CN112753082A - 高效率且高防腐蚀性能的变压器芯及其组装方法 - Google Patents

高效率且高防腐蚀性能的变压器芯及其组装方法 Download PDF

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CN112753082A CN201880092716.5A CN201880092716A CN112753082A CN 112753082 A CN112753082 A CN 112753082A CN 201880092716 A CN201880092716 A CN 201880092716A CN 112753082 A CN112753082 A CN 112753082A
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王忠波
马丁·阿尔西纳·纳瓦罗
安德烈·路易斯·莫雷诺
陈伟
李辉
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Hainan Jinpan Intelligent Technology Co ltd
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Abstract

一种用于干式变压器的变压器芯，包括具有形成阶梯搭接叠片序列的若干个堆叠叠片组的层叠构造。阶梯搭接序列中的每个组具有与阶梯搭接序列中的相邻组的平均长度不同的平均长度，并且每组具有至少两个相同的叠片，其中，至少一组具有至少四个相同的叠片。作为其他方面，还提供了组装变压器芯的方法。

Description

高效率且高防腐蚀性能的变压器芯及其组装方法
技术领域
本公开内容涉及用于电力分配的变压器，并且更具体地，涉及变压器芯及其层叠构造组装方法。
背景技术
变压器用于在电力分配期间增大或减小电压水平。为了在远距离上传送电力，可以使用变压器来增大正在传送的电力的电压，这减小了正在传送的电力的电流。减小的电流减少了在用于传送电力的电缆中发生的电阻性功率损耗。当要在最终用户位置处输送电力时，可以使用另一变压器将电压减小(这将电流增大)至由最终用户指定的水平。
可以用于电力分配的一种类型的变压器是例如在美国专利第8,614,614号中描述的可浸没的干式变压器。这样的变压器可以位于例如在一些城市中常见的地下电力分配网络中。这些变压器可能与恶劣环境接触并且需要保护它们免受恶劣环境的影响，恶劣环境包括暴露于水、湿气、污染等。特别地，需要保护变压器芯，以保持变压器的电磁性能。然而，这样的变压器的层叠芯构造可能易于腐蚀。因此，期望用于可浸没的干式变压器和其他干式变压器的改进的层叠芯构造及其组装方法。
发明内容
根据一个方面，一种变压器芯，包括堆叠在一起的多个叠片，所述堆叠在一起的多个叠片具有阶梯搭接(step-lap)叠片序列。阶梯搭接序列具有第一子多个叠片，第一子多个叠片各自具有第一平均长度，并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠。阶梯搭接序列还具有第二子多个叠片，第二子多个叠片各自具有第二平均长度，并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠，其中，第二子多个叠片直接堆叠至第一子多个叠片。第一子多个叠片或第二子多个叠片具有至少四个叠片，并且第一平均长度与第二平均长度不同。
根据另一方面，一种变压器，包括：变压器芯，变压器芯具有多个支柱(leg)、下轭和上轭，其中，每个支柱经由阶梯搭接接头(joint)互连至下轭和上轭。变压器还包括多个线圈，每个线圈围绕相应的支柱。每个支柱、下轭和上轭包括相应的堆叠在一起的多个叠片，所述堆叠在一起的多个叠片具有阶梯搭接叠片序列，阶梯搭接叠片序列包括：第一子多个叠片，第一子多个叠片各自具有第一平均长度并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠；以及第二子多个叠片，第二子多个叠片各自具有第二平均长度并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠，其中，第二子多个叠片直接堆叠至第一子多个叠片。第一子多个叠片或第二子多个叠片具有至少四个叠片，并且第一平均长度与第二平均长度不同。
根据另一方面，一种构造变压器芯的方法，包括：接收多个叠片；将第一子多个叠片彼此直接堆叠，第一子多个叠片彼此纵向对齐并且各自具有第一平均长度；将第二子多个叠片彼此直接堆叠，第二子多个叠片彼此纵向对齐并且各自具有第二平均长度；以及将第二子多个叠片直接堆叠至第一子多个叠片。第一子多个叠片或第二子多个叠片具有至少四个叠片，并且第一平均长度与第二平均长度不同。
根据以下详细描述、所附权利要求书和附图，根据本公开内容的这些实施方式和其他实施方式的其他方面、特征和优点可以很明显。说明书和附图本质上应当被视为说明性的，而不是限制性的。
附图说明
以下描述的附图仅用于说明性目的，并且不一定按比例绘制。附图无意以任何方式限制本公开内容的范围。贯穿附图，将尽可能使用相同或相似的附图标记指代相同或相似的部件。
图1示出了根据实施方式的可浸没的干式变压器的简化前视图；
图2示出了根据现有技术的变压器芯角部的前视图；
图2A至图2C示出了图2的变压器芯角部的个别叠片层的前视图；
图3示出了根据现有技术的在图2的变压器芯角部中使用的阶梯搭接配置(profile)；
图4、图5、图5A和图6示出了根据实施方式的变压器芯支柱叠片的前视图；
图7和图8示出了根据实施方式的变压器芯轭叠片的前视图；
图9示出了根据实施方式的阶梯搭接配置和变压器芯支柱叠片的局部侧视图；
图10示出了根据实施方式构造的变压器芯内侧角部的立体图；
图11示出了根据实施方式的并非利用具有角部尖端切口(cut)的一些叠片构造的变压器芯角部的前视图；
图12示出了根据实施方式的变压器芯轭叠片的前视图；
图13A至图13C分别示出了根据实施方式的利用在每个纵向端处具有第二斜切口的叠片构造的变压器芯角部的立体图和两个前视图；以及
图14示出了根据实施方式的组装变压器芯的方法的流程图。
具体实施方式
可浸没的干式变压器被配置成在露天、地下、部分浸没或完全浸没的环境中工作，并且通常用于地下电力分配网络中。这样的变压器，尤其是它们的变压器芯可能因此暴露于恶劣的环境，该恶劣的环境可能包括与水、污染物、湿气等的接触。可浸没的干式变压器通常被配置成输送多相电力，例如，两相或三相电力，并且可以具有在500kVA至约2000kVA的范围内的额定功率和15kV或25kV的额定电压。
图1示出了根据一个或更多个实施方式的可以是可浸没的干式变压器的三相变压器100。在其他实施方式中，变压器100可以具有不同数量的相(例如，两相)，并且也可以是单相(这可以是1相+1相、1相+中性、或1相+地)。变压器100可以包括磁通流经的变压器(磁)芯102。变压器芯102可以被涂刷或者以其他方式涂覆防腐涂料或密封剂，以保护变压器芯102免受其环境的影响。可以例如通过具有与下轭106和上轭107互连的第一支柱103、第二支柱104和第三支柱105而形成变压器芯102。其他实施方式可以具有例如两个、四个或五个支柱。每个支柱103-105可以被相应的电压变压器线圈108A至变压器线圈108C(以虚线示出)围绕，变压器线圈108A至108C中的每一个也可以称为绕组。在一些实施方式中，变压器线圈108A至108C可以各自包括可以同心的高压线圈和内部低压线圈。内部低压线圈可以与变压器芯102以及与高压线圈电隔离。下轭106可以经由夹具109(以虚线示出)夹至支柱103至105中的每一个的底端，夹具109可以是例如钢梁对，该钢梁对与位于钢梁对之间的下轭106以及支柱103至105螺栓连接在一起。为清楚起见，在图1中未示出变压器的其他已知部件(例如，上夹具、线圈壳体、罩、绝缘材料、电压端子、接地连接、产生三角形(delta)或Y形变压器构造的线缆等)。
变压器芯102可以具有层叠构造。也就是说，变压器芯102可以由堆叠在一起的数千个薄电工钢叠片制成。电工钢是被制造成产生特定的磁特性的特殊类型的钢。在一些实施方式中，每个叠片的厚度可以在从0.2mm至0.5mm的范围内。叠片可以具有其他厚度。下轭106、上轭107和支柱103至105中的每一个可以由相应的叠片的堆叠形成，并且然后接合在一起以形成变压器芯102的叠片层。每个支柱以及上轭和下轭的纵向端可以具有如图1所示的斜切口。例如，支柱103和105的每个纵向端可以具有45度的斜切口，而支柱104的每个纵向端可以具有居中的V形切口(在竖直切割和组装过程中)。在其他实施方式中，如以下结合图5A描述的，支柱104可以具有偏移的V形切口(在水平切割和组装过程中)。下轭106和上轭107的每个纵向端也可以具有45度的斜切口(以补足支柱103和105的斜切口)。下轭106和上轭107还可以具有在内侧纵向边缘中切出的V形槽口(以补足支柱104的V形纵向端)。在一些实施方式中，还可以通过如下操作来组装变压器芯102：将每个支柱103至105的一个纵向端抵接至下轭106以在叠片之间形成斜接头110A和110B以及V形接头110E。可以利用夹具109将该E形组件(在其背面为E形)夹在一起，并且可以利用防腐涂料、涂层或密封剂涂刷或以其他方式保护该E形组件。上轭107然后可以抵接至每个支柱103至105的另一纵向端以在叠片之间形成斜接头110C和110D以及V形接头110F。然后，可以夹住变压器芯组件的上部并且利用防腐涂料、涂层或密封剂来保护变压器芯组件的上部。
为了减少磁芯损耗，例如，由流过接头110A至110F的磁通引起的变压器噪声和/或涡电流(其表示损耗的能量)，支柱和轭的每个叠片的在接头110A至110F处的抵接端可以为“阶梯搭接”接头。通过在一个或更多个相继叠片层中相对于彼此错开或偏移接头的位置来产生阶梯搭接接头。
例如，图2示出了使用图3所示的已知的阶梯搭接配置300将上轭207与支柱205互连的变压器芯角部200。阶梯搭接配置300具有三个阶梯，每个阶梯具有相应的单个叠片301-1、叠片301-2和叠片301-3。(尽管某些已知的阶梯搭接配置可以每个阶梯具有两个叠片(例如，两个叠片301-1、两个叠片301-2等)，但是它们可能具有与下述阶梯搭接配置300的缺点相同的缺点)。这三个阶梯可以重复很多次，以形成具有所需厚度或叠片数量的变压器芯支柱或轭。如图2所示，阶梯搭接配置300可以形成错开的阶梯搭接接头210A、阶梯搭接接头210B和阶梯搭接接头210C。图2A至图2C分别示出了变压器芯角部200的前三个叠片层——叠片层200-1、叠片层200-2和叠片层200-3。叠片层200-1包括轭叠片207-1和支柱叠片205-1；叠片层200-2包括轭叠片207-2和支柱叠片205-2，并且叠片层200-3包括轭叠片207-3和支柱叠片205-3。轭叠片207-1具有比轭叠片207-2的平均长度短的平均长度，轭叠片207-2具有比轭叠片207-3的平均长度短的平均长度。相反，支柱叠片205-1具有比支柱叠片205-2的平均长度长的平均长度，支柱叠片205-2具有比支柱叠片205-3的平均长度长的平均长度。因此，阶梯搭接配置300的叠片301-1、301-2和301-3可以分别表示轭叠片207-3(最长的轭叠片)、轭叠片207-2和轭叠片207-1(最短的轭叠片)，而叠片301-1、301-2和301-3也可以分别表示支柱叠片205-1(最长的支柱叠片)、支柱叠片205-2和支柱叠片205-3(最短的支柱叠片)。
注意，如图2A所示，叠片层200-1在上轭叠片207-1与支柱叠片205-1之间具有间隙212-1，并且如图2C所示，叠片层200-3在上轭叠片207-3与支柱叠片205-3之间具有间隙212-3。在阶梯搭接配置300的三个阶梯进行重复以形成所需的变压器芯厚度时，间隙212-1和间隙212-3也进行重复，从而产生表面几何形状的突然变化，该突然变化包括在轭和支柱互连件的内侧角部中的非常小的、陡峭的和/或狭窄的“谷”312。注意，具有另外的单叠片阶梯(例如4个、5个、6个或7个)的已知的阶梯搭接配置可以进一步增大谷312的陡度和/或狭窄度。谷312是有问题的，因为可能难以利用防腐涂料、涂层和/或密封剂完全地和/或充分地保护谷312，从而使那些区域暴露于环境。在如上所述的恶劣环境中，在未受保护或未受到足够地保护的暴露的仅数月内就可以发生变压器性能的显著退化。
因此，在一个或更多个方面，提供了变压器芯的改进的阶梯搭接配置和层叠构造，如下文详细描述的，变压器芯的改进的阶梯搭接配置和层叠构造可以通过允许防腐涂料、涂层和/或密封剂(例如，包括硅树脂)容易地到达或施加至变压器芯轭和支柱互连件的内侧角部来改善组装的变压器芯的耐腐蚀性。与其他变压器芯制造技术相比，改进的阶梯搭接配置还可以降低制造复杂度和成本。改进的阶梯搭接配置可以进一步提高磁通流量，减小变压器噪声，并且因此提高变压器芯的总体性能。
在其他方面，如将在下面结合图1和图4至图14更详细地描述的，提供了组装变压器芯的方法。
图4至图8示出了根据一个或更多个实施方式的可以用于利用阶梯搭接接头构造(图1的)变压器芯102的变压器芯支柱叠片和轭叠片。如图4所示，支柱叠片403可以包括：具有平均长度L1(所有平均长度是沿着中央纵向轴线414测量的)的第一支柱叠片403-1；具有比平均长度L1短的平均长度L2的第二支柱叠片403-2；具有比平均长度L2短的平均长度L3的第三支柱叠片403-3；具有比平均长度L3短的平均长度L4的第四支柱叠片403-4；以及具有比平均长度L4短的平均长度L5的第五支柱叠片403-5。支柱叠片403-1、403-2、403-3、403-4和403-5中的每一个具有相同的横向宽度W1。横向宽度W1的尺寸可以部分地由变压器芯的期望磁通特性确定。支柱叠片403-1、403-2、403-3、403-4和403-5中的每一个在其纵向端的每一个处具有斜切口，该斜切口可以呈约45度的角度A1。对于斜切口，其他合适的角度也是可能的。如下面更详细地描述的，支柱叠片403可以用于构造例如(图1的)变压器芯102的支柱103或支柱105。
图5示出了支柱叠片504，支柱叠片504可以包括：具有第一平均长度(所有平均长度是沿着中央纵向轴线514测量的)的第一支柱叠片504-1；具有比第一平均长度短的第二平均长度的第二支柱叠片504-2；具有比第二平均长度短的第三平均长度的第三支柱叠片504-3；具有比第三平均长度短的第四平均长度的第四支柱叠片504-4；以及具有比第四平均长度短的第五平均长度的第五支柱叠片504-5。支柱叠片504-1、504-2、504-3、504-4和504-5中的每一个具有相同的横向宽度W2，横向宽度W2可以与横向宽度W1相同。横向宽度W2的尺寸可以部分地由变压器芯的期望磁通特性确定。如所示出的，支柱叠片504-1、504-2、504-3、504-4和504-5中的每一个具有居中的V形纵向端(针对竖直型切割过程)。在纵向端处，其他合适的形状也是可能的。如下面更详细地描述的，支柱叠片504可以用于构造例如(图1的)变压器芯102的支柱104。
图5A示出了根据一个或更多个实施方式的可以通过水平切割和组装过程形成的可替选的支柱叠片504A。支柱叠片504A可以包括：在每个纵向端(对于每个叠片仅示出了一个纵向端)处具有第一偏移V形的第一支柱叠片504A-1；在每个纵向端处具有第二偏移V形的第二支柱叠片504A-2，第二偏移V形的尖端水平地定位至第一偏移V形的尖端的右侧(如所示出的)；在每个纵向端处具有第三偏移V形(在一些实施方式中可以是居中的V形)的第三支柱叠片504A-3，第三偏移V形的尖端水平地定位至第二偏移V形的尖端的右侧(如所示出的)；在每个纵向端处具有第四偏移V形的第四支柱叠片504A-4，第四偏移V形的尖端水平地定位至第三偏移V形的尖端的右侧(如所示出的)；以及在每个纵向端处具有第五偏移V形的第五支柱叠片504A-5，第五偏移V形的尖端水平地定位至第四偏移V形的尖端的右侧(如所示出的)。在一些实施方式中，支柱叠片504A-1、504A-2、504A-3、504A-4和504A-5的顺序可以与所示顺序颠倒(即，可以从支柱叠片504A-5开始)，或者可以从支柱叠片504A-3(即，中间叠片)开始。支柱叠片504A-1、504A-2、504A-3、504A-4和504A-5中的每一个具有所测量的从在一个纵向端处的V形的尖端到另一纵向端处的V形的尖端的相同纵向长度。支柱叠片504A-1、504A-2、504A-3、504A-4和504A-5中的每一个具有相同的横向宽度W2A，横向宽度W2A可以与横向宽度W1和/或横向宽度W2相同。横向宽度W2A的尺寸可以部分地由变压器芯的期望磁通特性确定。可以相对于纵向轴线514A以45度角来切割支柱叠片504A-1、504A-2、504A-3、504A-4和504A-5的V形端中的每一个。对于V形纵向端，其他合适的角度也是可能的。如下面更详细描述的，支柱叠片504A可以用于构造例如(图1的)变压器芯102的支柱104。
图6示出了支柱叠片605，支柱叠片605可以与支柱叠片403相同(其可以沿着竖直轴线翻转)。支柱叠片605可以包括：具有可以等于平均长度L1的第一平均长度(所有平均长度是沿着中央纵向轴线614测量的)的第一支柱叠片605-1；具有可以等于平均长度L2的第二平均长度的第二支柱叠片605-2，第二平均长度比第一平均长度短；具有可以等于平均长度L3的第三平均长度的第三支柱叠片605-3，第三平均长度比第二平均长度短；具有可以等于平均长度L4的第四平均长度的第四支柱叠片605-4，第四平均长度比第三平均长度短；以及具有可以等于平均长度L5的第五平均长度的第五支柱叠片605-5，第五平均长度比第四平均长度短。支柱叠片605-1、605-2、605-3、605-4和605-5中的每一个具有相同的横向宽度W3，横向宽度W3可以与横向宽度W1和/或横向宽度W2相同。横向宽度W3的尺寸可以部分地由变压器芯的期望磁通特性确定。支柱叠片605-1、605-2、605-3、605-4和605-5中的每一个在其纵向端的每一个处均具有斜切口，该斜切口相对于纵向轴线614可以呈约45度(即，与角度A1相同)。对于斜切口，其他合适的角度也是可能的。如下面更详细描述的，支柱叠片605可以用于构造例如(图1的)变压器芯102的支柱103或支柱105。
图7示出了上轭叠片707，上轭叠片707可以包括：具有平均长度Y-L1(所有平均长度是沿着中央纵向轴线714测量的)的第一轭叠片707-1；具有比平均长度Y-L1长的平均长度Y-L2的第二轭叠片707-2；具有比平均长度Y-L2长的平均长度Y-L3的第三轭叠片707-3；具有比平均长度Y-L3长的平均长度Y-L4的第四轭叠片707-4；以及具有比平均长度Y-L4长的平均长度Y-L5的第五轭叠片707-5。轭叠片707-1、707-2、707-3、707-4和707-5中的每一个具有相同的横向宽度W4，横向宽度W4可以与横向宽度W1、横向宽度W2和/或横向宽度W3相同。横向宽度W4的尺寸可以部分地由变压器芯的期望磁通特性确定。轭叠片707-1、707-2、707-3、707-4和707-5中的每一个在其纵向端的每一个处均具有斜切口，该斜切口补足支柱叠片403和605的纵向端处的斜切口。斜切口可以呈可以为约45度的角度A1。对于斜切口，其他合适的角度也是可能的，只要它们补足支柱叠片403和605的纵向端处的斜切口以形成变压器芯角部。轭叠片707-1、707-2、707-3、707-4和707-5中的每一个还可以具有不同大小的居中的V形槽口(为了保持清楚起见，在图7中仅标记了V形槽口716-1)，或者轭叠片707-1、707-2、707-3、707-4和707-5中的每一个可以具有相同大小的水平错开的偏移V形槽口(未示出)。如所示出的，在内侧(即，较短的)纵向边缘718中切出V形槽口。每个V形槽口被定尺寸成补足支柱叠片504或504A的相应的V形纵向端，以便在其处形成阶梯搭接接头。如下面更详细描述的，上轭叠片707可以用于构造例如(图1的)变压器芯102的下轭106或上轭107。
图8示出了下轭叠片806，下轭叠片806可以与上轭叠片707相同(其可以沿着水平轴线翻转)。下轭叠片806可以包括：具有可以等于平均长度Y-L1的第一平均长度(所有平均长度是沿着中央纵向轴线814测量的)的第一轭叠片806-1；具有可以等于平均长度Y-L2的第二平均长度的第二轭叠片806-2，第二平均长度比第一平均长度长；具有可以等于平均长度Y-L3的第三平均长度的第三轭叠片806-3，第三平均长度比第二平均长度长；具有可以等于平均长度Y-L4的第四平均长度的第四轭叠片806-4，第四平均长度比第三平均长度长；以及具有可以等于平均长度Y-L5的第五平均长度的第五轭叠片806-5，第五平均长度比第四平均长度长。轭叠片806-1、806-2、806-3、806-4和806-5中的每一个具有相同的横向宽度W5，横向宽度W5可以与横向宽度W1、横向宽度W2、横向宽度W3和/或横向宽度W4相同。横向宽度W5的尺寸可以部分地由变压器芯的期望磁通特性确定。轭叠片806-1、806-2、806-3、806-4和806-5中的每一个在其纵向端中的每一个处均具有斜切口，该斜切口补足在支柱叠片403和605的纵向端处的斜切口。斜切口相对于纵向轴线814可以呈约45度(即，与角度A1相同)。对于斜切口，其他合适的角度也是可能的，只要它们补足支柱叠片403和605的纵向端处的斜切口以形成变压器芯角部。轭叠片806-1、806-2、806-3、806-4和806-5中的每一个还可以具有不同大小的居中的V形槽口(为了保持清楚起见，在图8中仅标记了V形槽口816-1)，或者轭叠片806-1、806-2、806-3、806-4和806-5中的每一个可以具有相同大小的水平错开的偏移V形槽口(未示出)。如所示出的，在内侧(即，较短的)纵向边缘818中切出V形槽口。每个V形槽口被定尺寸成补足支柱叠片504或504A的相应V形纵向端，以便在V形槽口处形成阶梯搭接接头。如下面更详细描述的，下轭叠片806可以用于构造例如(图1的)变压器芯102的下轭106或上轭107。
图9示出了根据一个或更多个实施方式的阶梯搭接配置900，图9还可以分别示出图1的支柱103至105和/或图4至图6的支柱叠片403、504和/或605的堆叠的层叠构造的局部侧视图。阶梯搭接配置900可以用于利用变压器芯102的组件中的支柱叠片403、504、504A和605以及上轭叠片707和下轭叠片806形成阶梯搭接接头。
阶梯搭接配置900可以具有五个叠片组920、921、922、923和924，其中，每个组具有彼此直接堆叠的至少两个相同的纵向和横向对齐的叠片。每个组还可以具有与相邻组的平均长度不同的平均长度，以形成四个阶梯。例如，组920可以具有两个相同的叠片901-1，叠片901-1各自具有相同的平均长度，该平均长度与相邻组921的平均长度不同，相邻组921具有两个相同的叠片901-2，叠片901-2各自具有相同的平均长度，该平均长度与叠片901-1的平均长度不同。在一些实施方式中，每个阶梯的尺寸可以在从3mm至7mm的范围内。换言之，从一组到相邻组的平均长度差可以在从3mm至7mm的范围内。因此，组920(具有最长的平均长度)与组924(具有最短的平均长度)之间的平均长度差可以在从12mm至28mm的范围内(即，以四个阶梯分开)。注意，支柱叠片504A的偏移的V形纵向端的尖端之间的距离可以遵循相同的阶梯尺寸。也就是说，例如，支柱叠片504A-1的第一偏移V形的尖端与支柱叠片504A-2的第二偏移V形的尖端之间的距离可以是3mm至7mm等。其他实施方式可以具有其他合适的阶梯尺寸。
根据一个或更多个实施方式，如所示出的以向前-向后的模式来重复五个叠片组920、921、922、923和924。该模式产生可以在起始叠片901-1之后开始的重复的阶梯搭接序列925。在一些实施方式中，阶梯搭接序列925可以具有至少20个叠片，所述至少20个叠片包括彼此直接堆叠的至少四个相同的纵向和横向对齐的叠片901-5，叠片901-5各自具有阶梯搭接序列925的相同的最短平均长度。阶梯搭接序列925还可以包括彼此直接堆叠的至少四个其他相同的纵向和横向对齐的叠片901-9，叠片901-9各自具有阶梯搭接序列925的最长平均长度。在叠片901-5与叠片901-9之间堆叠的可以是三个组(形成相应的阶梯)，三个组各自具有彼此直接堆叠的至少两个相同的纵向和横向对齐的叠片(例如，叠片901-6、叠片901-7和叠片901-8)，每个组具有与相邻组的平均长度逐渐不同的平均长度，以在它们之间形成阶梯。阶梯搭接序列925可以进行重复以构造期望厚度的变压器芯支柱或轭。
阶梯搭接配置900的益处是产生了扩大的谷912(与由已知的阶梯搭接配置产生的谷例如图3的谷312相比)。扩大的谷912有利地允许防腐涂料、涂层和/或密封剂容易地到达并且完全地(或至少充分地)覆盖使用阶梯搭接配置900形成的变压器芯角部中的所有区域，并保护这些区域免受恶劣环境的影响。
图10示出了根据一个或更多个实施方式的利用用阶梯搭接配置900形成的阶梯搭接接头构造的变压器芯角部1000。变压器芯角部1000可以通过使支柱叠片1005与轭叠片1007抵接而形成。支柱叠片1005可以与支柱叠片403和/或支柱叠片605相同，并且轭叠片1007可以与上轭叠片707和/或下轭叠片806相同。从图10可以看出，支柱叠片1005从与起始叠片901-1相对应的两个相同的起始叠片1005-1(具有最长平均长度)起采用如图9所示的阶梯搭接配置900，而轭叠片1007从互补的起始点起采用阶梯搭接配置900。也就是说，轭叠片1007可以以与阶梯搭接配置900的两个最右边的叠片901-5相对应的两个相同的起始叠片1007-5(具有最短的平均长度)开始。轭叠片1007然后可以继续跟随阶梯搭接配置900到如图9所示的两个最右边的叠片901-5的右边。
如在图10中可以看到的，由根据阶梯搭接配置900形成的阶梯搭接接头产生的谷1012可以足够大和宽，以允许将防腐涂料、涂层和/或密封剂容易地施加至谷1012，以完全地(或至少充分地)涂覆和保护那些内侧角部区域免受恶劣环境的影响。
如变压器芯角部1000所示，可以使用阶梯搭接配置900、利用支柱叠片403和/或605、支柱叠片504以及上轭叠片707和/或下轭叠片806构造变压器芯102(图1)的斜接头110A至110D和V形接头110E和110F中的每一个。在可替选的实施方式中，轭和支柱的起始叠片可以颠倒(即，轭可以以具有最长平均长度的叠片开始，而支柱可以以具有最短平均长度的叠片开始)。而且，在一些实施方式中，起始叠片可以具有例如多于两个(例如，三个、四个或更多个)的叠片。
在使用阶梯搭接配置900组装变压器芯102之前，根据一个或更多个实施方式，除了上述斜切口以外，一些支柱叠片和一些轭叠片还可以在其纵向端的每一个处具有第二切口。可能需要第二切口以保持变压器芯102的统一外周长(以便保持磁通性能)以及/或者去除潜在的危险尖锐边缘。例如，图11示出了利用支柱叠片1105和轭叠片1107、使用阶梯搭接配置900形成的变压器芯角部1100，其中，支柱叠片1105和轭叠片1107中的每一个均没有以上提及的第二切口。可以具有支柱叠片1105的最长的平均长度的支柱叠片1105-1可能具有尖端1126，尖端1126延伸超过轭叠片1107的外周长(轭叠片1107的外周长形成变压器芯的上部的外周长)。类似地，可以具有轭叠片1107的最长的平均长度的轭叠片1107-5(注意，为了清楚起见，未在图11中示出堆叠在轭叠片1107-5上的轭叠片)可能具有尖端1128，尖端1128延伸超过支柱叠片1105的外周长(支柱叠片1105的外周长形成变压器芯的侧部的外周长)。注意，其他叠片(例如，具有第二最长平均长度的叠片)，取决于所使用的阶梯搭接配置中的阶梯尺寸和阶梯数量，也可能具有延伸超过变压器芯的外周长的尖端。在一些实施方式中，可以在组装变压器芯102之前切割尖端1126和尖端1128(以及延伸超过外周长的其他尖端)。
因此，图12示出了根据一个或更多个实施方式的上轭叠片1207，上轭叠片1207可以与上轭叠片707、下轭叠片806和/或轭叠片1007中的最长或第二最长的叠片相同。上轭叠片1207可以在每个纵向端处具有第二切口1230。第二切口1230的位置可以至少取决于所使用的阶梯尺寸。例如，参考具有四个阶梯和五个叠片长度的阶梯搭接配置900，其中，每个阶梯可以是例如3mm至7mm，最长的平均长度叠片的第二切口1230可以被制成为从最长纵向边缘1219测量的距每个纵向端约6mm至14mm。第二最长的平均长度叠片的第二切口1230可以被制成为从最长的纵向边缘1219测量的距每个纵向端约3mm至7mm。其他合适的第二切口尺寸也是可能的。还可以对最长和第二最长的支柱叠片(以及根据需要的任何其他叠片)例如支柱叠片403和605制造类似的第二切口。
图13A至图13C示出了根据一个或更多个实施方式的另一变压器芯角部1300。可以利用支柱叠片1305和轭叠片1307、使用阶梯搭接配置900来形成变压器芯角部1300，所述支柱叠片1305和轭叠片1307可以分别与支柱叠片403和/或605以及上轭叠片707和/或下轭叠片806相同。每个支柱叠片1305和轭叠片1307可以具有在变压器芯组装之前制造的第二斜切口1330(这可以使第二切口1230不必要)。与第一斜切口相对地制造第二斜切口1330，从而在每个支柱叠片和轭叠片的每个纵向端处形成偏移的V形。第二斜切口1330可以以约45度的角度A2(参见图13B)制成。其他合适的角度A2也是可能的，只要角部的截面面积与支柱叠片1305和/或轭叠片1307的截面面积基本相同。在一些实施方式中，如图13C针对最长的支柱叠片1305所示出的，第二斜切口1330可以被制造成以从最长叠片的纵向端的尖端起沿着第一斜切口测量的距离D1开始。距离D1可以是约0.4×宽度W6或更小(宽度W6可以与宽度W1至宽度W5中的任何一个相同)。在一些实施方式中，第二斜切口1330然后可以被制成相对于纵向边缘1332成45度角。每个相继较短的叠片可以具有第二斜切口1330，该第二斜切口1330以距离D1减去阶梯尺寸的适当倍数制成。变压器芯102的四个角部中的每一个可以与具有第二斜切口1330的变压器芯角部1300相同地形成。变压器芯角部1300有利地消除了在没有第二斜切口1330的情况下将形成的90度角部，这可以进一步通过提高磁通流量、减小涡电流和/或减小变压器噪声来提高磁通性能。
图14示出了根据一个或更多个实施方式的组装变压器芯的方法1400的流程图。方法500可以包括在处理框1402处接收多个叠片。例如，如图4至图8所示，可以接收多个叠片，所述多个叠片包括足量的支柱叠片403和/或605、支柱叠片504以及上轭叠片707和/或下轭叠片806，以构造期望大小的变压器芯。支柱叠片和轭叠片中的每一个的纵向长度和横向宽度可以取决于变压器芯的期望的电特性和磁特性以及所使用的阶梯搭接配置的期望的阶梯尺寸。
在处理框1404处，方法1400可以包括：将彼此纵向对齐并且具有相同的第一平均长度的第一子多个叠片彼此直接堆叠。
在处理框1406处，方法1400可以包括：将彼此纵向对齐并且具有相同的第二平均长度的第二子多个叠片彼此直接堆叠。
并且在处理框1408处，方法1400可以包括：将第二子多个叠片直接堆叠至第一子多个叠片，其中，第一子多个叠片或第二子多个叠片包括至少四个叠片，并且第一平均长度与第二平均长度不同。
因此，例如，如图9所示，第一子多个叠片可以是叠片901-5，第二子多个叠片可以是叠片901-6，或者第一子多个叠片可以是叠片901-8，第二子多个叠片可以是叠片901-9。
在一些实施方式中，方法1400可以另外地包括：将第三子多个叠片彼此直接堆叠，第三子多个叠片彼此纵向对齐并且各自具有第三平均长度，将第三子多个叠片直接堆叠至第二子多个叠片；将第四子多个叠片彼此直接堆叠，第四子多个叠片彼此纵向对齐并且各自具有第四平均长度；将第四子多个叠片直接堆叠至第三子多个叠片；将第五子多个叠片彼此直接堆叠，第五子多个叠片彼此纵向对齐并且各自具有第五平均长度；以及将第五子多个叠片直接堆叠至第四子多个叠片；其中，第一子多个叠片包括至少四个叠片；并且(1)第一平均长度比第二平均长度长，第二平均长度比第三平均长度长，第三平均长度比第四平均长度长，并且第四平均长度比第五平均长度长；或者(2)第一平均长度比第二平均长度短，第二平均长度比第三平均长度短，第三平均长度比第四平均长度短，并且第四平均长度比第五平均长度短。在以上(1)的示例中，第一子多个叠片、第二子多个叠片、第三子多个叠片、第四子多个叠片和第五子多个叠片可以分别是叠片901-9、901-8、901-7、901-6和901-5(参见图9)。在以上(2)的示例中，第一子多个叠片、第二子多个叠片、第三子多个叠片、第四子多个叠片和第五子多个叠片可以分别是叠片901-5、901-6、901-7、901-8和901-9。
虽然主要关于可浸没的干式变压器描述了本公开内容，但是应当理解，公开的实施方式也可以适用于其他干式变压器，例如，在高压(例如，110kV)下工作的干式变压器、用于风电场的干式变压器或其他可以或不可以浸没的干式变压器。
前面的描述仅公开了示例实施方式。以上公开的装置、组件和方法的修改可以落入本公开内容的范围内。例如，尽管针对电力分配系统示出了以上论述的示例，但是本公开内容也可以适用于其他领域。因此，应当理解，本公开内容的范围仅由所附权利要求书限制。

Claims (20)

1.一种变压器芯，包括：
堆叠在一起的多个叠片，所述堆叠在一起的多个叠片具有阶梯搭接叠片序列，所述阶梯搭接叠片序列包括：
第一子多个叠片，其各自具有第一平均长度，并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠；以及
第二子多个叠片，其各自具有第二平均长度，并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠，所述第二子多个叠片直接堆叠至所述第一子多个叠片；其中：
所述第一子多个叠片或所述第二子多个叠片包括至少四个叠片；并且
所述第一平均长度与所述第二平均长度不同。
2.根据权利要求1所述的变压器芯，其中，所述第一子多个叠片包括至少四个叠片，并且所述阶梯搭接叠片序列还包括：
第三子多个叠片，其各自具有第三平均长度，并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠，所述第三子多个叠片直接堆叠至所述第二子多个叠片；
第四子多个叠片，其各自具有第四平均长度，并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠，所述第四子多个叠片直接堆叠至所述第三子多个叠片；以及
第五子多个叠片，其各自具有第五平均长度，并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠，所述第五子多个叠片直接堆叠至所述第四子多个叠片；其中：
所述第一平均长度比所述第二平均长度长，所述第二平均长度比所述第三平均长度长，所述第三平均长度比所述第四平均长度长，并且所述第四平均长度比所述第五平均长度长；或者
所述第一平均长度比所述第二平均长度短，所述第二平均长度比所述第三平均长度短，所述第三平均长度比所述第四平均长度短，并且所述第四平均长度比所述第五平均长度短。
3.根据权利要求1所述的变压器芯，其中，所述第五子多个叠片包括至少四个叠片。
4.根据权利要求1所述的变压器芯，其中，所述多个叠片中的每个叠片具有斜对地切割的纵向端。
5.根据权利要求1所述的变压器芯，其中，所述多个叠片包括所述变压器芯的竖直支柱。
6.根据权利要求5所述的变压器芯，其中，所述多个叠片中的每个叠片具有V形纵向端。
7.根据权利要求1所述的变压器芯，其中，所述多个叠片包括所述变压器芯的水平轭。
8.根据权利要求7所述的变压器芯，其中，所述多个叠片中的每个叠片包括V形槽口。
9.根据权利要求1所述的变压器芯，其中，所述多个叠片中的每个叠片包括电工钢。
10.根据权利要求1所述的变压器芯，其中，所述第一平均长度比所述第二平均长度长或短3mm至7mm。
11.根据权利要求1所述的变压器芯，其中，所述多个叠片中的每个叠片具有相同的横向宽度，并且所述多个叠片横向对齐。
12.一种变压器，包括：
变压器芯，包括多个支柱、下轭和上轭，每个支柱经由阶梯搭接接头互连至所述下轭和所述上轭；以及
多个线圈，每个线圈围绕相应的支柱；其中：
每个支柱、所述下轭和所述上轭包括相应的堆叠在一起的多个叠片，所述堆叠在一起的多个叠片具有阶梯搭接叠片序列，所述阶梯搭接叠片序列包括：
第一子多个叠片，其各自具有第一平均长度，并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠；以及
第二子多个叠片，其各自具有第二平均长度，并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠，所述第二子多个叠片直接堆叠至所述第一子多个叠片；其中：
所述第一子多个叠片或所述第二子多个叠片包括至少四个叠片；并且
所述第一平均长度与所述第二平均长度不同。
13.根据权利要求12所述的变压器，其中，所述第一子多个叠片包括至少四个叠片，并且所述阶梯搭接叠片序列还包括：
第三子多个叠片，其各自具有第三平均长度，并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠，所述第三子多个叠片直接堆叠至所述第二子多个叠片；
第四子多个叠片，其各自具有第四平均长度，并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠，所述第四子多个叠片直接堆叠至所述第三子多个叠片；以及
第五子多个叠片，其各自具有第五平均长度，并且彼此纵向对齐且彼此直接堆叠，所述第五子多个叠片直接堆叠至所述第四子多个叠片；其中：
所述第一平均长度比所述第二平均长度长，所述第二平均长度比所述第三平均长度长，所述第三平均长度比所述第四平均长度长，并且所述第四平均长度比所述第五平均长度长；或者
所述第一平均长度比所述第二平均长度短，所述第二平均长度比所述第三平均长度短，所述第三平均长度比所述第四平均长度短，并且所述第四平均长度比所述第五平均长度短。
14.根据权利要求12所述的变压器，其中，所述多个支柱包括三个支柱，并且所述多个线圈包括三个线圈。
15.根据权利要求12所述的变压器，其中：
第一支柱的多个叠片中的每个叠片具有斜对地切割的纵向端；
第二支柱的多个叠片中的每个叠片具有V形纵向端；并且
所述上轭的多个叠片中的每个叠片包括V形槽口。
16.一种组装变压器芯的方法，包括：
接收多个叠片；
将第一子多个叠片彼此直接堆叠，所述第一子多个叠片彼此纵向对齐并且各自具有第一平均长度；
将第二子多个叠片彼此直接堆叠，所述第二子多个叠片彼此纵向对齐并且各自具有第二平均长度；以及
将所述第二子多个叠片直接堆叠至所述第一子多个叠片；其中：
所述第一子多个叠片或所述第二子多个叠片包括至少四个叠片；并且
所述第一平均长度与所述第二平均长度不同。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一子多个叠片包括至少四个叠片，所述方法还包括：
将第三子多个叠片彼此直接堆叠，所述第三子多个叠片彼此纵向对齐并且各自具有第三平均长度；
将所述第三子多个叠片直接堆叠至所述第二子多个叠片；
将第四子多个叠片彼此直接堆叠，所述第四子多个叠片彼此纵向对齐并且各自具有第四平均长度；
将所述第四子多个叠片直接堆叠至所述第三子多个叠片；
将第五子多个叠片彼此直接堆叠，所述第五子多个叠片彼此纵向对齐并且各自具有第五平均长度；以及
将所述第五子多个叠片直接堆叠至所述第四子多个叠片；其中：
所述第一平均长度比所述第二平均长度长，所述第二平均长度比所述第三平均长度长，所述第三平均长度比所述第四平均长度长，并且所述第四平均长度比所述第五平均长度长；或者
所述第一平均长度比所述第二平均长度短，所述第二平均长度比所述第三平均长度短，所述第三平均长度比所述第四平均长度短，并且所述第四平均长度比所述第五平均长度短。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
在堆叠之前，斜对地切割所述多个叠片中的每个叠片的纵向端；以及
利用堆叠的所述第一子多个叠片和所述第二子多个叠片形成所述变压器芯的支柱。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括：
在堆叠之前，在所述多个叠片的每个叠片的纵向端处切割V形；以及
利用堆叠的所述第一子多个叠片和所述第二子多个叠片形成所述变压器芯的中心支柱。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：
在堆叠之前，在所述多个叠片的每个叠片中切割V形槽口；以及
利用堆叠的所述第一子多个叠片和所述第二子多个叠片形成所述变压器芯的轭。
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