CN114175193A - 用于制造电磁感应装置的电绕组的方法和导体结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造电磁感应装置的电绕组的方法，包括以下步骤：‑提供导体结构(1)，包括沿主延伸方向(L)纵向延伸的导体元件(2)和沿着所述主延伸方向(L)围绕所述导体元件的由电绝缘材料制成的一条或多条间隔带(3)，每条间隔带在导体元件的相应侧面(2A，2B)处具有间隔部分(3A，3B)，所述间隔部分(3A，3B)沿着所述导体元件的侧面(2A，2B)彼此间隔开；‑通过所述导体结构形成电绕组(100)，所述电绕组沿绕组方向(DW)轴向延伸并具有围绕所述绕组方向布置的多个匝(101)。所述电绕组(100)的每个匝(101)由所述导体元件(2)的相应纵向部分(2E，2F)形成。每条间隔带(3)的间隔部分(3A，3B)在所述匝(101)的相反侧(101A，101B)处插入在所述电绕组(100)的相邻匝之间。间隔部分(3A，3B)各自彼此间隔地放置，以限定用于形成电绕组(100)的径向通道(104)的空的空间(3C)，其中径向通道(104)被配置用于电绝缘介质的通路。

Description

用于制造电磁感应装置的电绕组的方法和导体结构
技术领域
本发明涉及用于电力传输和配电网的电磁感应装置(例如电力变压器)的领域。
更具体地，本发明涉及一种用于制造电磁感应装置的电绕组的方法和导体结构。
背景技术
电磁感应装置的电绕组可根据各种方法在工业层面进行制造。
一种广泛使用的方法包括围绕绕组方向缠绕导体，使得电绕组具有围绕所述绕组方向布置的多个相邻匝。
众所周知，通常，用于电磁感应装置的电绕组具有轴向和径向通道，以确保电绝缘介质(例如绝缘流体或固体浇注树脂)在匝之间的通路。
传统上，电绕组的轴向通道是通过布置平行于绕组方向定向的绝缘块获得的，而在电绕组的相邻匝之间插入且相对于绕组方向径向定向的电绝缘间隔件被布置为限定径向通道。
根据现有技术的大多数传统解决方案，在缠绕过程中，上述绝缘间隔件被手动插入在每对相邻匝之间。根据较新的制造方法，绝缘间隔件沿导体的适当侧面固定，以形成电绕组的匝。然后，如此获得的导体结构被围绕绕组方向缠绕。这样，绝缘间隔件在所述电绕组的每对相邻匝之间就位。用于电磁感应装置的最先进的电绕组通常以相当令人满意的方式执行其功能。然而，仍有一些关键方面需要处理。
WO 2019/219226 A1涉及一种连续换位电缆，包括固定在连续换位电缆的第一端上的电绝缘块，其中，这些块在这些面上划定了沿电缆的纵向与块交替的空的空间。在Stefan Beckmiiller的评论“TRANSFORM Partner WIRES AND TRANSPOSED CABLES INTRANSFORMERS”中介绍了对连续换位电缆进行绝缘的不同方法。DE 26 57 607A1涉及对电线圈的导体进行绝缘和间隔的过程，其中在导体上缠绕绝缘带和间隔带或此类带的组合。绝缘绕组重叠，而间隔绕组受影响，留下沿导体的轴向延伸的间隙。
在运行中，电绕组经常出现变形匝，尤其是在存在径向通道的区域。基本上，这种现象是由于在运行中，电绕组沿基本上平行于其绕组方向的方向受到巨大的压缩力。
上述技术问题可能会导致整个绕组结构出现危险的不平衡状态，这可能导致其在某些操作条件(例如，当短路电流沿电绕组流动且电绕组承受巨大的机械应力时)下崩溃。
发明内容
本发明的主要目标在于，提供一种用于制造电磁感应装置的电绕组的方法和导体结构，其允许克服或减轻上述关键方面。
在这个目标内，本发明的另一目的在于，提供一种用于制造电绕组的方法和导体结构，其允许获得具有高结构平衡性和高机械应力抗性的电绕组。
本发明的另一个目的在于，提供一种用于制造电绕组的方法和导体结构，其在工业层面上相对容易且便宜。
根据本发明，通过根据权利要求1和相关从属权利要求的用于制造电磁感应装置的电绕组的方法，实现了这个目标和这些目的、以及从后续描述和附图中将更为明显的其他目的。
在一般定义中，根据本发明的方法包括以下步骤：
-提供导体结构，所述导体结构包括沿主延伸方向纵向延伸的导体元件和沿所述主延伸方向围绕所述导体元件的由电绝缘材料制成的一条或多条间隔带。每条间隔带在所述导体元件的相应的相反侧面上具有间隔部分。所述间隔部分沿所述导体元件的侧面彼此间隔开；
-通过所述导体结构形成电绕组。所述电绕组沿绕组方向轴向延伸，并且其具有围绕所述绕组方向布置的多个匝。
根据一个实施例，间隔带应理解为间隔带将绕组的匝间隔开，而不仅仅是绝缘带或分离带，其可以非常薄地实施。因此，间隔带沿导体元件的径向的厚度可以在0.5mm到10mm之间。厚度为0.5mm或更大可避免冷却液(作为绝缘液)流动受阻。厚度小于等于10mm可避免绕组的稳定性问题。因此，根据实施例，厚度在0.5mm到10mm之间能够实现冷却剂的可靠流动和绕组的可靠稳定性。通过定义径向通道用于电绝缘介质，可以完全省略隔离带。因此，绕组的制造更省力、更快。此外，由于绝缘介质与导体直接接触，绕组的冷却效率更高。根据实施例，径向通道用于电绝缘介质。因此，例如，可以完全省略附加的隔离带。因此，绕组的制造更省力、更快。此外，由于绝缘介质与导体直接接触，绕组的冷却效率更高。根据本发明，所述电绕组的每个匝由所述导体元件的相应纵向部分形成。
根据本发明，每条间隔带的间隔部分在所述匝的相反侧插入在所述电绕组的相邻匝之间。
根据本发明的一些实施例，所述导体结构包括围绕所述导体元件缠绕的单条间隔带。
根据本发明的其他实施例，所述导体结构包括多条间隔带。
根据本发明的一些实施例，所述导体结构的一条或多条间隔带沿着所述导体元件的整个长度围绕所述导体元件缠绕。
根据本发明的其他实施例，在导体结构包括围绕所述导体元件缠绕的多条间隔带的情况下，每条间隔带围绕所述导体元件的相应纵向部分缠绕。所述纵向部分用于形成所述电绕组的匝。
优选地，每条间隔带的间隔部分沿着横向于所述导体元件的主延伸方向的第一和第二固定方向定向。
优选地，所述导体结构的一条或多条间隔带通过胶合或通过围绕所述导体元件缠绕的电绝缘外壳元件固定到所述导体元件。
优选地，所述导体元件是连续换位导体。
另一方面，本发明涉及一种根据以下权利要求10的用于制造电磁感应装置的电绕组的导体结构。根据本发明的导体结构包括沿主延伸方向纵向延伸的导体元件和沿所述主延伸方向围绕所述导体元件的由电绝缘材料制成的一条或多条间隔带。
每条间隔带在所述导体元件的相应侧面处具有间隔部分，所述间隔部分沿着所述导体元件的侧面彼此间隔开。
根据本发明，导体结构用于形成电绕组，其沿绕组方向轴向延伸，并且其具有围绕所述绕组方向布置的多个匝。
所述电绕组的每个匝由所述导体元件的相应纵向部分形成。
每条间隔带的间隔部分在所述匝的相反侧处插入在所述电绕组的相邻匝之间。
又一方面，本发明涉及一种根据以下权利要求11的用于电磁感应装置的电绕组。
又一方面，本发明涉及一种根据以下权利要求12的用于电力传输和配电网的电磁感应装置。
优选地，所述电磁感应装置是用于电力传输和配电网的电力变压器。
附图说明
参考下面给出的描述和附图，本发明的其他特征和优点将更加明显，附图仅用于解释和非限制目的，在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的在制造方法和导体结构中使用的导体元件；
图2示意性地示出了根据本发明的通过制造方法获得的用于电磁感应装置的电绕组；
图2A和图2B示意性地示出了根据本发明方法的实施例制造的图2的电绕组的匝部分的相对视图；
图3至图4示意性地示出了根据本发明的各种实施例的导体结构的部分。
具体实施方式
参考上述附图，本发明涉及用于制造用于电力传输和配电网的电磁感应装置(未示出)的电绕组100的方法。
这种电磁感应装置可以是用于电力传输和配电网的电力变压器，例如电力变压器或配电变压器。
根据本发明的制造方法包括提供用于形成电绕组100的导体结构1的步骤(图3、图4)。
导体结构1包括沿主延伸方向L纵向延伸的导体元件2(图1)。
优选地，导体元件2被成形为包括由导电材料制成的长的平行六面体的形状。
优选地，导体元件2具有相对的第一和第二侧面2A、2B以及相对的第三和第四侧面2C、2D的合适截面(例如，矩形或方形截面)。
根据本发明的一些实施例，导体元件2是连续换位导体。
在这种情况下，可根据图1所示的结构制造导体元件2。
根据本发明的这个实施例，导体元件2包括两个或多个导体叠层21、22，它们沿着所述导体元件的延伸方向L并排放置。
堆叠导体20具有在上述堆叠21、22之间交错的部分。以这种方式，堆叠导体20的部分沿导体元件2的整个纵向延伸交错地占据每个可能的横截面位置。
堆叠导体20可至少部分地被电绝缘材料覆盖。
导体元件2可包括沿所述导体的延伸方向L布置在导体叠层21、22之间的绝缘分离件23。
导体元件2可包括围绕堆叠导体20缠绕的绝缘带或网(未显示)，以在缠绕操作期间将堆叠导体20保持在适当位置。
然而，根据本发明的其它实施例，导体元件2可具有不同的构造(其可为已知类型)。
例如，它可以包括单个导体、并排布置的多个导体、或一束绞合导体。
作为其他的示例，导体元件2可由一个或多个导电棒或一个或多个导电箔或盘形成。
根据本发明的一些实施例(未示出)，导体结构1包括一层或多层电绝缘材料，其以如下方式布置：在外部覆盖所述导体元件的导体。
这种电绝缘材料可以根据已知类型的解决方案布置。例如，它可以在包括以下各项的一组材料中选择：纸、聚酯材料、芳纶或稳定聚乙烯材料、玻璃纤维材料等。
导体结构1包括沿着导体元件2的主延伸方向L围绕导体元件2的由电绝缘材料制成的一条或多条间隔带3。
每个间隔带3可直接固定在导体元件2的导体上、或固定在所述导体元件的绝缘层上、或固定在所述导体元件周围的附加绝缘带或网上。
优选地，在包括以下各项的一组材料中选择每条间隔带3的电绝缘材料：压制纸板、塑料材料、玻璃纤维材料、尼龙基材料。
每条间隔带3在导体元件2的相应侧面2A、2B处具有多个间隔部分3A、3B。
优选地，每条间隔带3的间隔部分3A、3B具有长的形状，并且它们相对于所述导体元件的主延伸方向L横向地布置在导体元件2的侧面2A、2B上。
间隔部分3A、3B彼此间隔布置，以沿导体元件2的一个或多个侧面2A、2B限定适当的空的区域3C。根据一个实施例，厚度在0.5mm到10mm之间的间隔带3非常适合形成空的区域3C，该空的区域适合形成用于冷却剂(特别是用于电绝缘介质)的径向通道104。
根据本发明的一些实施例，每条间隔带3通过粘合固定到导体元件2。
可以通过已知的方式(例如通过喷涂、刷洗、除尘，通过浸没，或通过可利用UV辐射或热激活施加预浸料膜)，将胶施加到每条间隔带3和/或导体元件2的相应固定表面2A、2B。
可使用被设计成耐高温(例如高达250℃)的特定胶。当电磁感应装置的绝缘介质由环氧树脂或类似材料制成时，该解决方案尤其有利。
上述解决方案非常有利。粘合围绕导体元件2缠绕的一条或多条间隔带3允许防止或减少间隔部分3A、3B的可能不期望的错位。间隔部分3A、3B的这种错位可由于在电磁感应装置的操作期间或在制造期间施加在绕组匝上的切向力而发生(该现象也称为电绕组的“螺旋”)。
根据本发明的其他实施例，每条间隔带3通过(例如，由围绕导体元件2和一条或多条间隔带3形成的组件缠绕的电绝缘带或网形成的)附加的电绝缘外壳(例如，由玻璃纤维材料或聚酯制成)固定到导体元件2。
同样，在这种情况下，间隔带3可直接固定在电导体元件2的导体20上，或固定在所述导体的绝缘层上，或固定在所述导体周围的绝缘带或网上。
根据本发明的方法，一旦获得导体结构1，就通过上述导体结构1执行形成电绕组100的步骤。
电绕组100沿绕组方向DW轴向延伸(图2)。
优选地，例如，当导体结构可通过合适的弯曲装置弯曲时，形成电绕组100的步骤包括围绕绕组方向DW缠绕导体结构1。
根据替代实施例，例如，当导体结构不能弯曲时，形成电绕组100的步骤可包括机械连接导体结构1的分离部分以形成电绕组100的步骤。
电绕组100具有围绕绕组方向DW布置的多个相邻匝101(图2)。
每个匝101由导体元件2的包括在绕组结构1中的相应纵向部分形成。
在电绕组100中，导体元件2的第一和第二侧面2A、2B垂直于绕组方向DW放置，并形成每个匝101的第一和第二侧101A、101B，其相对于所述绕组方向径向延伸，而导体元件2的第三和第四侧面2C、2D平行于绕组方向DW放置，并形成每个匝101的第三和第四侧101C、101D，其平行于所述绕组方向且同轴地延伸(图2A、2B)。
在电绕组1中，每条间隔带3的间隔部分3A、3B在这些间隔带的第一和第二侧101A、101B插入在相邻匝101之间。这样，间隔部分3A、3B沿着垂直于所述绕组方向DW的径向平面延伸(图2)。
由间隔部分3A、3B限定的空的区域3C形成电绕组100的径向通道104，其确保了电绝缘介质(例如绝缘流体或固体浇注树脂)在相邻匝101之间的通路。根据一个实施例，间隔带3的厚度在0.5mm到10mm之间是形成空的空间3C的装配尺寸，该空的空间3C适合形成径向通道104，该径向通道104可用于冷却液流过。
本发明的一个重要方面在于，在电绕组100中，电绕组的匝101的一侧101A、101B处的每个间隔部分3A、3B与所述匝的相反侧101B、101A处的至少两个间隔部分3B、3A部分重叠(图2、2A、2B、3、4)。
换句话说，在电绕组100中，匝101的一侧101A、101B的每个间隔部分3A、3B具有至少两个重叠部分30A、30B，每个重叠部分与所述匝的相反侧101B、101A的间隔部分3B、3A的相应重叠部分30B、30A重叠(图3)。
图2A、2B示出了根据本发明方法的实施例制造的电绕组100的匝101的部分的相对视图(即，与相反侧101A、101B相关)。
匝101由导体元件2形成，导体元件2可如上所述制造。
在匝101的第一和第二侧101A、101B处(由导体元件2的第一和第二侧面2A、2B形成，如上所述)，每条间隔带3的第一间隔部分3A和第二间隔部分3B各自彼此间隔放置，以限定用于形成电绕组100的径向通道104的中间空的空间3C。根据一个实施例，间隔带的厚度在0.5mm到10mm之间，为径向通道104提供了高度，这确保了冷却剂通过绕组1的最佳流量。
方便地，每条间隔带3的第一和第二间隔部分3A、3B分别根据第一和第二固定方向F1、F2定向，该第一和第二方向横向于导体元件2(图3)的主延伸方向L(纵轴)。
可以注意到，在本发明的所有上述实施例中，匝101的第一侧101A处的每个间隔部分3A与匝101的第二侧101B处的两个间隔部分3B重叠。
具体地，每个间隔部分3A具有两个重叠区域30A，该两个重叠区域30A沿着平行于绕组方向DW的适当重叠方向与两个间隔部分3B的对应重叠区域30B重叠。
类似地，匝101的第二侧101B处的每个间隔部分3B与匝101的第一侧101A处的两个间隔部分3A重叠。
具体地，每个间隔部分3B具有两个重叠区域30B，该两个重叠区域30B沿着平行于绕组方向DW的适当重叠方向与两个间隔部分3A的对应重叠区域30A重叠。
可以看出，所要求保护的发明提供的解决方案极大地提高了电绕组100对压缩力的整体抗力，因为它确保了最佳的结构平衡。
因此，可以防止或显著减轻在电磁感应装置的操作期间电绕组100的匝的变形现象的开始。
从图3和图4的示例可以理解，通过在导体结构1中适当地布置一条或多条间隔带3来实现上述结果。
根据本发明的一些实施例，导体结构1包括围绕导体元件2缠绕的单条间隔带3。
在这种情况下，如图3所示，间隔带3沿着导体元件2的整个长度方便地围绕导体元件2缠绕。
根据该解决方案，布置在电绕组100的相邻匝101之间的间隔带3的间隔部分3A、3B可以重叠并彼此接触。这进一步提高了电绕组100的整体结构坚固性，即使其可能导致每对相邻匝101之间的间距增大。
根据本发明的一些实施例，导体结构1包括多条间隔带3。
优选地，每条间隔带3围绕导体元件2的相应纵向部分缠绕，其用于形成电绕组100的匝101。
间隔带3可以沿着导体元件2的整个长度围绕导体元件2缠绕，类似于图3所示的解决方案。
然而，根据本发明的其他实施例(图4)，上述多条间隔带3可沿着主延伸方向L在导体元件2的选定纵向部分2E围绕导体元件2缠绕，该选定纵向部分2E与不存在间隔带的纵向部分2F交替。方便地，每个纵向部分2E、2F的长度(沿主延伸方向L测量)等于电绕组100的匝101的长度。
该解决方案允许减小电绕组100的每对相邻匝101之间的间距。
根据本发明的方法和导体结构提供了相关的优点。根据本发明的方法和导体结构允许获得具有高结构平衡和高抗机械应力，特别是抗压缩应力的电绕组。
这允许防止或减少运行中电绕组的匝的变形，从而显著提高运行中电磁感应装置的可靠性(即使在存在故障事件或短路事件的情况下)。
根据本发明的方法和导体结构相对于现有技术的已知解决方案而言，在工业水平上以具有竞争力的成本相对容易实施。

Claims (14)

1.一种用于制造电磁感应装置的电绕组(100)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-提供导体结构(1)，所述导体结构包括沿主延伸方向(L)纵向延伸的导体元件(2)和沿所述主延伸方向(L)围绕所述导体元件的由电绝缘材料制成的一条或多条间隔带(3)，每条间隔带在所述导体元件的相应的侧面(2A，2B)处具有间隔部分(3A，3B)，所述间隔部分(3A，3B)沿所述导体元件的侧面(2A，2B)彼此间隔开；
-通过所述导体结构形成电绕组(100)，所述电绕组沿绕组方向(DW)轴向延伸并具有围绕所述绕组方向布置的多个匝(101)；
其中，所述电绕组(100)的每个匝(101)由所述导体元件(2)的相应的纵向部分(2E，2F)形成，
其中，每条间隔带(3)的间隔部分(3A，3B)在所述匝(101)的相反侧(101A，101B)处插入在所述电绕组(100)的相邻匝之间，并且
其中，所述间隔部分(3A；3B)各自彼此间隔地放置，以限定用于形成所述电绕组(100)的径向通道(104)的空的空间(3C)，其中，所述径向通道(104)被配置用于电绝缘介质的通路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述间隔带(3)的厚度在0.5mm到10mm之间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述导体结构(1)包括围绕所述导体元件(2)缠绕的单条间隔带(3)。
4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述导体结构(1)包括多条间隔带(3)。
5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述一条或多条间隔带(3)沿着所述导体元件的整个长度围绕所述导体元件(2)缠绕。
6.根据权利要求4所述的方法，每条间隔带(3)围绕所述导体元件(2)的相应的纵向部分缠绕，所述导体元件用于形成所述电绕组(100)的匝(101)。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于，每条间隔带(3)的间隔部分(3A，3B)沿着横向于所述导体元件的主延伸方向(L)的第一固定方向(F1)和第二固定方向(F2)定向。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述间隔部分(3A，3B)通过胶合或通过围绕所述导体元件(2)缠绕的电绝缘外壳元件固定到所述导体元件(2)。
9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述导体元件(2)是连续换位导体。
10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述电磁感应装置是用于电力传输和配电网的电力变压器。
11.一种用于制造电磁感应装置的电绕组(100)的导体结构(1)，所述导体结构包括沿主延伸方向(L)纵向延伸的导体元件(2)和沿所述主延伸方向围绕所述导体元件的由电绝缘材料制成的一条或多条间隔带(3)，每条间隔带在所述导体元件的相应的侧面(2A，2B)处具有多个间隔部分(3A，3B)，所述间隔部分(3A，3B)沿所述导体元件的侧面(2A，2B)彼此间隔开，
其中，所述导体结构用于形成电绕组(100)，所述电绕组沿绕组方向(DW)轴向延伸并具有围绕所述绕组方向布置的多个匝(101)，
其中，所述电绕组(100)的每个匝(101)由所述导体元件(2)的相应的纵向部分(2E，2F)形成，
其中，每条间隔带(3)的间隔部分(3A，3B)在所述匝(101)的相反侧(101A，101B)处插入在所述电绕组(100)的相邻匝之间，其中，所述间隔部分(3A；3B)各自彼此间隔地放置，以限定用于形成所述电绕组(100)的径向通道(104)的空的空间(3C)，其中，所述径向通道(104)被配置用于电绝缘介质的通路。
12.根据前述权利要求所述的用于制造电磁感应装置的电绕组(100)的导体结构(1)，其中，所述间隔带(3)的厚度在0.5mm到10mm之间。
13.一种用于电磁感应装置的电绕组(100)，其特征在于，所述电绕组包括根据权利要求10所述的导体结构(1)。
14.一种用于电力传输和配电网的电磁感应装置，其特征在于，所述电磁感应装置包括根据权利要求11所述的电绕组(100)。
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