CN112117102B - 一种分裂线圈结构及变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分裂线圈结构，包括铁心、高压绕组和低压绕组，高压绕组和低压绕组依次绕制在铁心上，低压绕组包括沿轴向排列的n个相同的绕组单元，n≧3，每个绕组单元包括m个分裂绕组，m≧3，各个绕组单元中对应的同一个分裂绕组分别并联联接。相应地，还公开了一种包含上述分裂线圈结构的变压器。采用该分裂线圈结构可解决传统轴向分裂变压器高低压绕组间安匝严重不平衡问题，可减少每个分裂绕组之间漏磁的互相干扰，解决每个分裂绕组间的短路阻抗不匹配问题，减小每个分裂绕组输出的电压变化，同时可降低变压器的负载损耗，实现高效节能。

Description

一种分裂线圈结构及变压器

技术领域

本发明属于变压器技术领域，具体涉及一种分裂线圈结构及包含该分裂线圈结构的变压器。

背景技术

如图1所示，传统的分裂变压器结构一般为高压绕组和低压绕组均由相同数目的分裂绕组沿铁心轴向排列组成，比如，高压绕组沿轴向分裂为三个，低压绕组沿轴向分裂为三个。

目前工业生产中，由于分裂结构原因，传统的分裂变压器大部分只能做到轴向三分裂结构，并且传统的轴向三分裂变压器由于结构原因还存在一定的缺陷，比如因分裂绕组间漏磁干扰不均，导致三分裂之间的阻抗、输出电压的匹配度不好控制。特别是对于大电流的分裂变压器，会造成变压器整体的负载损耗增大、温升升高、输出电压波动较大、效率降低等情况，严重影响了设备的供电质量，同时也会对用电设备及后级设备产生较大的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对传统轴向三分裂变压器技术存在的上述不足，提供一种分裂线圈结构，以及包含该分裂线圈结构的变压器，解决每个分裂绕组之间的阻抗、输出电压的匹配度不易控制问题，以提升变压器的供电质量。

为了实现上述目的，本发明提供一种分裂线圈结构，包括铁心、高压绕组和低压绕组，高压绕组和低压绕组依次绕制在铁心上，低压绕组包括沿轴向排列的n个相同的绕组单元，n≥3，每个绕组单元包括m个分裂绕组，m≥3，各个绕组单元中对应的同一个分裂绕组分别并联联接。

优选地，各个绕组单元中对应的同一个分裂绕组的材质、匝数、电压和尺寸均相同。

优选地，该分裂线圈结构还包括调压绕组，调压绕组绕制在铁心上，高压绕组绕制在调压绕组上。

优选地，调压绕组采用不分裂结构。

优选地，高压绕组采用不分裂结构，高压绕组上设有调压接头。

优选地，n＝3～8。

优选地，铁心采用高导磁冷轧取向电工硅钢片制成。

进一步地，还提供一种变压器，包括如上所述的分裂线圈结构。

优选地，变压器为油浸式变压器。

优选地，铁心采用三相三柱结构。

本发明中的分裂线圈结构不仅解决了传统轴向分裂变压器高低压绕组间安匝严重不平衡问题，减少了每个分裂绕组间漏磁的互相干扰，解决了分裂绕组间的短路阻抗不匹配问题，减小分裂绕组输出的电压变化，同时可以降低变压器的负载损耗。且简化了传统分裂变压器的设计结构，也简化了车间的生产流程，更加便于生产操作，同时使得变压器还具有损耗低、散热好、温升低、寿命长等特点。具体来说，其有效效果如下：

(1)由于低压绕组包括沿轴向排列的n个相同的绕组单元，n≥3，每个绕组单元包括m个分裂绕组，m≥3，各个绕组单元中的m个分裂绕组分别并联联接，每个绕组单元中的第x个分裂绕组与剩下的n-1个绕组单元中的各个第x个分裂绕组分别并联联接，该结构可解决传统轴向分裂变压器高低压绕组间安匝严重不平衡问题，可减少每个分裂绕组间漏磁的互相干扰，从而解决了分裂绕组间的短路阻抗不匹配问题，从而减小分裂绕组输出的电压变化。

(2)由于将传统结构的低压绕组的每个分裂绕组进一步分成了一定数量的相同线圈并联，其线圈的数量等于绕组单元的数量，因此并联的线圈中的电流会大幅度降低，因此所用导线规格及导线截面均会减小，从而降低了线圈内部的涡流损耗。同时，各线圈中小的电流相比于传统结构也会大幅降低在钢铁件中产生的涡流损耗，因此该结构可降低变压器的负载损耗，从而达到节能效果。

(3)降低产品的制造难度，提高生产效率。

由于从内向外依次绕制在铁心上为高压绕组和低压绕组，或者由内向外依次绕制在铁心上的为调压绕组、高压绕组以及低压绕组，且绕制在内的高压绕组和调压绕组均采用不分裂的结构，简化了传统分裂变压器结构，便于绕组的绕制，从而降低产品的制造难度；

传统分裂结构由于绕组电流比较大，所用的导线规格比较大，绕制起来比较困难，而本发明线圈结构中的低压绕组，由于将传统结构低压绕组的分裂绕组的电流平分为多个相同的线圈并联，因此每路线圈中电流比较小，绕组所用的导线规格也比较小，绕制起来较方便；

由于传统多分裂结构计算的参数值与实际生产出的参数存在一定的偏差，因此生产过程中就需要对生产出的线圈进行多次调整，以满足设计参数需求，而本发明中的线圈结构对线圈间的漏磁干扰的平衡效果好，无需多次调整线圈，从而降低制造难度，提高生产效率。

(4)由于是多分裂结构，可减少用户采购变压器的数量，改善用户生产工艺布局，节约设备占地面积及建设投资。

附图说明

图1：传统轴向三分裂变压器线圈的结构示意图；

图2a：本发明实施例1的一种分裂线圈结构的结构示意图；

图2b：本发明实施例1的另一种分裂线圈结构的结构示意图；

图3a：本发明实施例2的一种分裂线圈结构的结构示意图；

图3b：本发明实施例2的另一种分裂线圈结构的结构示意图；

图4：本发明实施例2的低压绕组的电气结构示意图；

图5：本发明实施例2的变压器器身排布的结构主视图；

图6：为图5的左视图；

图7：为图5的俯视图。

图中：1-铁心；2-高压绕组；3-低压绕组；4-调压绕组；5-器身；6-油箱；7-冷却装置；8-储油柜；9-低压套管；10-高压套管；11-有载分接开关。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图2a所示，本实施例提供一种分裂线圈结构，包括铁心1、高压绕组2和低压绕组3，高压绕组2和低压绕组3依次绕制在铁心1上，低压绕组3包括沿轴向排列的n个相同的绕组单元，n≥3，各个绕组单元之间相互绝缘，每个绕组单元包括相互绝缘的m个分裂绕组，m≥3，各个绕组单元中对应的同一个分裂绕组分别并联联接，也就是说，每个绕组单元中的第x个分裂绕组与剩下的n-1个绕组单元中的各个第x个分裂绕组分别并联联接，1≤x≤m。即，每个绕组单元中的第1个分裂绕组与剩下的n-1个绕组单元中的各个第1个分裂绕组分别并联联接，每个绕组单元中的第2个分裂绕组与剩下的n-1个绕组单元中的各个第2个分裂绕组分别并联联接，……，每个绕组单元中的第m个分裂绕组与剩下的n-1个绕组单元中的各个第m个分裂绕组分别并联联接。

优选地，各个绕组单元中对应的同一个分裂绕组的材质、匝数、电压和尺寸均相同。

需要说明的是，n个相同的绕组单元是完全相同的，即表示不仅各个绕组单元中对应的同一个分裂绕组是完全相同的，各个绕组单元中各个分裂绕组的排序方式也是完全相同的。

如图2a所示，本实施例中，n＝3，m＝3，也就是说，低压绕组沿轴向排列为3个相同的互相绝缘的绕组单元，每个绕组单元包括3个分裂绕组，3个分裂绕组的材质、匝数、电压、尺寸等参数可相同，也可不相同。其中第1个分裂绕组对应于a1线圈，第2个分裂绕组对应于a2线圈，第3个分裂绕组对应于a3线圈。每个分裂绕组带有两个抽头，即a1线圈、a2线圈、a3线圈均带有两个抽头，三个绕组单元中对应的同一个分裂绕组分别并联联接，即三个绕组单元中的所有a1线圈并联联接；三个绕组单元中的所有a2线圈并联联接；三个绕组单元中的所有a3线圈并联联接。

需要说明的是，由于三个绕组单元是完全相同的，因此并联联接的三个a1线圈的材质、匝数、电压和尺寸均是相同的，同样地，a2线圈，a3线圈也如此。此外，各个线圈之间是相互绝缘的。

优选地，如图2b所示，该分裂线圈结构还可包括调压绕组4，调压绕组4绕制在铁心1上，高压绕组2绕制在调压绕组4上。

本实施例中，调压绕组4带有调压接头，可适用于有载调压变压器。

优选地，调压绕组4采用不分裂结构。调压绕组4采用不分裂结构便于线圈绕制，降低生产加工难度，提高生产效率。

优选地，高压绕组2采用不分裂结构，高压绕组2上设有调压接头。高压绕组2采用不分裂结构同样便于线圈绕制，降低生产加工难度，提高生产效率。高压绕组2上设有调压接头，可适用于无载调压变压器。

优选地，n＝3～8，即低压绕组3包括沿轴向排列的3～8个相同的绕组单元。因综合考虑该线圈结构的使用效果及生产制造工艺，得出若n＝2的线圈结构无法很好地平衡各分裂绕组之间的漏磁干扰，不能解决各分裂绕组间阻抗、输出电压不匹配的问题；若n＞8则使得该线圈结构的生产制造工艺会变得复杂，因此优选例中设定n＝3～8。m的取值优选可以为3～8。

需要说明的是，n和m的取值不限于本实施例的上述数值，还可以是n＝4，m＝8，或者n＝5，m＝5，或者n＝8，m＝6，或者其他的数值。

优选地，铁心1采用高导磁冷轧取向电工硅钢片制成。

本实施例中，铁心1采用三相三柱结构，当然也可以采用立体卷铁心结构，其中铁心材料采用高导磁冷轧取向电工硅钢片，铁心截面既可以设计成圆形，也可以设计成长圆形或者椭圆形，铁心的叠片方式可采用45°角全斜五级步进或者三级接缝进行叠片，上述设计可有效地降低空载电流、激磁电流、磁滞损耗及噪声。另外，铁心两侧设置有高低压夹件用以紧固铁心及压紧绕组。

本实施例分裂线圈结构的有益效果有：

(1)减少各分裂绕组间漏磁的干扰，解决各分裂绕组间阻抗、输出电压不匹配的问题。

变压器的分裂线圈在运行过程中，每个分裂线圈会受到相邻分裂线圈的漏磁干扰，距离越近干扰越大。根据大量试验数据得出，相邻的两个线圈相互干扰程度为10％左右，若两个线圈中间存在第三线圈，则间隔了第三线圈的两个线圈相互干扰程度为3％左右。

如图1所示的传统三分裂变压器线圈结构中，L1线圈受到L2线圈干扰程度为10％，受到L3线圈干扰程度为3％，故L1线圈受到总干扰程度为13％。L2线圈受到L1线圈和L3线圈的干扰程度均为10％，故L2线圈受到总干扰程度为20％。同理，L3线圈受到L1线圈干扰程度为3％，受到L2线圈干扰程度为10％，故L3线圈受到总干扰程度为13％。故干扰程度的偏差达7％。

如图2a、图2b所示的本实施例中的分裂线圈结构，由于将原分裂线圈设计成三路并联线圈结构，且并联的线圈结构相同，故每路并联线圈的电流只有原线圈电流的1/3，即可看成把图1中的L1线圈替换成图2a/图2b中并联的三个相同的a1线圈，则流经每个a1线圈的电流为L1线圈电流的1/3，故每个a1线圈受到的干扰程度为原线圈的1/3，且间隔较远(如两线圈之间间隔了两个以上的线圈)的线圈之间的干扰程度可忽略不计。根据计算可得出，所有并联联接的a1线圈的干扰程度为：

(10％+3％+3％+10％+10％+3％+3％+10％+10％+3％)/3＝21.67 (1)

所有并联联接的a2线圈的干扰程度为：

(10％+10％+3％+3％+10％+10％+3％+3％+10％+10％)/3＝24％ (2)

所有并联联接的a3线圈的干扰程度为：

(3％+10％+10％+3％+3％+10％+10％+3％+3％+10％)/3＝21.67％ (3)

故干扰程度的偏差为2.33％。

通过对传统三分裂变压器线圈结构和本实施例的分裂线圈结构计算对比可以看出，传统结构的每个分裂线圈之间的漏磁干扰偏差比较大，这也是造成传统结构每个分裂线圈之间阻抗偏差较大从而导致阻抗、输出电压不匹配。而采用本实施例中的结构后，由于将每个分裂绕组之间的干扰进行了均衡，所以每个分裂绕组之间的漏磁干扰偏差较小，如果绕组单元的数量更多，即并联的线圈更多则平衡效果更好，基本解决分裂线圈之间阻抗偏差较大导致阻抗、输出电压不匹配的问题，这种结构避免了传统轴向分裂变压器高低压绕组间安匝严重不平衡问题，减少了每个分裂绕组间漏磁的互相干扰。

(2)降低变压器的负载损耗，实现节能。

变压器的负载损耗是由线圈的电阻损耗(92％)+杂散损耗(7％)+引线损耗(1％)组成，实施例1分裂线圈结构可降低杂散损耗。杂散损耗由两部分组成，一是线圈所用的铜线在变压器漏磁的情况下，铜线内部会产生涡流损耗，这个涡流损耗和铜线的规格大小及铜线的截面积有关，铜线规格越大、截面积越大，则铜线内部产生的涡流损耗也越大；另一方面大电流的线圈及引线在靠近变压器的钢铁件附近时(如铁心的夹件及油箱等)，会在钢铁件内部产生一定量的涡流损耗。以上这两种损耗均会造成负载损耗增加。而采用本实施例的结构后，由于将原有的一个线圈平分为3路相同的线圈并联，每路线圈中的电流只有原线圈电流的1/3，因此每路线圈中的电流会大幅度降低，这时每路线圈所用的导线规格及导线截面均会减小，从而降低了线圈内部的涡流损耗。另外采用3路并联后，每路线圈电流以及每路线圈引线电流均降为原有电流的1/3，这样小的电流也会大幅降低在钢铁件中产生的涡流损耗，从而达到节能效果。

(3)降低空载电流、激磁电流、磁滞损耗及噪声。

由于铁心材料采用高导磁冷轧取向电工硅钢片，铁心截面既设计成圆形，也可设计成长圆形或者椭圆形，铁心的叠片方式可采用45°角全斜五级步进或者三级接缝进行叠片，以上举措可降低空载电流、激磁电流、磁滞损耗及噪声。

(4)降低产品的制造难度，提高生产效率。

首先，传统分裂结构是几分裂就必须绕几个高压绕组，而本实施例的线圈结构中高压绕组采用不分裂结构，只需绕制一个高压绕组，因此绕制比较方便，绕制效率高。

其次，传统分裂结构由于绕组电流比较大，所用的导线规格比较大，绕制起来比较困难，而本实施例线圈结构中的低压绕组，由于将传统结构的其中一个分裂绕组电流分为多个相同的线圈并联，其数量等于绕组单元个数，因此每路并联电流比较小，绕组所用的导线规格也比较小，绕制起来较方便。

再次，传统分裂结构由于计算的参数值与实际生产出的参数存在一定的偏差，因此生产过程中就需要对生产出的线圈进行多次调整，以满足设计参数需求，而本实施例中的线圈结构平衡效果好，无需多次调整线圈，从而降低制造难度，提高了生产效率。

实施例2：

本实施例中公开一种变压器，包括如图3a/图3b所示的分裂线圈结构。

该分裂线圈结构，包括铁心1、高压绕组2和低压绕组3，高压绕组2和低压绕组3依次绕制在铁心1上，低压绕组3包括沿轴向排列的n个相同的绕组单元，n≥3，各个绕组单元之间相互绝缘，每个绕组单元包括相互绝缘的m个分裂绕组，m≥3，各个绕组单元中对应的同一个分裂绕组分别并联联接，也就是说，每个绕组单元中的第x个分裂绕组与剩下的n-1个绕组单元中的第x个分裂绕组并联联接，1≤x≤m。即，每个绕组单元中的第1个分裂绕组与剩下的n-1个绕组单元中的各个第1个分裂绕组分别并联联接，每个绕组单元中的第2个分裂绕组与剩下的n-1个绕组单元中的各个第2个分裂绕组分别并联联接，……，每个绕组单元中的第m个分裂绕组与剩下的n-1个绕组单元中的各个第m个分裂绕组分别并联联接。

优选地，各个所述绕组单元中对应的同一个分裂绕组的材质、匝数、电压和尺寸均相同。

需要说明的是，n个绕组单元是完全相同的，即表示不仅各个绕组单元中对应的同一个分裂绕组是完全相同的，各个绕组单元中的各个分裂绕组的排序方式也是完全相同的。

如图3a所示，本实施例中，n＝6，m＝3，也就是说，低压绕组沿轴向排列为六个相同的且相互绝缘的绕组单元，每个绕组单元包括3个分裂绕组，3个分裂绕组的材质、匝数、尺寸等参数可相同，也可不相同。其中第1个分裂绕组对应于a1线圈，第2个分裂绕组对应于a2线圈，第3个分裂绕组对应于a3线圈。各线圈之间是相互绝缘的。每个分裂绕组带有两个抽头，即每个线圈带有两个抽头，六个绕组单元中对应的同一个分裂绕组分别并联联接，即六个绕组单元中的所有a1线圈并联联接；六个绕组单元中的所有a2线圈并联联接；六个绕组单元中的所有a3线圈并联联接。

优选地，如图3b所示，该分裂线圈结构还可包括调压绕组4，调压绕组4绕制在铁心1上，高压绕组2绕制在调压绕组4上。

优选地，调压绕组4采用不分裂结构。调压绕组4采用不分裂结构便于线圈绕制，降低生产加工难度，提高生产效率。

优选地，高压绕组2采用不分裂结构，高压绕组2上设有调压接头。高压绕组2采用不分裂结构同样便于线圈绕制，降低生产加工难度，提高生产效率。

需要说明的是，n和m的取值不限于本实施例的上述数值，还可以是n＝4，m＝8，或者n＝5，m＝5，或者n＝8，m＝6，或者其他的数值。

本实施例中，该变压器可根据用户需要，可采用有载调压结构或者无励磁调压结构，变压器上相应地设置有有载分接开关11或者无励磁分接开关。

优选地，铁心1采用三相三柱结构，并采用高导磁冷轧取向电工硅钢片制成。

本实施例中，变压器包括高压引线及低压引线，高压绕组(调压绕组)通过高压引线将线圈抽头与高压出线套管及分接开关(开关可以是有载分接开关11，或者是无励磁分接开关，具体根据用户需求确定)相连，高压绕组可通过高压引线根据用户需求连接成不同的接线组别，如三角形连接或星形连接，同样，低压绕组通过低压引线也可根据用户需求连接成不同的接线组别。此外，该变压器高、低压绕组间设置有屏蔽层(具体根据用户需求，也可以不设置)，且低压套管9，高压套管10均可根据用户需要设置在箱盖顶上，也可以设置在变压器侧面。

本实施例中高压绕组为1个三相输入，低压绕组为3个三相输出。如图4所示，低压绕组的低压引线将3个三相连接成一个三角形连接和两个星形连接，实际上低压绕组的接线方式还可以全部为三角形连接或全部为星形连接，或两个三角形连接一个星形连接，具体接线方式根据用户需求确定。

由于a1线圈的材质、匝数和尺寸等参数与其他a2线圈、a3线圈的材质、匝数和尺寸等参数可相同也可以不同，因此，低压绕组可以带三路相同的或不同的负载同时运行，也可以一路或者其中几路负载单独运行。

优选地，变压器为油浸式变压器。

如图5-图7所示，铁心、高低压绕组、绝缘结构件、高低压引线组装完成后，共同组合成变压器的器身5，在本实施例中，油浸式变压器还包括有油箱6，冷却装置7、储油柜8，其中储油柜8中充有具有绝缘及冷却作用的液体，该液体可以是矿物类型的变压器油，也可以是植物油或者合成脂类油，不论采用何种绝缘及冷却作用的液体均在本发明保护范围内。

本实施例的有益效果有：

(1)采用这种分裂线圈结构，根据计算可得干扰程度的偏差为1.17％左右，避免了传统轴向分裂变压器高低压绕组间安匝严重不平衡问题，减少了每个分裂绕组间漏磁的互相干扰，解决了分裂绕组间的短路阻抗不匹配问题，减小分裂绕组输出的电压变化。

(2)采用这种分裂线圈结构，可降低变压器的负载损耗，提升变压器的运行效率，使得变压器散热好、温升低、更节能，从而提升变压器的供电质量。

(3)采用这种分裂线圈结构，可降低产品的设计及制造难度，提高生产效率。

(4)铁心采用高导磁冷轧取向电工硅钢片制成，可降低空载电流、激磁电流、磁滞损耗及噪声。

(5)采用分裂结构，可减少用户采购变压器的数量，降低采购成本，还可以降低设备占地面积，减少用户的建设成本。

(6)用途非常广泛。这种分裂线圈结构的变压器，适用于3～8个绕组单元及3～8个分裂绕组的任一分裂结构的变压器，以及低压大电流的不分裂变压器产品。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种分裂线圈结构，包括铁心、高压绕组和低压绕组，高压绕组和低压绕组依次绕制在铁心上，低压绕组包括沿轴向排列的n个相同的绕组单元，n≥3，每个绕组单元包括m个分裂绕组，m≥3，各个绕组单元中对应的同一个分裂绕组分别并联联接。

2.如权利要求1所述的分裂线圈结构，其特征在于，各个所述绕组单元中对应的同一个分裂绕组的材质、匝数、电压和尺寸均相同。

3.如权利要求2所述的分裂线圈结构，其特征在于，还包括调压绕组，所述调压绕组绕制在所述铁心上，高压绕组绕制在所述调压绕组上。

4.如权利要求3所述的分裂线圈结构，其特征在于，所述调压绕组采用不分裂结构。

5.如权利要求1所述的分裂线圈结构，其特征在于，所述高压绕组采用不分裂结构，所述高压绕组上设有调压接头。

6.如权利要求1-5任一项所述的分裂线圈结构，其特征在于，n＝3～8。

7.如权利要求2所述的分裂线圈结构，其特征在于，所述铁心采用高导磁冷轧取向电工硅钢片制成。

8.一种变压器，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的线圈结构。

9.如权利要求8所述的变压器，其特征在于，所述变压器为油浸式变压器。

10.如权利要求9所述的变压器，其特征在于，所述铁心采用三相三柱结构。

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