CN115762997A - 一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器 - Google Patents

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CN115762997A CN202211438278.8A CN202211438278A CN115762997A CN 115762997 A CN115762997 A CN 115762997A CN 202211438278 A CN202211438278 A CN 202211438278A CN 115762997 A CN115762997 A CN 115762997A
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Abstract

本发明属于变压器铁心设计，具体公开了一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其中，包括：铁心以及绕制于铁心柱外的低压线圈；所述铁心包括由六个硅钢片叠积而成的铁心柱以及绑扎于所述铁心柱上的绑扎带，六个硅钢片分为四种硅钢片，所述硅钢片为片宽和片厚依次递减的第一种硅钢片、第二种硅钢片、第三种硅钢片以及第四种硅钢片，所述铁心柱包括由低压侧向高压侧方向依次叠积的第四种硅钢片、第二种硅钢片、第一种硅钢片、第一种硅钢片、第二种硅钢片、第三种硅钢片。本发明中采用三级阶梯式的铁心结构，减少了硅钢片的片宽种类，采用绑扎带进行绑扎，对叠积好的硅钢片进行固定，加强了对低压线圈的支撑，降低干式配电变压器的生产成本。

Description

一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器
技术领域
本发明属于变压器铁心设计技术领域，具体涉及一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器。
背景技术
干式配电变压器中的铁心结构一般采用多级阶梯结构，由不同宽度的硅钢片叠积而成。为方便生产以及提高变压器的性价比，通常会增加阶梯的级数来提高铁心的填充率。如图1所示，低压线圈301套在铁心10外侧，为保证干式配电变压器的低压线圈301和铁心10的散热要求，低压线圈301和铁心10之间需要留出8-10mm的散热间隙501，使冷却空气能够流入其中对低压线圈301和铁心10进行冷却。由于干式配电变压器的低压线圈301所承受的机械力是向内的径向压缩力，为保证线圈能够承受该压缩力，目前采用的方案就是在低压线圈301与铁心10之间的空隙处增加支撑点，支撑的方式通常有撑帮、撑板602。
目前采用的这种结构需要不同片宽的硅钢片，硅钢片片宽种类增多，导致生产效率降低、生产成本增加；采用铁心10撑棒601、撑板602对线圈进行支撑，需要额外的材料。撑棒601、撑板602与低压线圈301之间的间隙难以控制，过大则就起不到支撑作用，过小则线圈就无法顺利套入铁心10。
因此，现有的干式配电变压器中多级阶梯式铁心10结构导致了生产效率低且成本高的问题，如果直接减少阶梯级数，硅钢片的尺寸设置难以确定，过小则会使干式配电变压器的容量达不到要求，过大则会占用较多空间，散热间隙501不够，变压器铁心10和低压线圈301过热，造成安全隐患。因此，目前仅能够采用较高成本的多级阶梯结构式铁心10的干式配电变压器。
发明内容
本发明提供了一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，用以解决目前干式配电变压器的铁心制造成本高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其中，包括：
铁心以及低压线圈；
所述铁心包括由六块硅钢片叠积而成的铁心柱以及绑扎于所述铁心柱上的绑扎带，六块硅钢片分为四种硅钢片，四种硅钢片为片宽和片厚依次递减的第一种硅钢片、第二种硅钢片、第三种硅钢片以及第四种硅钢片，所述铁心柱包括由低压侧向高压侧方向依次叠积的第四种硅钢片、第二种硅钢片、第一种硅钢片、第一种硅钢片、第二种硅钢片、第三种硅钢片；所述低压线圈绕制于所述铁心柱外。
本发明一个较佳实施例中，所述低压线圈的内径侧设置有出线铜排；所述第三种硅钢片远离所述第二种硅钢片的一侧设置有拉板绝缘，所述拉板绝缘远离所述第三种硅钢片的一侧设置有铁心拉板；
所述第四种硅钢片远离所述第二种硅钢片的一侧设置有拉板绝缘，所述拉板绝缘远离所述第四种硅钢片的一侧设置有铁心拉板。
本发明一个较佳实施例中，所述第一种硅钢片、第二种硅钢片、第三种硅钢片以及第四种硅钢片的片宽和片厚的计算方式为：
S1：根据线圈内径计算第一种硅钢片的片宽，根据第一种硅钢片的片宽以及铁心直径，计算第一种硅钢片的片厚；
S2：根据线圈内径和铁心拉板的宽度计算第三种硅钢片的片宽
S3：根据第一种硅钢片的片宽、第三种硅钢片的片宽计算第二种硅钢片的片宽，根据第二种硅钢片的片宽以及第一种硅钢片的片厚，计算第二种硅钢片的片厚；
S4：根据第三种硅钢片的片宽、第一种硅钢片的片厚以及第二种硅钢片的片厚计算第三种硅钢片的片厚；
S5：根据铁心直径和低压线圈出线铜排半径计算第四种硅钢片的片宽，根据出线铜排半径、铁心拉板厚度，第一种硅钢片的片厚以及第二种硅钢片的片厚计算第四种硅钢片的片厚。
本发明一个较佳实施例中，步骤S1中，所述第一种硅钢片的片宽由式1计算获得：
B1＝D-s1 (1)
其中，B1为第一种硅钢片的片宽，D为低压线圈的内径，s1为25-30mm；
所述第一种硅钢片的片厚由式2计算获得：
Figure BDA0003947044600000031
其中，T1为第一种硅钢片的片厚，D为低压线圈内径。
本发明一个较佳实施例中，步骤S2中，所述第三种硅钢片的片宽由式3计算获得：
Figure BDA0003947044600000032
其中，B3为第三种硅钢片的片宽，D为低压线圈的内径且D值为5的整数倍，C为铁心拉板宽度。
本发明一个较佳实施例中，步骤S3中，所述第二种硅钢片的片宽由式4计算获得：
B2＝(B1+B3)/2 (4)
其中，B2为第二种硅钢片的片宽；
所述第二种硅钢片的片厚由式5计算获得：
Figure BDA0003947044600000041
其中，T2为第二种硅钢片的片厚。
本发明一个较佳实施例中，步骤S4中，所述第三种硅钢片的片厚由式6计算获得：
Figure BDA0003947044600000042
本发明一个较佳实施例中，步骤S5中，所述第四种硅钢片的片宽由式7计算获得：
Figure BDA0003947044600000043
其中，B4为第四种硅钢片的片宽，A为低压线圈出线铜排半径.，E为铁心拉板厚度；
所述第四种硅钢片的片厚由式8计算获得：
T4＝A-T1-T2-E-3.5 (8)
其中，T4为第四种硅钢片的片厚。
本发明一个较佳实施例中，所述铁心上设置有三个绑扎带，所述绑扎带为厚度1.2mm的PET绑扎带，相邻两个绑扎带在竖直方向上相距120-150mm。
本发明一个较佳实施例中，所述绑扎带的外侧围有DMD绝缘纸，所述DMD绝缘纸的厚度为0.3mm，所述DMD绝缘纸的宽度由式9计算获得：
BD＝H+h (9)
其中，BD为DMD绝缘纸的宽度，H为低压线圈的高度，h为50mm。
本发明一个较佳实施例中，所述硅钢片有两个顶点抵在所述绑扎带上，所述绑扎带与所述低压线圈之间单边留有2.5mm的间隙。
本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下优势：
本发明中采用三级阶梯式的铁心结构，减少了硅钢片的片宽种类，降低了铁心的制造成本，采用绑扎带进行绑扎，对叠积好的硅钢片进行固定，每种硅钢片均有两个顶点抵在绑扎带以形成12个自然支撑点，对低压线圈进行有效、均匀支撑；硅钢片的截面积减少，留出更多空间作为散热间隙，使得散热间隙和铁心截面均符合设计要求的同时，还能减少了铁心占用的空间，从而进一步降低干式配电变压器的生产成本。
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实施例的附图。
图1是现有技术中的干式配电变压器的铁心截面示意图；
图2是本发明一实施例中所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器的铁心截面示意图；
图3为本发明一实施例中所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器的其他铁心柱结构示意图。
图中所示：
10-铁心；101-第一种硅钢片；102-第二种硅钢片；103-第三种硅钢片；104-第四种硅钢片；110-其他铁心柱；201-绑扎带；202-DMD绝缘纸；301-低压线圈；302-低压线圈出线铜排；401-拉板绝缘；402-铁心拉板；501-散热间隙；601-撑棒；602-撑板。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合实施例阐述所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
如图2所示，本发明公开了一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其中包括由六个硅钢片依次叠积形成的铁心、绑扎在铁心外的绑扎带201以及绕制在铁心上的低压线圈301。
参照图2所示，设置有低压出线铜排302的为线圈的低压侧，铁心柱包括由低压侧向高压侧方向依次叠积的第四种硅钢片104、第二种硅钢片102、第一种硅钢片101、第一种硅钢片101、第二种硅钢片102、第三种硅钢片103，第一种硅钢片101、第二种硅钢片102、第三种硅钢片103、第四种硅钢片104的片宽和片厚依次递减。
第一种硅钢片101、第二种硅钢片102、第三种硅钢片103以及第四种硅钢片104的片宽和片厚的计算方式为：
S1：根据线圈内径计算第一种硅钢片的片宽，根据第一种硅钢片的片宽以及铁心直径，计算第一种硅钢片的片厚；
S2：根据线圈内径和铁心拉板宽度计算第三种硅钢片的片宽
S3：根据第一种硅钢片的片宽、第三种硅钢片的片宽计算第二种硅钢片的片款，根据第二种硅钢片的片宽以及第一种硅钢片的片厚，计算第二种硅钢片的片厚；
S4：根据第三种硅钢片的片宽、第一种硅钢片的片厚以及第二种硅钢片的片厚计算第三种硅钢片的片厚；
S5：根据铁心直径和低压线圈出线铜排半径计算第四种硅钢片的片宽，根据低压线圈出线铜排半径、铁心拉板厚度、第一种硅钢片的片厚以及第二种硅钢片的片厚计算第四种硅钢片的片厚。
参照图2，步骤S1中，第一种硅钢片101的片宽计算方式为式1：
B1＝D-s1 (1)
其中，B1为第一种硅钢片101的片宽，D为低压线圈301的内径，s1为25-30mm；
第一种硅钢片101的片厚计算方式为式2：
Figure BDA0003947044600000071
其中，T1为第一种硅钢片101的片厚，D为低压线圈内径。
继续参照图2所示，步骤S2中，第三种硅钢片103的片宽计算方式为式3：
Figure BDA0003947044600000081
其中，B3为第三种硅钢片的片宽，D为低压线圈的内径且取5的整数倍，C为铁心拉板宽度；
继续参照图2所示，步骤S3中，第二种硅钢片102的片宽计算方式为式4：
B2＝(B1+B3)/2 (4)
其中，B2为第二种硅钢片的片宽；
所述第二种硅钢片的片厚由式5计算获得：
Figure BDA0003947044600000082
其中，T2为第二种硅钢片的片厚。
步骤S4中，第三种硅钢片103的片厚计算方式为式6：
Figure BDA0003947044600000083
其中，T3为第三种硅钢片103的片厚。
步骤S5中，第四种硅钢片104的片宽计算方式为式7：
Figure BDA0003947044600000084
其中，B4为第四种硅钢片104的片宽，A为出线铜排半径，E为铁心拉板厚度；
第四种硅钢片104的片厚计算方式为式8：
T4＝A-T1-T2-E-3.5 (8)
其中，T4为第四种硅钢片104的片厚。
为了保证叠积后的铁心柱外接圆与低压线圈301内径间隙的均匀性，严格控制每种铁硅钢片的片厚T1、T2、T3、T4，允许误差为±0.5mm，总厚度的误差在2mm以内，每个硅钢片的片宽允许误差在0.1mm以内。
继续参照图2所示，第三种硅钢片103远离第二种硅钢片102的一侧设置有拉板绝缘401，拉板绝缘401远离第三种硅钢片103的一侧设置有铁心拉板402；第四种硅钢片104远离第二种硅钢片102的一侧设置有拉板绝缘401，拉板绝缘401远离第四种硅钢片104的一侧设置有铁心拉板402。
如图3所示，变压器还包括设置在铁心两侧的其他铁心柱，其他铁心柱上也设置有相同的绑扎带201。
继续参照图3所示，铁心上设置有三个绑扎带201，绑扎带201为厚度1.2mm的PEY绑扎带201，相邻两个绑扎带201在竖直方向上相距120-150mm。每个硅钢片有两个顶点抵在绑扎带201上，绑扎带201与低压线圈301之间留有2.5mm的散热间隙501。现有的铁心设置方式中，由于设置有撑条撑棒，占用了较多的空间，所以需要留8-10mm空隙以作为散热间隙501。本发明中仅需要另外留出2.5mm的空间，硅钢片附近的直角区域也可以用作散热，使绕在外侧的低压线圈301占用了更少的空间，
绑扎带201的外侧围有DMD绝缘纸202，DMD绝缘纸202的厚度为0.3mm，DMD绝缘纸202的宽度计算方式为式9：
BD＝H+h (9)
其中，BD为DMD绝缘纸202的宽度，H为低压线圈301的高度，h为50mm。
在保证低压线圈301顺利装配的同时，在低压线圈301高度范围内圆周方向共有12个自然支撑点，对低压线圈301进行有效、均匀支撑。
本发明中为3级阶梯结构的铁心，与8级阶梯结构的铁心数据对比如下。
如图1所示，采用8级铁心方案，铁心直径为234mm。
各级片宽以及片厚如表1：
表1 8级阶梯式铁心的片宽及片厚
片宽 230 215 195 175 160 140 120 100
片厚 21.5 24.5 18.5 13 7.5 8.5 6.5 5.5
计算可得，铁心截面积S＝39030mm2，散热间隙501面积A＝47880-39080＝8800mm2。
如图2所示，采用3级铁心方案，铁心直径245mm。
各级片宽以及片厚如表2：
表2 3级阶梯式铁心的片宽及片厚
片宽 220 170 140 110
片厚 53 34.5 12 21
计算可得，铁心截面积S＝39440mm2，散热间隙501面积A＝47880-39040＝8840mm2。
根据以上数据，在低压线圈301完全相同的情况下，采用不三级铁心方案，铁心截面、散热间隙501面积与8级铁心方案相比，完全相同。本发明中的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，完全可以满足生产以及使用需求。
本发明中采用三级阶梯式的铁心结构，降低了硅钢片的制造成本，采用绑扎带201进行绑扎，对叠积好的硅钢片进行固定，每种硅钢片均有两个顶点抵在绑扎带201以形成12个自然支撑点，对低压线圈301进行有效、均匀支撑；硅钢片的截面积减少，留出更多空间作为散热间隙501，使得散热间隙501和铁心截面均符合设计要求的同时，还能减少了铁心占用的空间，可以减小油箱的设计尺寸，从而进一步降低干式配电变压器的生产成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其特征在于，包括：
铁心以及低压线圈；
所述铁心包括由六块硅钢片叠积而成的铁心柱以及绑扎于所述铁心柱上的绑扎带，六块硅钢片分为四种硅钢片，四种硅钢片为片宽和片厚依次递减的第一种硅钢片、第二种硅钢片、第三种硅钢片以及第四种硅钢片，所述铁心柱包括由低压侧向高压侧方向依次叠积的第四种硅钢片、第二种硅钢片、第一种硅钢片、第一种硅钢片、第二种硅钢片、第三种硅钢片；所述低压线圈绕制于所述铁心柱外。
2.根据权利要求1所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其特征在于：所述低压线圈的内径侧设置有出线铜排；所述第三种硅钢片远离所述第二种硅钢片的一侧设置有拉板绝缘，所述拉板绝缘远离所述第三种硅钢片的一侧设置有铁心拉板；
所述第四种硅钢片远离所述第二种硅钢片的一侧设置有拉板绝缘，所述拉板绝缘远离所述第四种硅钢片的一侧设置有铁心拉板。
3.根据权利要求2所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其特征在于，所述第一种硅钢片、第二种硅钢片、第三种硅钢片以及第四种硅钢片的片宽和片厚的计算方式为：
S1：根据低压线圈内径计算第一种硅钢片的片宽，根据第一种硅钢片的片宽以及铁心直径，计算第一种硅钢片的片厚；
S2：根据低压线圈内径和铁心拉板的宽度计算第三种硅钢片的片宽
S3：根据第一种硅钢片的片宽、第三种硅钢片的片宽计算第二种硅钢片的片宽，根据第二种硅钢片的片宽以及第一种硅钢片的片厚，计算第二种硅钢片的片厚；
S4：根据第三种硅钢片的片宽、第一种硅钢片的片厚以及第二种硅钢片的片厚计算第三种硅钢片的片厚；
S5：根据铁心直径和低压线圈出线铜排的半径计算第四种硅钢片的片宽，根据出线铜排半径、铁心拉板厚度，第一种硅钢片的片厚以及第二种硅钢片的片厚计算第四种硅钢片的片厚。
4.根据权利要求3所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其特征在于：步骤S1中，所述第一种硅钢片的片宽由式1计算获得：
B1＝D-s1 (1)
其中，B1为第一种硅钢片的片宽，D为低压线圈的内径，s1为25-30mm；所述第一种硅钢片的片厚由式2计算获得：
Figure FDA0003947044590000021
其中，T1为第一种硅钢片的片厚，D为低压线圈内径。
5.根据权利要求4所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其特征在于：步骤S2中，所述第三种硅钢片的片宽由式3计算获得：
Figure FDA0003947044590000022
其中，B3为第三种硅钢片的片宽，D为低压线圈的内径且D值为5的整数倍，C为铁心拉板宽度。
6.根据权利要求5所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其特征在于：步骤S3中，所述第二种硅钢片的片宽由式4计算获得：
B2＝(B1+B3)/2 (4)
其中，B2为第二种硅钢片的片宽；
所述第二种硅钢片的片厚由式5计算获得：
Figure FDA0003947044590000023
其中，T2为第二种硅钢片的片厚。
7.根据权利要求6所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其特征在于：步骤S4中，所述第三种硅钢片的片厚由式6计算获得：
Figure FDA0003947044590000031
8.根据权利要求7所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其特征在于：步骤S5中，所述第四种硅钢片的片宽由式7计算获得：
Figure FDA0003947044590000032
其中，B4为第四种硅钢片的片宽，A为低压线圈出线铜排半径.，E为铁心拉板厚度；
所述第四种硅钢片的片厚由式8计算获得：
T4＝A-T1-T2-E-3.5 (8)
其中，T4为第四种硅钢片的片厚。
9.根据权利要求1所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其特征在于：所述铁心上设置有三个绑扎带，所述绑扎带为厚度1.2mm的PET绑扎带，相邻两个绑扎带在竖直方向上相距120-150mm。
10.根据权利要求9所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其特征在于：所述绑扎带的外侧围有DMD绝缘纸，所述DMD绝缘纸的厚度为0.3mm，所述DMD绝缘纸的宽度由式9计算获得：
BD＝H+h (9)
其中，BD为DMD绝缘纸的宽度，H为低压线圈的高度，h为50mm。
11.根据权利要求1所述的一种三级阶梯式铁心的干式配电变压器，其特征在于：所述硅钢片有两个顶点抵在所述绑扎带上，所述绑扎带与所述低压线圈之间单边留有2.5mm的间隙。
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