CN114121441A - 单相变压器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种单相变压器，包括：包含一个主柱和至少两个旁柱的铁芯；绕制于主柱的第一绕组和第二绕组；绕制于任一旁柱的激磁绕组和调压绕组；以及分接开关。第一绕组为一次侧绕组，第二绕组为二次侧绕组，且第一绕组为低压绕组/高压绕组，第二绕组为高压绕组/低压绕组；激磁绕组与第一绕组并联；分接开关连接第二绕组与调压绕组。上述单相变压器，采用一次侧带旁柱激磁、二次侧带调压的结构，对输出电压进行调节，不仅结构简单、体积小、可靠性好，制造成本低，且将第一绕组和第二绕组绕制于主柱，激磁绕组和调压绕组绕制于任一旁柱，可以一定程度上避免绕线匝数的限制，增大变压器输出电压的可调范围，有利于扩展单相变压器的应用场景。

Description

单相变压器

技术领域

本申请涉及电力技术领域，特别是涉及一种单相变压器。

背景技术

随着当前工业和经济日益发达，传统的变压器无法匹配当前工业用电的需求，具备损耗小、重量轻、尺寸小、成本低等诸多优点的单相变压器应运而生，在超高压大容量电网中得到了广泛应用。

传统的单相变压器，采用单柱式绕线方式，将所有的绕组均绕制于中心主柱上，并且基于恒磁通调压原理进行输出调压。因此，传统的单相变压器，受制于同一铁芯柱上绕线匝数的限制，具有输出电压可调范围小的缺点。

发明内容

基于此，有必要提供一种输出电压可调范围大的单相变压器。

一种单相变压器，包括：

包含一个主柱和至少两个旁柱的铁芯；

绕制于所述主柱的第一绕组和第二绕组；

绕制于任一旁柱的激磁绕组和调压绕组；

以及分接开关；

所述第一绕组为一次侧绕组，所述第二绕组为二次侧绕组，且所述第一绕组为低压绕组/高压绕组，所述第二绕组为高压绕组/低压绕组；所述激磁绕组与所述第一绕组并联；所述分接开关连接所述第二绕组与所述调压绕组。

在其中一个实施例中，所述铁芯为单相三柱式铁芯结构，包括一个主柱、两个旁柱，以及上铁轭和下铁轭；所述两个旁柱分别设置于所述主柱的两侧；所述第一绕组和所述第二绕组绕制于所述主柱；所述激磁绕组和所述调压绕组绕制于任一旁柱。

在其中一个实施例中，所述低压绕组靠近所述主柱；所述高压绕组套于所述低压绕组，沿所述低压绕组的外围绕制。

在其中一个实施例中，所述激磁绕组靠近所述旁柱；所述调压绕组套于所述激磁绕组，沿所述激磁绕组的外围绕制。

在其中一个实施例中，所述低压绕组为双层螺旋式绕组结构。

在其中一个实施例中，所述高压绕组为纠结式绕组结构。

在其中一个实施例中，所述激磁绕组和所述调压绕组均采用自粘性换位导线。

在其中一个实施例中，所述高压绕组的绕线间隙布置有导油隔板。

在其中一个实施例中，所述分接开关为线性调压分接开关。

在其中一个实施例中，所述单相变压器为升压变压器；所述第一绕组为低压绕组，所述第二绕组为高压绕组。

上述单相变压器，采用一次侧带旁柱激磁、二次侧带调压的结构，对输出电压进行调节，不仅结构简单、体积小、可靠性好，制造成本低，且将第一绕组和第二绕组绕制于主柱，激磁绕组和调压绕组绕制于任一旁柱，可以一定程度上避免绕线匝数的限制，增大变压器输出电压的可调范围，有利于扩展单相变压器的应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例中单相变压器的结构示意图；

图2为一实施例中单相变压器的绕组接线示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一绕组称为第二绕组，且类似地，可将第二绕组称为第一绕组。第一绕组和第二绕组两者都是绕组，但其不是同一绕组。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种单相变压器，包括：包含一个主柱和至少两个旁柱的铁芯100；绕制于主柱的第一绕组200和第二绕组300；绕制于任一旁柱的激磁绕组400和调压绕组500；以及分接开关(图未示)；第一绕组200为一次侧绕组；第二绕组300为二次侧绕组。且第一绕组200为低压绕组/高压绕组，第二绕组300为高压绕组/低压绕组。激磁绕组400与第一绕组200并联；分接开关连接第二绕组300与调压绕组500。

其中，铁芯100的类型并不唯一，例如可以是三柱式结构或五柱式结构。第一绕组200为低压绕组/高压绕组，第二绕组300为高压绕组/低压绕组，是指：第一绕组200为低压绕组，第二绕组300为高压绕组；或者第一绕组200为高压绕组，第二绕组300为低压绕组。进一步的，可以采用从内到外按电压高低顺序排列的设计原则，将低压绕组相较于高压绕组更靠近主柱，即：第一绕组200为低压绕组时，第一绕组200位于内侧；第一绕组200为高压绕组时，第一绕组200位于外侧。

此外，激磁绕组400又称励磁绕组，是可以产生磁场的线圈绕组。各绕组的绕线方式并不唯一，例如可以采用内屏连续式结构、纠结连续式结构或全连续式结构。进一步的，分接开关的类型并不唯一，例如可以是有载分接开关或无载分接开关。该有载分接开关又可以是正反调压有载分接开关、线性调压有载分接开关或粗细调压有载分接开关。分接开关包括至少两个档位，可以改变调压绕组500的接入匝数。可以理解，当调压绕组500不接入时，分接开关的一端连接第二绕组300的末端，另一端直接作为接线端引出。在一个实施例中，分接开关为线性调压分接开关，可以减少线圈匝数，一方面，有利于降低单相变压器的材料成本；另一方面，分接开关额定分接时串入调压绕组，最负分接时不带调压，可以降低最负分接时的负载损耗，可以减小冷却功率，使产品更加环保。

具体的，第一绕组200为单相变压器的一次侧，第二绕组300为变压器的二次侧。变压器开始工作时，第一绕组200中通入电流，与此同时，与第一绕组200并联的激磁绕组400也获得了启动电压，产生感应磁场。一方面，与第一绕组200绕制于同一芯柱的第二绕组300产生第一感应电压；另一方面，与激磁绕组400绕制于同一芯柱的调压绕组500，获得第二感应电压。第一感应电压和第二感应电压叠加，即为最终第二绕组300的输出电压。通过调节调压绕组500接入的有效匝数，可以实现输出电压的调节。

以分接开关为正反调压分接开关为例。若变压器为升压变压器，可以通过正向调压进一步增大第二绕组300的输出电压。在其他条件不变的前提下，通过对调压绕组400的接入匝数进行调节，可实现输出电压的大幅增加甚至翻倍(调压绕组400的第二感应电压等于第二绕组300的第一感应电压)。基于此原理，可以将500kV变压器升级为1000kV变压器。若变压器为降压变压器，则可通过反向调压进一步减小第二绕组300的输出电压。

上述单相变压器，一方面，采用包含一个主柱和至少两个旁柱的铁芯，并将第一绕组200和第二绕组300，以及激磁绕组400和调压绕组500，分别绕制于主柱和任一旁柱上，相当于减少了同一铁芯柱上的引线出线根数和线圈匝数，不仅有利于提升单相变压器的散热性能，还可以一定程度上避免绕线匝数的限制，增大变压器输出电压的可调范围，有利于扩展单相变压器的应用场景；另一方面，采用一次侧带旁柱激磁、二次侧带调压的结构，对输出电压进行调节，结构简单、体积小、可靠性好，制造成本低。

在一个实施例中，单相变压器为升压变压器。第一绕组200为低压绕组，第二绕组300为高压绕组。

其中，单相变压器为升压变压器，是指低压绕组用于连接供电侧，高压绕组用于连接负载，即电网侧。如图2所示，激磁绕组400与第一绕组200并联，激磁绕组400的首端ja和末端jx，分别连接第一绕组200的首端a和末端x。第一绕组200的首端a和末端x还连接发电机。第二绕组300的引出端A连接电网。调压绕组500的首端连接第二绕组300，调压绕组500的不同接线端分别连接分接开关K的各可选调压分接头(即图2中的分接头“1”-“5”)，分接开关K的引出端X连接电网。具体的，通过改变分接开关K的接线方式，可以改变调压绕组500的投入匝数。当分接开关K的分接头1连接调压绕组500时，调压绕组500完全不接入电路；当分接开关K的分接头5连接调压绕组500时，调压绕组500完全接入电路。

上述实施例中，调压绕组500为高压调压线圈，根据变压器原理，高压侧电流比低压侧电流小得多，在高压侧接入分接开关，分接开关工作电流小，对应体积也小，便于安装；通过低压激磁设计，激磁绕组的线圈匝数较少，有利于降低成本；通过低压激磁且高压调压的设计，可以实现升压变压器输出电压的提升，有利于减少输电过程中的升压次数，降低损耗，减少CO₂的排放，同时节约土地，对节能环保意义重大。

在一个实施例中，请继续参考图1，铁芯100为单相三柱式铁芯结构，包括一个主柱、两个旁柱，以及上铁轭和下铁轭。两个旁柱分别设置于主柱的两侧；第一绕组200和第二绕组300绕制于主柱；激磁绕组400和调压绕组500绕制于任一旁柱。

具体的，一个主柱、两个旁柱，以及上铁轭和下铁轭组成变压器的磁路及安装骨架。第一绕组200和第二绕组300绕制于主柱110上；激磁绕组400和调压绕组500绕制于任一旁柱120上，有利于提高变压器结构的紧凑性。进一步的，可以使用优质晶粒取向的冷轧硅钢片制作铁芯100，可以降低电磁损耗，提升磁感应效率，进而提升单相变压器的调压效果。

在一个实施例中，低压绕组靠近主柱110；高压绕组套于低压绕组，沿低压绕组的外围绕制。

具体的，在第一绕组200为低压绕组，第二绕组300为高压绕组的情况下，则第一绕组200靠近主柱110，第二绕组300套于第一绕组200，沿第一绕组200的外围绕制；在第一绕组200为高压绕组，第二绕组300为低压绕组的情况下，则第二绕组300靠近主柱110，第一绕组200套于第二绕组300，沿第二绕组300的外围绕制。进一步的，为提升变压器的绝缘性能，在第一绕组200和第二绕组300之间还设置有绝缘通道。

上述实施例中，将低压绕组相较于高压绕组更靠近主柱110，位于内侧，高压绕组更远离铁芯，位于外侧。如此，使得电压低、电流大的低压绕组可以靠近主柱110内侧，符合从内到外按电压高低顺序排列的设计原则，布置更合理。

在一个实施例中，激磁绕组400靠近旁柱120；调压绕组500套于激磁绕组400，沿激磁绕组400的外围绕制。进一步的，为提升变压器的绝缘性能，在激磁绕组400和调压绕组500之间还设置有绝缘通道。

上述实施例中，将具有多个接线端的调压绕组500布置于旁柱120的外侧，引线出线结构简单，有利于降低变压器的制作难度，提升散热性能和抗短路能力。

在一个实施例中，低压绕组为双层螺旋式绕组结构。可以理解，在第一绕组200为低压绕组，第二绕组300为高压绕组的情况下，则第一绕组200为双层螺旋式绕组结构；在第一绕组200为高压绕组，第二绕组300为低压绕组的情况下，则第二绕组300为双层螺旋式绕组结构。

其中，单层螺旋式绕组在绕组上端部设有首端引线，在绕底部设有尾端引线。对应的，双层螺旋式绕组结构实际上由两个单层螺旋式绕组组成，两层绕组在一端相连，在绕组的另一端设有首端引线和尾端引线。具体的，绕组的漏磁场由绕组的电流方向决定，采用双层螺旋式绕组结构，由于首端和尾端电流方向相反，可以抵消端部漏磁场，改善因低压绕组大电流产生的漏磁，引起铁芯等金属结构件局部过热的问题。

进一步的，在一个实施例中，第一绕组200为低压绕组，第一绕组200和激磁绕组400均为双层螺旋式绕组结构。具体的，激磁绕组400与第一绕组200并联，均表现为低电压高电流的特性，将激磁绕组400也设计为双层螺旋式绕组结构，基于同样的原理，也可以抵消激磁绕组400的端部漏磁场，改善因大电流产生的漏磁，引起铁芯等金属结构件局部过热的问题。

在一个实施例中，高压绕组为纠结式绕组结构。

其中，纠结式绕组的线匝不以自然数序排列，而是在相邻数序线匝之间插入不相邻数序的线匝。这样原连续式线圈段间线匝需借助于纠结换位(纠位)，进行交错纠连形成纠结线段，从而组成纠结式绕组结构。进一步的，该纠结式绕组结构，可以是普通纠结式绕组结构，也可以是插花纠结式绕组结构。在一个实施例中，高压绕组为纠结连续式绕组结构。纠结让纠结式绕组与连续式绕组相连，就形成了纠结连续式绕组结构。

具体的，高压绕组中部出线，采用纠结式分区补偿结构，可以提高纵向电容，能改善高压绕组内部的冲击电压分布，减小冲击电压电位和梯度，提升绕组的抗短路性能，有利于增大高压绕组的绝缘安全裕度。

在一个实施例中，调压绕组500为螺旋式绕组结构，绕线简单，制作成本低。

在一个实施例中，激磁绕组400和调压绕组500均采用自粘性换位导线。

其中，换位导线是以一定根数的漆包铜扁线组合成宽面相互接触的两列，并按要求在两列漆包线的上面和下面沿窄面作同一转向的换位，再用电工绝缘纸、绳或带作多层连续紧密包绕组成的导线。自粘性换位导线，是指换位导线的漆包扁线之间设有自粘漆，加热后漆包扁线之间可以相互粘合，形成一个整体。该自粘性换位导线，可以是纸绝缘自粘换位导线或热收缩网包自粘换位导线。进一步的，在一个实施例中，调压绕组500中还设置有大油道，有利于提升绕组的散热性能。

上述实施例中，采用自粘性换位导线制作激磁绕组400和调压绕组500，一方面，由于多股分割的导体加上换位，可以大大降低了绕组的涡流损耗和环流损耗，同时降低绕组热点的温升，使整个绕组温度分布更均匀。与相同根数的其他绕组线相比，换位导线具有更高的填充率和更少的外层绝缘占有率，可以缩小变压器的体积。另一方面，由于换位导线的加热自粘性，将绕组线圈粘合成一个整体，可以提高变压器绕组的抗短路能力。

在一个实施例中，高压绕组的绕线间隙布置有导油隔板。

其中，导油隔板的形状，可以是“Z”形、“S”型或“之”型。具体的，在高压绕组的绕线间隙布置有导油隔板，并放置轴向油道，可以使油流分布均匀，避免冷却油飞溅。进一步的，还可以按每个绕组损耗的大小来分配油流量，并油流速控制在预设速度以下，从而消除油流带电现象，保证绕组具有良好的冷却效果，降低绕组热点温升，避免局部过热。可以理解，该预设速度的取值并不唯一，例如可以是0.4m/s、0.5m/s或0.5m/s,具体结合绕组的散热需求确定。

为便于理解，下面结合图1和图2，对本申请中的单相变压器进行详细说明。

在一个实施例中，如图1所示，单相变压器包括单相三柱式铁芯100、绕制于铁芯主柱110上的第一绕组200和第二绕组300、绕制于铁芯任一旁柱120上的激磁绕组400和调压绕组500，以及分接开关(图未示)。第一绕组200为一次侧绕组，第二绕组300为二次侧绕组，且第一绕组200为低压绕组，第二绕组300为高压绕组。激磁绕组400与第一绕组200并联；分接开关连接第二绕组300与调压绕组500。

其中，铁芯100使用优质晶粒取向的冷轧硅钢片制作而成，可以降低电磁损耗，提升磁感应效率，进而提升单相变压器的调压效果。如图1所示，低压绕组，即第一绕组200靠近主柱110，高压绕组，即第二绕组300套于低压绕组，沿低压绕组的外围绕制，且低压绕组和高压绕组之间还设置有绝缘通道，不仅使得电压低、电流大的低压绕组靠近主柱110内侧，符合从内到外按电压高低顺序排列的设计原则，布置更合理，而且可以提升变压器的绝缘性能。激磁绕组400靠近旁柱120；调压绕组500套于激磁绕组400，沿激磁绕组400的外围绕制，将具有多个接线端的调压绕组500布置于旁柱120的外侧，引线出线结构简单，有利于降低变压器的制作难度，提升散热性能和抗短路能力。同样的，为提升变压器的绝缘性能，在激磁绕组400和调压绕组500之间还设置有绝缘通道。

进一步的，低压绕组和激磁绕组400均为双层螺旋式绕组结构，由于首端和尾端电流方向相反，可以抵消端部漏磁场，改善因大电流产生的漏磁，引起铁芯等金属结构件局部过热的问题。高压绕组为纠结连续式绕组结构，可以提高纵向电容，能改善高压绕组内部的冲击电压分布，减小冲击电压电位和梯度，提升绕组的抗短路性能，有利于增大高压绕组的绝缘安全裕度。调压绕组500为螺旋式绕组结构，绕线简单，制作成本低。激磁绕组400和调压绕组500均采用自粘性换位导线，可以大大降低了绕组的涡流损耗和环流损耗，同时降低绕组热点的温升，使整个绕组温度分布更均匀，还有利于提高变压器绕组的抗短路能力。

此外，高压绕组的绕线间隙布置有“之”型导油隔板并放置轴向油道，可以使油流分布均匀，避免冷却油飞溅。进一步的，还可以按每个绕组损耗的大小来分配油流量，并油流速控制在预设速度以下，从而消除油流带电现象，保证绕组具有良好的冷却效果，降低绕组热点温升，避免局部过热。可以理解，该预设速度的取值并不唯一，例如可以是0.4m/s、0.5m/s或0.5m/s,具体结合绕组的散热需求确定。

具体的，如图2所示，分接开关K为包含五个可选调压分接头的线性调压分接开关。如图2所示，激磁绕组400与第一绕组200并联，激磁绕组400的首端ja和末端jx，分别连接第一绕组200的首端a和末端x。第一绕组200的首端a和末端x还连接发电机。第二绕组300的引出端A连接电网。调压绕组500的首端连接第二绕组300，调压绕组500的不同接线端分别连接分接开关K的各可选调压分接头(即图2中的分接头“1”-“5”)，分接开关K的引出端X连接电网。通过改变分接开关K的接线方式，可以改变调压绕组500的投入匝数。当分接开关K的分接头1连接调压绕组500时，调压绕组500完全不接入电路；当分接开关K的分接头5连接调压绕组500时，调压绕组500完全接入电路。

上述实施例中，采用三柱式铁芯，并将第一绕组200和第二绕组300绕制于主柱110上，将激磁绕组400和调压绕组500绕制于旁柱120上，相当于减少了同一铁芯柱上的引线出线根数和线圈匝数，不仅有利于提升单相变压器的散热性能，还可以一定程度上避免绕线匝数的限制，增大变压器输出电压的可调范围，有利于扩展单相变压器的应用场景；采用一次侧带旁柱激磁、二次侧带调压的结构，对输出电压进行调节，结构简单、体积小、可靠性好，制造成本低；调压绕组500为高压调压线圈，根据变压器原理，高压侧电流比低压侧电流小得多，在高压侧接入分接开关，分接开关工作电流小，对应体积也小，便于安装；通过低压激磁设计，激磁绕组的线圈匝数较少，有利于降低成本；通过低压激磁且高压调压的设计，可以实现升压变压器输出电压的提升，有利于减少输电过程中的升压次数，降低损耗，减少CO₂的排放，同时节约土地，对节能环保意义重大。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种单相变压器，其特征在于，包括：

包含一个主柱和至少两个旁柱的铁芯；

绕制于所述主柱的第一绕组和第二绕组；

绕制于任一旁柱的激磁绕组和调压绕组；

以及分接开关；

所述第一绕组为一次侧绕组，所述第二绕组为二次侧绕组，且所述第一绕组为低压绕组/高压绕组，所述第二绕组为高压绕组/低压绕组；所述激磁绕组与所述第一绕组并联；所述分接开关连接所述第二绕组与所述调压绕组。

2.根据权利要求1所述的单相变压器，其特征在于，所述铁芯为单相三柱式铁芯结构，包括一个主柱、两个旁柱，以及上铁轭和下铁轭；所述两个旁柱分别设置于所述主柱的两侧；所述第一绕组和所述第二绕组绕制于所述主柱；所述激磁绕组和所述调压绕组绕制于任一旁柱。

3.根据权利要求2所述的单相变压器，其特征在于，所述低压绕组靠近所述主柱；所述高压绕组套于所述低压绕组，沿所述低压绕组的外围绕制。

4.根据权利要求2所述的单相变压器，其特征在于，所述激磁绕组靠近所述旁柱；所述调压绕组套于所述激磁绕组，沿所述激磁绕组的外围绕制。

5.根据权利要求1所述的单相变压器，其特征在于，所述低压绕组为双层螺旋式绕组结构。

6.根据权利要求1所述的单相变压器，其特征在于，所述高压绕组为纠结式绕组结构。

7.根据权利要求1所述的单相变压器，其特征在于，所述激磁绕组和所述调压绕组均采用自粘性换位导线。

8.根据权利要求1所述的单相变压器，其特征在于，所述高压绕组的绕线间隙布置有导油隔板。

9.根据权利要求1所述的单相变压器，其特征在于，所述分接开关为线性调压分接开关。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的单相变压器，其特征在于，所述单相变压器为升压变压器；所述第一绕组为低压绕组，所述第二绕组为高压绕组。

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