CN114496460B - 一种分磁环及包含其的超导变压器 - Google Patents

一种分磁环及包含其的超导变压器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分磁环及包含其的超导变压器，属于超导电力应用技术领域，其包括多瓣首尾依次连接的分磁环体；分磁环体的轴向纵截面为上下设置的第一截面和第二截面的叠加，第一截面为矩形，第二截面为扇环形，其中，靠近扇环形的矩形长边的两端点分别与扇环形的大径圆弧两端点重合。本发明解决了现有技术中存在的缺陷，其中，分磁环的二维轴截面结构采用弧形结构，可以起到对端部线圈处径向磁场优化的作用。

Description

一种分磁环及包含其的超导变压器
技术领域
本发明属于超导电力应用技术领域，具体涉及一种分磁环及包含其的超导变压器。
背景技术
高温超导线圈是许多超导设备的关键部件，如超导电机，超导变压器，超导储能磁体。高温超导线圈交流损耗降低对这些超导设备能够产业化发展至关重要。目前降低超导线圈交流损耗最简单且有效的方法是在线圈端部添加分磁环，优化端部磁场，提高端部线圈临界电流，从而降低交流损耗。
现有技术中，最常见的超导线圈所用分磁环，其二维轴截面结构为矩形，这种结构对于超导线圈本身的交流损耗降低也能达到显著的效果，但并不能做到磁路最优，且体积也会比较大，从而也会导致分磁环本身的涡流损耗很大，总体损耗的降低效果差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种分磁环，包括：
多瓣首尾依次连接的分磁环体；
所述分磁环体的轴向纵截面为上下设置的第一截面和第二截面的叠加，所述第一截面为矩形，所述第二截面为扇环形，其中，靠近所述扇环形的矩形长边的两端点分别与所述扇环形的大径圆弧两端点重合。
进一步地，所述矩形远离所述第二截面的长边与所述扇环形的大径圆弧相切。
进一步地，所述分磁环体的第一截面和第二截面的叠加满足以下技术要求：
Figure BDA0003554407120000011
R2＝R1+T；
WFD＝2R2 cosα；
HFD＝R2-R1 sinα；
H＝HFD-T sinα；
其中，WFD为分磁环体总宽度，HFD为分磁环体总高度，α为分磁环端面和水平面的夹角；H为第一截面的高度；R1为扇环形的小径圆弧半径；R2为扇环形的大径圆弧半径；T为扇环形的环宽；LAF为扇环形的小径圆弧端点之间的距离。
进一步地，所述分磁环体为4瓣。
进一步地，所述分磁环体外侧缠绕有绝缘带，所述绝缘带的缠绕方法包括以下步骤：
S10、将所述分磁环体均分为多个包绕单元；
S20、将位于所述分磁环体的任一端端部的包绕单元设定为第一包绕单元，与所述第一包绕单元相邻的包绕单元设定为第二包绕单元，依次类推；
S30、将绝缘带沿着所述第一包绕单元缠绕一周，并回到所述第一包绕单元的扇环形的小径圆弧侧面；
S40、将绝缘带从所述第一包绕单元的扇环形的小径圆弧侧面缠绕至所述第二包绕单元的扇环形的大径圆弧侧面；
S50、将绝缘带沿着所述第二包绕单元缠绕一周，并回到所述第二包绕单元的扇环形的小径圆弧侧面；
S60、将绝缘带从所述第二包绕单元的扇环形的小径圆弧侧面缠绕至第三包绕单元的扇环形的大径圆弧侧面；依次类推，直到所有的包绕单元均缠绕完成。
进一步地，所述绝缘带为亚聚酰胺耐电晕胶带；所述绝缘带的宽度为10mm，厚度为0.038mm，且带有粘性。
一种超导变压器，包含上述任一项所述的分磁环。
有益效果：
本发明提供的一种分磁环及包含其的超导变压器，解决了现有技术中存在的缺陷，其中，分磁环的二维轴截面结构采用弧形结构，可以起到对端部线圈处径向磁场优化的作用。
同时，本发明通过对分磁环和绝缘支撑结构组成的整体包绕绝缘，起到防止电晕的作用。
附图说明
图1为分磁环的整体示意图；
图2为分磁环的俯视图；
图3为分磁环的左视图；
图4为分磁环体的结构示意图；
图5为分磁环体的正视图；
图6为分磁环体的轴向纵截面示意图；
图7为分磁环绝缘包绕示意图；
图8为超导变压器结构示意图；
图9为超导变压器的俯视图；
图10为图9中A-A剖视示意图；
图11为图10中II局部放大图；
其中，1、分磁环体；2、分磁环体的轴向纵截面；21、第一截面；22、第二截面；3、变压器铁芯；4、端板；5、低压绕组套筒；6、低压所用分磁环；7、低压绕组；8、低压绕组骨架；9、高压绕组套筒；10、高压所用分磁环；11、高压绕组；12、高压绕组骨架。
具体实施方式
实施例1
参考图1-6，一种分磁环，包括：
多瓣首尾依次连接的分磁环体1；
分磁环体的轴向纵截面2为上下设置的第一截面21和第二截面22的叠加，第一截面21为矩形，第二截面22为扇环形，其中，靠近扇环形的矩形长边的两端点分别与扇环形的大径圆弧两端点重合。
在本实施例中，优选为矩形远离第二截面22的长边与扇环形的大径圆弧相切。
在本实施例中，分磁环体1的第一截面21和第二截面22的叠加满足以下技术要求：
Figure BDA0003554407120000041
R2＝R1+T；
WFD＝2R2 cosα；
HFD＝R2-R1 sinα；
H＝HFD-T sinα；
其中，WFD为分磁环体1总宽度，HFD为分磁环体1总高度，α为分磁环端面和水平面的夹角；H为第一截面21的高度；R1为扇环形的小径圆弧半径；R2为扇环形的大径圆弧半径；T为扇环形的环宽；LAF为扇环形的小径圆弧端点之间的距离。
其中，α、LAF、T为可以根据实际情况进行改变的量。
在本实施例中，分磁环体1的上半部分为矩形结构，下半部分为弧形结构，其中，上半部分采用矩形结构，将分磁环安装于用电设备中可达到更好的固定效果，而下半部分采用弧形结构，能更好的优化磁路。
其中，WFD为分磁环总宽度，HFD为分磁环总高度，α为分磁环端面和水平面的夹角，可保证分磁环端面与磁力线垂直。磁力线从分磁环的一端面垂直进入弧形通道，再从另一端面垂直出分磁环。
本实施例提供的分磁环与传统矩形截面的分磁环相比，该结构可以节省更多体积，同时磁路优化效果好，并且超导线圈交流损耗降低显著。
本实施例提供的分磁环基于介质分界面衔接条件理论，并考虑到磁力线垂直入射空气-分磁环分界面时，可增强磁路优化的效果，所以设计了一种弧形(扇环形)分磁环结构。
在本实施例中，分磁环体1为4瓣。其中，分磁环体1的制作材料有铁硅铝、铁氧体、锰锌合金、非晶合金、坡莫合金等，其磁导率也随此顺序递增，相对磁导率分布在10-200000之间。
在本实施例中，由于一整块分磁环在用电设备中使用时产生的涡流损耗过大，将分磁环每隔90°进行切断处理，分为四瓣结构。
为了进一步减少分磁环自身的涡流损耗，并且防止发生电晕，故每一瓣分磁环体与绝缘支撑结构组成的整体都采用绝缘带包绕。
在本实施例中，分磁环体1外侧缠绕有绝缘带，绝缘带的缠绕方法包括以下步骤：
S10、将分磁环体1均分为多个包绕单元；
S20、将位于分磁环体1的任一端端部的包绕单元设定为第一包绕单元，与第一包绕单元相邻的包绕单元设定为第二包绕单元，依次类推；
S30、将绝缘带沿着第一包绕单元缠绕一周，并回到第一包绕单元的扇环形的小径圆弧侧面；
S40、将绝缘带从第一包绕单元的扇环形的小径圆弧侧面缠绕至第二包绕单元的扇环形的大径圆弧侧面；
S50、将绝缘带沿着第二包绕单元缠绕一周，并回到第二包绕单元的扇环形的小径圆弧侧面；
S60、将绝缘带从第二包绕单元的扇环形的小径圆弧侧面缠绕至第三包绕单元的扇环形的大径圆弧侧面；依次类推，直到所有的包绕单元均缠绕完成。
在本实施例中，绝缘带为亚聚酰胺耐电晕胶带；绝缘带的宽度为10mm，厚度为0.038mm，且带有粘性。其中，选用带有粘性的绝缘胶带，其目的是为了能够使绝缘更贴合分磁环，减少分磁环与空气的接触。
如图7所示，本实施例提供的绝缘带缠绕具体过程如下：
首先，绝缘带沿着ABCD缠绕下去并沿着下方缠绕一圈回到AC处，再沿着ACDF缠绕下去并沿着下方缠绕一圈回到CE处，然后再沿着CDEF缠绕下去并沿着下方缠绕一圈回到CE处，接着再沿着CEFH缠绕下去并沿着下方缠绕一圈回到EG处，依次类推，直到将整个瓣磁环与绝缘支撑结构组成的整体全部包绕好绝缘。
实施例2
参考图8-11，一种超导变压器，包含实施例1提供的分磁环。
本实施例提供的超导变压器为一超导牵引变压器，其除包含实施例1提供的分磁环外，还包括变压器铁芯3、低压绕组套筒5、低压绕组骨架8、高压绕组套筒9和高压绕组骨架12，其中，低压绕组套筒5和高压绕组套筒9依次套设在变压器铁芯3的外侧，低压绕组套筒5的顶部和高压绕组套筒9的顶部设置有端板4，低压绕组套筒5的上端和高压绕组套筒9的上端均设置有环形槽，分磁环卡接固定在环形槽内，其中，分磁环的第一截面21即矩形端为与环形槽的连接端。
在本实施例中，位于低压绕组套筒5的分磁环为低压所用分磁环6，位于高压绕组套筒9的分磁环为高压所用分磁环10。
低压绕组套筒5的下端和高压绕组套筒9的下端均设置有低压绕组骨架8和高压绕组骨架12，低压绕组骨架8和高压绕组骨架12上分别设置有低压绕组7和高压绕组11。
其中，变压器铁芯3采用的是内接矩形结构。
为了使分磁环能够固定在变压器上，在变压器绕组套筒上开了一个环形槽，并且为能够使分磁环放置在其中，并且能够固定住，在低压绕组套筒5与低压所用分磁环6以及高压绕组套筒9与高压所用分磁环10中1处位置对称分磁环两端使用了斜坡卡扣，以对分磁环起到保持器的作用，使分磁环与绝缘支撑结构所组成的整体结构能够完全置于其中，并且起到很好的固定效果。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种分磁环，其特征在于，包括：
多瓣首尾依次连接的分磁环体；
所述分磁环体的轴向纵截面为上下设置的第一截面和第二截面的叠加，所述第一截面为矩形，所述第二截面为扇环形，其中，靠近所述扇环形的矩形长边的两端点分别与所述扇环形的大径圆弧两端点重合；
所述矩形远离所述第二截面的长边与所述扇环形的大径圆弧相切；
所述分磁环体的第一截面和第二截面的叠加满足以下技术要求：
Figure FDA0003886195300000011
R2＝R1+T；
WFD＝2R2cosα；
HFD＝R2-R1sinα；
H＝HFD-Tsinα；
其中，WFD为分磁环体总宽度，HFD为分磁环体总高度，α为分磁环端面和水平面的夹角；H为第一截面的高度；R1为扇环形的小径圆弧半径；R2为扇环形的大径圆弧半径；T为扇环形的环宽；LAF为扇环形的小径圆弧端点之间的距离。
2.根据权利要求1所述的分磁环，其特征在于，所述分磁环体为4瓣。
3.根据权利要求1所述的分磁环，其特征在于，所述分磁环体外侧缠绕有绝缘带，所述绝缘带的缠绕方法包括以下步骤：
S10、将所述分磁环体均分为多个包绕单元；
S20、将位于所述分磁环体的任一端端部的包绕单元设定为第一包绕单元，与所述第一包绕单元相邻的包绕单元设定为第二包绕单元，依次类推；
S30、将绝缘带沿着所述第一包绕单元缠绕一周，并回到所述第一包绕单元的扇环形的小径圆弧侧面；
S40、将绝缘带从所述第一包绕单元的扇环形的小径圆弧侧面缠绕至所述第二包绕单元的扇环形的大径圆弧侧面；
S50、将绝缘带沿着所述第二包绕单元缠绕一周，并回到所述第二包绕单元的扇环形的小径圆弧侧面；
S60、将绝缘带从所述第二包绕单元的扇环形的小径圆弧侧面缠绕至第三包绕单元的扇环形的大径圆弧侧面；依次类推，直到所有的包绕单元均缠绕完成。
4.根据权利要求3所述的分磁环，其特征在于，所述绝缘带为亚聚酰胺耐电晕胶带；所述绝缘带的宽度为10mm，厚度为0.038mm，且带有粘性。
5.一种超导变压器，其特征在于，包含权利要求1至4任一项所述的分磁环。
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