尾端u2输出端上串联开关K1后再连接负载电源输入端，在二次线圈的各中间各抽头u4-u3输出端上分别串联开关K3、K2后再连接负载电源输入端；二次线圈5的首端u1接地。
当变压器工作在变压器模式时，开关K断开，一次线圈4的左铁芯柱内绕组6串联右铁芯柱外绕组7后与左铁芯柱外绕组7串联右铁芯柱内绕组6后串联为一整体线圈，左铁芯柱11和右铁芯柱12的两引出端子A 4-1分别与变频器相连，引出端子X 4-4悬空。二次线圈5的首端u1接地；根据变比输出需要，开关K1—K3其中一个闭合，其它的断开，尾端u2和中间各抽头u3-u4的其中一个为负载提供电源，其它的悬空。
当变压器工作在电抗器模式时，开关K闭合，一次线圈4的左铁芯柱11内绕组6串联右铁芯柱外绕组7后与左铁芯11柱外绕组6串联右铁芯12柱内绕组后并联，左铁芯柱11和右铁芯柱12的两引出端子A分别与变频器相连，引出端子X为负载提供电源。二次线圈的首端u1接地，开关K1—K3断开，尾端u2和中间各抽头u3-u4全部悬空。
当然，本发明还有其它多种实施例，在不违背本发明精神和实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于等同技术的改进，属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种高速磁浮特种输出干式变压器，其特征在于：包含单相双柱式铁芯、套设在每个铁芯柱上的一次线圈、二次线圈和设置在铁芯、一次线圈与二次线圈之间的绝缘结构；所述绝缘结构采用耐电晕冲击的Nomex818作为线圈的层间绝缘及导线的匝绝缘材料，H级树脂液浇注；
所述一次线圈采用箔绕式层式结构，线圈层数为4层及以上的偶数层，线圈从中间的两层断开，除首端和末端引出端子A和X外，还从中间断开的两层前一层的末端引出端子A′和后一层的首端引出端子X′，形成内、外两个独立绕组；左、右铁芯柱上的首端各引出端子A再向外引出端子A作为一次线圈的首端和尾端，左、右铁芯柱上的各末端引出端子X连接后再向外引出端子X作为一次线圈的中间抽头，左铁芯柱上的内绕组末端引出端子A′与右铁芯柱上的外绕组首端引出端子X′连接，右铁芯柱上的内绕组末端引出端子A′与左铁芯柱上的外绕组首端引出端子X′连接；在线圈中间断开的两层之间通过气道隔开；
所述二次线圈采用两柱并联的结构，并采用层层加气道的整体圆筒式绕组结构；左或右铁芯柱上的线圈除了首端和末端引出端子Q和XN外，N为变比输出的个数，还通过各变比输出与匝数的合理计算，在符合变比要求的层数末端和其后端一层的首端断开并各引出端子，形成N个独立绕组，在符合变比要求的层数末端和其后端一层的首端引出的端子相连后再引出端子X1—XN-1；左和右铁芯柱上的首端引出端子Q相连接后引出二次线圈的首端u1，末端引出端子XN相连接后引出二次线圈的尾端u2，其它引出端子X1—XN-1分别各自相连接后引出中间各抽头uN+1- u3，形成左或右铁芯柱上的各绕组串联，左和右铁芯柱上相同的绕组并联的结构；
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2.根据权利要求1所述的高速磁浮特种输出干式变压器器，其特征在于：所述一次线圈的每个独立绕组的各层线圈之间分别加有气道。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chai Shuying Inventor after: Shen Hua Inventor after: Sun Jinsong Inventor after: Zhang Zhiqiang Inventor after: Li Yaliang Inventor after: Li Xiaoxin Inventor after: Zhang Dongdong Inventor before: Chai Shuying Inventor before: Sun Jinsong Inventor before: Zhang Zhiqiang Inventor before: Li Yaliang Inventor before: Li Xiaoxin Inventor before: Zhang Dongdong |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |