CN114597032A - 采用复合导线线圈的变压器及复合导线的连接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用复合导线线圈的变压器及复合导线的连接方法，其中，一种采用复合导线线圈的变压器包括：铁心柱以及绕制在铁心柱上的线圈，所述线圈从上到下依次包括上段线圈、与上段线圈电连的中段线圈和与中段线圈电连的下段线圈，所述上段线圈和下段线圈由第一导线绕制形成，所述中段线圈由第二导线绕制形成，所述第一导线为包括若干子导线的复合导线，所述第二导线为包括若干子导线的复合导线，所述第一导线的子导线数量大于所述第二导线的子导线数量。本发明在线圈的两端部采用多复合导线，在线圈的中部采用二复合导线，既能够改善线圈端部的磁场弯折造成的涡流损耗增加以及温升问题，同时控制了生产成本。

Description

采用复合导线线圈的变压器及复合导线的连接方法
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种采用复合导线线圈的变压器及复合导线的连接方法。
背景技术
在高压、超高压、特高压交直流变压器中，一般采用普通导线进行绕制，普通导线一般是单根导线。根据电流的磁效应，即如果一条金属导线通过电流,那么在导线周围的空间将产生圆形磁场，且导线中流过的电流越大,产生的磁场越强。通电后，由于单根导线的横截面较粗，其流过的电流较大，也就会造成其形成的磁场较强，由于线圈端部的磁场本身就会发生弯折，所以，普通导线在线圈端部的磁场会造成涡流损耗的增加，同步会出现导线发热等问题造成安全隐患。
针对上述问题，中国专利CN2914275Y公开了一种复合导线，在该专利中提出了复合导线中并联的各子导线所处的磁场位置相同，且单根导线中的电流较小，其产生的磁场较小，其漏磁损耗同样减小，也就是说，采用复合导线绕制变压器线圈，可以降低线圈在端部漏磁场中的涡流损耗，同步改善变压器线圈端部的温升现象。
按照上述原理来说，复合导线的子导线数量越多，其对于线圈端部涡流损耗和温升现象的改善效果越好，但是绕制线圈需要大量的导线，如果采用数量较多子导线的复合导线来绕制线圈，其成本将大大提高；但是如果采用较少数量的子导线来绕制线圈，其与传统单根导线的方式相比，并不能根本解决线圈端部磁场中发生磁场弯折，存在较多的涡流损耗的问题。
发明内容
为了克服现有技术中普通导线在线圈端部涡流损耗大，复合导线成本高的缺陷，本发明实施例提供了一种采用复合导线线圈的变压器及复合导线的连接方法。
本申请实施例公开了：一种采用复合导线线圈的变压器，其中，包括：铁心柱以及绕制在铁心柱上的线圈，所述线圈从上到下依次包括上段线圈、与上段线圈电连的中段线圈和与中段线圈电连的下段线圈，所述上段线圈和下段线圈由第一导线绕制形成，所述中段线圈由第二导线绕制形成，所述第一导线为包括若干子导线的复合导线，所述第二导线为包括若干子导线的复合导线，所述第一导线的子导线数量大于所述第二导线的子导线数量。
优选地，所述第一导线为包括四条子导线的复合导线，所述第二导线为包括二条子导线的复合导线。
优选地，所述第一导线为轴向四复合导线，所述第二导线为辐向二复合导线。
优选地，所述上段线圈的匝数占所述线圈总匝数的5％-6％，所述上段线圈的匝数与所述下段线圈匝数相等。
本发明还公开了上述线圈中第一导线和第二导线的连接方法，其中，包括如下步骤：
S1:齐头修正：将待焊的第一导线的子导线进行齐头修正、将待焊的第二导线的子导线进行齐头修正；
S2:导线分组：将第一导线中的子导线平分为若干轴向子导线组，将第二导线中的子导线平分为若干辐向子导线组，轴向子导线组与辐向子导线组一一对应待焊；
S3:压制焊接面：使用模具压制子导线，使对应的轴向子导线组与辐向子导线组的焊接面相同；
S4:焊接：对应的轴向子导线组和辐向子导线组采用高频焊对接焊焊接工艺一一焊接；
S5:清理和绝缘：对各组焊接处进行清理和绝缘，最终完成第一导线和第二导线的连接。
优选地，步骤S1中所述齐头修正采用平口冲力钳进行加工。
优选地，步骤S4的高频焊对接焊具体包括如下步骤：所述轴向子导线组和辐向子导线组焊接面之间设置银焊片，通过高频焊机将两者进行焊接。
优选地，所述轴向子导线组和辐向子导线组之间的间隙为0.2mm-0.5mm。
优选地，步骤S5中所述清理是指清除焊接处表面的氧化层和尖角，以及钝化棱边。
优选地，步骤S5中所述绝缘为采用皱纹纸包覆，具体包括在轴向子导线组和第二子导线的焊接处采用皱纹纸半叠包两层，以及完成各组焊接和清理，合并各组后在导线连接处采用皱纹纸半叠统包四层。
本发明至少具有如下有益效果：
本发明在线圈的两端部采用多复合导线，在线圈的中部采用二复合导线，既能够改善线圈端部的磁场弯折造成的涡流损耗增加以及温升问题，同时控制了生产成本。在换线时，本发明对子导线连接部位压制成型，确保了子导线与第二子导线的连接部分横截面相匹配、电极形状优良，同时用平口钳分别对待连接的轴向复合和第二子导线齐头修正，接着采用高频焊对接焊焊接工艺对其焊接，不仅确保了两种规格的导线接触面积，还确保了两根子导线与一根第二子导线连接的强度。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的一些实施例，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是本发明实施例中所述线圈的结构示意图；
图2是本发明实施例中所述第一导线也就是轴向四复合导线的结构示意图；
图3是本发明实施例中所述第一导线也就是轴向四复合导线的横截面示意图；
图4是本发明实施例中所述第二导线也就是辐向二复合导线的结构的示意图；
图5是本发明实施例中所述第二导线也就是辐向二复合导线的横截面示意图；
图6中的(a)图是本发明实施例中所述第一导线焊接面的结构示意图，图6中的(b)图是本发明实施例中所述第二导线焊接面的结构示意图；
图7为本发明实施例中一种采用复合导线线圈的变压器的一个轴向子导线组与一个辐向子导线组的连接示意图。
以上附图的附图标记：01、上段线圈；02、中段线圈；03、下段线圈；10、第一导线；101、第一导线的子导线；11、第一轴向子导线组；12、第二轴向子导线组；20、第二导线；201、第二导线的子导线；21、第一辐向子导线组；22、第二辐向子导线组。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种采用复合导线线圈的变压器，其中，包括：铁心柱以及绕制在铁心柱上的线圈，如图1所示，线圈从上到下依次包括上段线圈01、与上段线圈01电连的中段线圈02和与中段线圈02电连的下段线圈03。
参照图1和图2所示，上段线圈01和下段线圈03由第一导线10绕制形成，第一导线10为包括若干子导线的复合导线，参照图1和图4所示，中段线圈02由第二导线20绕制形成，第二导线20为包括若干子导线的复合导线，第一导线10的子导线数量大于第二导线20的子导线数量。
本发明中的变压器采用复合导线来绕制线圈，以改善涡流损耗与温升现象，降低线圈端部漏磁产生的负面影响。
在线圈不同的部位根据磁场需求选择了不同的复合导线，如此，一方面能够改善线圈的两端部的涡流损耗，抑制温升现象，另一方面，由于第二导线20的子导线数量比第一导线10的子导线数量少，所以第二导线20的生产成本及加工成本低于第一导线10，本发明实施例中，将涡流损耗不严重的中段线圈02采用第二导线20，以控制生产的成本。
如图2-3所示，在本发明中，第一导线10为包括四条子导线101的轴向四复合导线，可选择的导线规格为：
Figure BDA0003539279590000051
型轴向四复合导线。
如图4-5第二导线20为包括二条子导线201的辐向二复合导线，可选择的导线规格为：
Figure BDA0003539279590000052
型辐向二复合导线。
经磁场仿真分析可以得出，当线圈端部的复合导线为轴向四复合导线10时，可以满足改善磁场端部漏磁的要求并有效降低涡流损耗。
根据两种复合导线的线规，显而易见，该轴向四复合导线的子导线101截面与辐向二复合导线的子导线201截面是可以进行匹配的。中段线圈02采用二复合导线成本较低，上段线圈01和下段线圈03采用四复合导线既能够满足改善漏磁以及涡流损耗的要求，且相较于更多子导线的复合导线而言，成本不高，故其综合性价比最佳。
根据轴向四复合导线10与辐向二复合导线20，对变压器线圈端部的磁场仿真，当上段线圈01的匝数占线圈总匝数的5％-6％，上段线圈01的匝数与下段线圈03匝数相等时，产品的性价比最高。这里的占比为匝数占比，当线圈的各处绕制方式相同时，相等匝数的线圈，其高度相等，所以在本发明中，可以通过高度来直观计算当前导线的占比。例如，线圈总高度为1米，当第一导线10绕制高度为0.05-0.06米时，即可以视为第一导线10占比为5％-6％。
在第一导线10与第二导线20的换线连接过程中，如果连接方式不当，容易发生局部过热的情况。所以，本发明还提出了一种复合导线的连接方法。
所述线圈中第一导线10和第二导线20的连接方法，包括如下步骤：
S1:齐头修正：将待焊的第一导线的子导线101进行齐头修正、将待焊的第二导线的子导线201进行齐头修正。
这里主要是用平口冲力钳，分别对第一导线中的子导线101和第二导线中的子导线201对焊点进行齐头修正。由于专用平口冲力钳对子导线端头加工后，其端口面与导线绕制方向垂直，在后面加工时基本无需再次修正，操作简便且能将修正所带来的污染降至最低。
S2:导线分组：将第一导线中的子导线101平分为若干轴向子导线组，将第二导线中的子导线201平分为若干辐向子导线组，轴向子导线组与辐向子导线组一一对应待焊。
由于第一导线10为轴向四复合导线，第二导线20为辐向二复合导线，故轴向子导线组与辐向子导线组各为两组，如图3所示，第一导线10中的上两根子导线组成第一轴向子导线组11，下两根子导线组成第二轴向子导线组12，如图5所示，第二导线20中的左一根子导线为第一辐向子导线组21，右一根导线为第二辐向子导线组22。
S3:压制焊接面：使用模具压制子导线，使对应的轴向子导线组与辐向子导线组的焊接面相同。
如图6所示，使用模具将第一轴向子导线组11中的子导线分别压制然后合并后其焊接面与第一辐向子导线组21的焊接面相同，图6中的(a)图为轴向复合导线压制完成后的焊接面，图6中的(b)图为辐向复合导线的焊接面，具体的，以第一轴向子导线组11与第一辐向子导线组21为例，第一轴向子导线组11中一个子导线的截面宽度与第一辐向子导线组21中的子导线截面宽度相等、长度为第一辐向子导线组21中的子导线截面长度的一半。其他轴向子导线组与对应的辐向子导线组的焊接面与此相同。
S4:焊接：对应的轴向子导线组和辐向子导线组采用高频焊对接焊焊接工艺一一焊接。
具体地，参照图7所示，图中为第一轴向子导线组11与第一辐向子导线组21的对焊示意，高频焊对接焊具体包括如下步骤：用两把鹰嘴钳将待进行对焊的轴向子导线组和对应的辐向子导线组和夹持紧实，同时进行限位；轴向子导线组和辐向子导线组焊接面之间留有0.2mm-0.5mm的间隙，在间隙内设置有相应尺寸的银焊片，通过高频焊机将两者进行焊接。其他轴向子导线组与对应的辐向子导线组的焊接方式与此相同，最终完成第一导线10与第二导线20之间的焊接。
S5:清理和绝缘：对各组焊接处进行清理和绝缘，最终完成第一导线和第二导线的连接。
清理主要是清除焊接处表面的氧化层和尖角，以及钝化棱边。
绝缘主要是采用皱纹纸包覆，具体包括在轴向子导线组和第二子导线的焊接处采用皱纹纸半叠包两层，以及完成各组焊接和清理，合并各组后在导线连接处采用皱纹纸半叠统包四层。
需要进行说明的是，本发明中的若干子导线之间均提前设置有与之匹配的匝绝缘。
综上，本发明的线圈采用复合导线进行绕制，中段线圈采用二复合导线，上段线圈和下段线圈采用的四复合导线进行绕制，既能够改善线圈端部的磁场弯折造成的涡流损耗增加以及温升问题，同时控制了生产成本，性价比较高。在换线时，用平口钳分别对待连接的轴向复合和第二子导线齐头修正，轴向子导线组压制成型，确保了轴向子导线组与辐向子导线组的连接部分横截面相匹配、电极形状好，接着采用高频焊对接焊焊接工艺对其焊接，不仅确保了两种规格的导线接触面积相等，还确保了两种复合导线之间连接的强度。该结构适用于所有高压、超高压、特高压交直流输电用变压器、电抗器等大型装备用复合导线的连接。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种采用复合导线线圈的变压器，其特征在于，包括：铁心柱以及绕制在铁心柱上的线圈，所述线圈从上到下依次包括上段线圈、与上段线圈电连的中段线圈和与中段线圈电连的下段线圈，所述上段线圈和下段线圈由第一导线绕制形成，所述中段线圈由第二导线绕制形成，所述第一导线为包括若干子导线的复合导线，所述第二导线为包括若干子导线的复合导线，所述第一导线的子导线数量大于所述第二导线的子导线数量。
2.根据权利要求1所述的一种采用复合导线线圈的变压器，其特征在于，包括：
所述第一导线为包括四条子导线的复合导线，所述第二导线为包括二条子导线的复合导线。
3.根据权利要求2所述的一种采用复合导线线圈的变压器，其特征在于，所述第一导线为轴向四复合导线，所述第二导线为辐向二复合导线。
4.根据权利要求2所述的一种采用复合导线线圈的变压器，其特征在于，所述上段线圈的匝数占所述线圈总匝数的5％-6％，所述上段线圈的匝数与所述下段线圈匝数相等。
5.权利要求1-4任一所述线圈中第一导线和第二导线的连接方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:齐头修正：将待焊的第一导线的子导线进行齐头修正、将待焊的第二导线的子导线进行齐头修正；
S2:导线分组：将第一导线中的子导线平分为若干轴向子导线组，将第二导线中的子导线平分为若干辐向子导线组，轴向子导线组与辐向子导线组一一对应待焊；
S3:压制焊接面：使用模具压制子导线，使对应的轴向子导线组与辐向子导线组的焊接面相同；
S4:焊接：对应的轴向子导线组和辐向子导线组采用高频焊对接焊焊接工艺一一焊接；
S5:清理和绝缘：对各组焊接处进行清理和绝缘，最终完成第一导线和第二导线的连接。
6.根据权利要求5所述线圈中第一导线和第二导线的连接方法，其特征在于，步骤S1中所述齐头修正采用平口冲力钳进行加工。
7.根据权利要求5所述线圈中第一导线和第二导线的连接方法，其特征在于，步骤S4的高频焊对接焊具体包括如下步骤：所述轴向子导线组和辐向子导线组焊接面之间设置银焊片，通过高频焊机将两者进行焊接。
8.根据权利要求7所述线圈中第一导线和第二导线的连接方法，其特征在于，所述轴向子导线组和辐向子导线组之间的间隙为0.2mm-0.5mm。
9.根据权利要求5所述线圈中第一导线和第二导线的连接方法，其特征在于，步骤S5中所述清理是指清除焊接处表面的氧化层和尖角，以及钝化棱边。
10.根据权利要求5所述线圈中第一导线和第二导线的连接方法，其特征在于，步骤S5中所述绝缘为采用皱纹纸包覆，具体包括在轴向子导线组和第二子导线的焊接处采用皱纹纸半叠包两层，以及完成各组焊接和清理，合并各组后在导线连接处采用皱纹纸半叠统包四层。
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