CN116705464A - 一种单相1000赫兹的变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单相1000赫兹的变压器，包括基座，所述基座上安装有油箱壳体，所述油箱壳体为空腔壳体，所述油箱壳体上部密封连接有密封顶盖，所述密封顶盖的一侧设置有储油柜，所述油箱壳体内装配有支撑铁心，所述密封顶盖上安装有不少于一对的高压套管；所述油箱壳体内位于支撑铁心上分别装配有高压线圈以及低压线圈；本发明涉及变压器技术领域，该单相1000赫兹的变压器，是应用于水处理系统中特殊变压器，考虑层间场强以及漏磁引起的杂散及涡流损耗较大，变压器油箱及结构件，均采用了低导磁钢板，并且设置有增强散热结构的强迫油循环水冷却装置，进一步提高冷却油的循环散热效率，从而使变压器在高频运行时，不容易因为漏磁造成热量过高。

Description

一种单相1000赫兹的变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体为一种单相1000赫兹的变压器。

背景技术

变压器是现代工业系统中经常应用的一类电力设备，变压器主要是以线圈转换供电电压，使其适配设备的应用电压，在环保项目中，对于水资源的处理有基于电力的方式，原理是利用变压器的电感和电容器的组合，产生所需求的电压时进行放电，从而产生臭氧，对水进行净化处理，单相1000赫兹变压器是应用在这种特殊行业用的特殊变压器，变压器正常运时频率为1000Hz，短时1分钟工作频率为2500Hz，正常变压器设计（50Hz）磁密选择为1.35～1.65特斯拉，1000Hz变压器芯柱的磁通密度0.2～0.3特斯拉，这样就导致芯柱的磁通密度过饱和，而磁密度的过饱和使得变压器工作的热量以常规的散热方式不足以完成散热，因此国内没有生产此类型特种变压器的，一直依赖进口，经常出现交不上货的现象，耽误重要工程的进度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了单相1000赫兹的变压器，解决了现有的上述技术背景中的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种单相1000赫兹的变压器，包括基座，所述基座上安装有油箱壳体，所述油箱壳体为空腔壳体，所述油箱壳体上部密封连接有密封顶盖，所述密封顶盖的一侧设置有储油柜，所述油箱壳体内装配有支撑铁心，所述密封顶盖上安装有不少于一对的高压套管；

所述油箱壳体内位于支撑铁心上分别装配有高压线圈以及低压线圈；

所述密封顶盖上固定有分接开关，所述分接开关与高压线圈通过高压引线连接，所述密封顶盖上设置有低压接线座，所述低压接线座与低压线圈连接；

所述高压线圈以及低压线圈均采用圆筒式箔式线圈结构，所述油箱壳体、密封顶盖以及储油柜均采用低导磁钢板一体铸造成型；

所述支撑铁心的两端分别通过铁心上夹件以及铁心下夹件固定，所述支撑铁心由若干叠放的铁心片构成，在支撑铁心上设置有不少于一对的对称布置的散热通道；

一对所述散热通道上分别设置有加强型散热结构，所述加强型散热结构包括一对插卡槽，所述散热通道的两侧对称开设有一对插卡槽，一对所述插卡槽内插装有一对限位插条，一对所述限位插条与散热通道的内壁贴合，一对所述限位插条的相对端延伸出一对支板，一对所述支板的端部设置有一对加强散热板，一对所述加强散热板上对称布置有若干对加强散热槽，所述散热通道内呈环形阵列布置有若干竖向散热槽；

一对所述插卡槽的对称位置设置有一对旁路通道位于一对限位插条内侧，一对所述限位插条与一对插卡槽之间通过一对定位螺栓连接；

所述高压线圈与低压线圈外设置有挡油纸圈；

以储油柜为主体与油箱壳体之间设置有强迫油循环水冷却装置，储油柜主体为空腔结构的壳体，其具体为柱形空腔结构，且位于顶部设置有补油口，在储油柜的一侧设置有观察口。

所述铁心上夹件为低导磁304不锈钢一体折弯成型的Z型板块，所述铁心下夹件为低导磁304不锈钢一体折弯成型的C型板块。

所述铁心上夹件以及铁心下夹件与支撑铁心之间设置有若干绝缘垫块支撑。

所述铁芯下夹件的底部与油箱壳体之间设置有若干对器身垫脚。

所述铁心上夹件与密封顶盖之间通过若干吊装螺杆连接。

所述密封顶盖与油箱壳体的顶部边缘通过若干封箱螺栓连接，所述密封顶盖上设置有油面温控表。

所述强迫油循环水冷却装置包括循环驱动泵，所述储油柜的一侧设置有循环驱动泵，所述循环驱动泵的出液端与储油柜连通，所述储油柜上设置有连接座，所述油箱壳体的顶端连通设置有进油接管座，所述进油接管座与连接座之间通过进油管路连接，所述油箱壳体的底端设置有回油接管座与循环驱动泵之间通过回油管路连接；

所述强迫油循环水冷却装置还包括支撑架，所述储油柜上安装有支撑架，所述支撑架的顶端为防雨盖，所述防雨盖上设置有导流散热座，所述导流散热座上安装有一对散热风机，所述散热风机与储油柜对正。

所述进油接管座上设置有进油控制阀，所述回油接管座上设置有回油控制阀。

所述储油柜的外表面呈线性阵列布置有若干散热鳍片。

一种单相1000赫兹的变压器的使用方法，包括如下步骤：

将高压线圈以及低压线圈分别接线到分接开关上，利用吊装螺栓将带有高压线圈以及低压线圈的支撑铁心放入到油箱壳体内；

利用若干封箱螺栓将密封顶盖固定在油箱壳体上，并且利用补油口向储油柜内注入冷却油；

完成低压接线座以及高压套管的接线，并且启动强迫油循环水冷却装置，打开控制阀门，使冷却油在储油柜与油箱壳体之间循环；

在高压线圈与低压线圈外设置有挡油纸圈，完成高低压线圈之间的绝缘隔离，配合绝缘垫块实现对高压线圈以及低压线圈的绝缘隔离；

计算支撑铁心的空载损耗，支撑铁心的磁通密度为0.263特斯拉，经过公式计算本变压器空载损耗为：

Po=Kpo×Pt×Gfe；

Po-空载损耗（瓦）；

Kpo-空载损耗附加工艺系数，我们设计选为:1.2；

Pt-单位重量的损耗（瓦/公斤），磁通密度为0.263特斯拉时，查曲线表为：2.225（瓦/公斤）；

Gfe-铁心重量（公斤）；

计算结果为：（1000Hz时）；

Po=1.2×2.225×1379=3682（瓦）；

通过循环驱动泵的作用将经过油箱壳体内换热后的冷却油抽回到储油柜内，利用储油柜上的导流散热座上的散热风机对储油柜进行散热，进而对内部的冷却油进行散热；

通过油面温控表监控油箱壳体内的油面高度，同时监控冷却油的温度，当冷却油温度高于设定温度时，提高循环速率，当监控温度低于设定温度时降低循环的速率。

有益效果

本发明提供了一种单相1000赫兹的变压器。具备以下有益效果：该单相1000赫兹的变压器，是应用于水处理系统中特殊变压器，考虑层间场强以及漏磁引起的杂散及涡流损耗较大，变压器油箱及结构件，均采用了低导磁钢板，并且设置有增强散热结构的强迫油循环水冷却装置，进一步提高冷却油的循环散热效率，从而使变压器在高频运行时，不容易因为漏磁造成热量过高。

附图说明

图1为本发明所述一种单相1000赫兹的变压器的主视爆破轴测示意图。

图2为本发明所述一种单相1000赫兹的变压器的侧视爆破轴测示意图。

图3为本发明所述一种单相1000赫兹的变压器的主视剖视轴测示意图。

图4为本发明所述一种单相1000赫兹的变压器的侧视轴测示意图。

图5为本发明所述一种单相1000赫兹的变压器的主视结构示意图。

图6为本发明所述一种单相1000赫兹的变压器的强迫油循环水冷却装置主视示意图。

图7为本发明所述一种单相1000赫兹的变压器的铁心结构示意图。

图8为本发明所述一种单相1000赫兹的变压器的强迫油循环水冷却装置侧视示意图。

图9为本发明所述一种单相1000赫兹的变压器的加强型散热结构剖视图。

图10为本发明所述一种单相1000赫兹的变压器的加强型散热结构的局部放大图。

图中：1、基座；2、油箱壳体；3、密封顶盖；4、强迫油循环水冷却装置；5、支撑铁心；6、高压套管；7、高压线圈；8、低压线圈；9、分接开关；10、低压接线座；11、铁心上夹件；12、铁心下夹件；13、散热通道；14、挡油纸圈；15、绝缘垫块；16、器身垫脚；17、吊装螺杆；18、封箱螺栓；19、油面温控表；401、储油柜；402、循环驱动泵；403、连接座；404、进油接管座；405、进油管路；406、回油接管座；407、回油管路；408、支撑架；409、防雨盖；410、导流散热座；411、散热风机；412、进油控制阀；413、回油控制阀；414、散热鳍片；131、插卡槽；132、限位插条；133、支板；134、加强散热板；135、强散热槽；136、竖向散热槽；137、定位螺栓。

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。

请参阅图1-10，本发明提供一种实施方案：根据说明书附图1-2可知，一种单相1000赫兹的变压器，包括基座1，基座1上安装有油箱壳体2，油箱壳体2为空腔壳体，油箱壳体2上部密封连接有密封顶盖3，密封顶盖3的一侧设置有储油柜401，油箱壳体2内装配有支撑铁心5，密封顶盖3上安装有不少于一对的高压套管6，基座1采用混凝土结构作为变压器的底部支撑，基座1上的油箱壳体2作为变压器的外部壳体，油箱壳体2与密封顶盖3共同构成了变压器的外部密封保护壳体，密封顶盖3与油箱壳体2的顶部边缘通过若干封箱螺栓18连接，高压套管6供高压导体穿过与其电位不同的密封顶盖3，对高压导体起到绝缘和支持作用，密封顶盖3上设置有油面温控表19，通过油面温控表19可以测得油箱壳体2内部的油面高度以及冷却油的温度，在产品设计时，考虑了节能及能效的参数，变压器的特殊要求在于，变压器正常运时频率为1000Hz，短时1分钟工作频率为2500Hz，对变压器漏抗有着特殊的要求，漏抗在电压为：5500V、2500Hz时7.3µH（-0%/+10%）；油箱壳体2内位于支撑铁心5上分别装配有高压线圈7以及低压线圈8，低压线圈8与高压线圈7的互相感应，可以改变输出电压；密封顶盖3上固定有分接开关9，分接开关9与高压线圈7通过高压引线连接，密封顶盖3上设置有低压接线座10，低压接线座10与低压线圈8连接，通过分接开关9可以改变高压线圈7与低压线圈8的接线，从而改变输出。

根据说明书附图3-4可知，支撑铁芯5正常工作频率1000Hz，短时1分钟工作频率为2500Hz。由于支撑铁芯5工作频率比正常变压器（50Hz）高很多，所以设计计算时要考虑支撑铁芯5磁密过饱和的问题，正常变压器设计（50Hz）磁密选择为1.35～1.65特斯拉，1000Hz变压器芯柱的磁通密度0.2～0.3特斯拉，为达到变压器性能数据，支撑铁心5采用性能较好的20RK70～23RK85硅钢片，我们选用了20RK70硅钢片，磁通密度为0.263特斯拉。

根据变压器空载损耗计算公式为：

Po=Kpo×Pt×Gfe；

Po-空载损耗（瓦）；

Kpo-空载损耗附加工艺系数，我们设计选为:1.2；

Pt-单位重量的损耗（瓦/公斤），磁通密度为0.263特斯拉时，查曲线表为：2.225（瓦/公斤）；

Gfe-铁心重量（公斤）；

计算结果为：（1000Hz时）；

Po=1.2×2.225×1379=3682（瓦）。

由于产品运行的特殊性，对线圈场强有特殊的要求，线圈场强不大于250V/mm，在产品结构设计时，要考虑层间场强，由于这一特殊要求，高压线圈7以及低压线圈8均采用圆筒式箔式线圈结构，计算层间电压为：66.25V，可以保证线圈的绝强度。

由上述可知，由于变压器频率较高（1000Hz），考虑到漏磁引起的杂散及涡流损耗较大，油箱壳体2、密封顶盖3以及储油柜401均采用低导磁钢板一体铸造成型，

在实施过程中，支撑铁心5的两端分别通过铁心上夹件11以及铁心下夹件12固定，铁心上夹件11为低导磁304不锈钢一体折弯成型的Z型板块，铁心下夹件12为低导磁304不锈钢一体折弯成型的C型板块，主要优点夹件无焊接，一次性折弯成型，对比传统焊接的焊接夹件和槽钢夹件，要简单流畅，铁心上夹件11以及铁心下夹件12与支撑铁心5之间设置有若干绝缘垫块15支撑，起到绝缘作用；

支撑铁心5由若干叠放的铁心片构成，铁芯下夹件的底部与油箱壳体2之间设置有若干对器身垫脚16；铁心上夹件11与密封顶盖3之间通过若干吊装螺杆17连接，通过若干吊装螺杆17可以吊装支撑铁心5，并且以器身垫脚16支护支撑铁心5起到稳定作用，考虑到支撑铁心5、高压线圈7以及低压线圈8的散热问题，在支撑铁心5上设置有不少于一对的对称布置的散热通道13，同时在散热通道13内设置有加强散热的加强型散热结构；高压线圈7与低压线圈8外设置有挡油纸圈14；为使变压器油尽可能通过高压线圈、低压线圈及散热通道，达到降低变压器温升慢的目的，由于变压器频率过高会引起引线涡流损耗较大，除结构件采用低磁钢板，高压引线也采用了较薄的铜箔材料，本单相变压器的技术参数与国外同级产品的对比如表一所示。

表一：同类产品数据对比表

根据说明书附图5-6、8可知，以储油柜401为主体与油箱壳体2之间设置有强迫油循环水冷却装置4，储油柜401主体为空腔结构的壳体，其具体为柱形空腔结构，且位于顶部设置有补油口，在储油柜401的一侧设置有观察口，补油口用于为储油柜401进行补油，并且利用强迫油循环水冷却装置4进行强制水冷降温；强迫油循环水冷却装置4包括循环驱动泵402，储油柜401的一侧设置有循环驱动泵402，循环驱动泵402的出液端与储油柜401连通，储油柜401上设置有连接座403，油箱壳体的顶端连通设置有进油接管座404，进油接管座404与连接座403之间通过进油管路405连接，油箱壳体的底端设置有回油接管座406与循环驱动泵402之间通过回油管路407连接；强迫油循环水冷却装置4还包括支撑架408，储油柜401上安装有支撑架408，支撑架408的顶端为防雨盖409，防雨盖409上设置有导流散热座410，导流散热座410上安装有一对散热风机411，散热风机411与储油柜401对正；进油接管座404上设置有进油控制阀412，回油接管座406上设置有回油控制阀413；储油柜401的外表面呈线性阵列布置有若干散热鳍片414；

在具体实施过程中，储油柜401内储存有作为冷却介质的冷却油，通过循环驱动泵402可以将油箱壳体2内吸热后的冷却油经过回油接管座406上的回油管路407抽回，冷却油循环回储油柜401后通过导流散热座410上的散热风机411对储油柜401进行吹风散热，从而将冷却油中的热量散发出去，经过油面温控表19的测量，控制连接座403的开关，使冷却油经过进油管路405以及进油接管座404进入到油箱壳体2内，回油控制阀413与进油控制阀412可以控制循环油路的开关，支撑架408支撑导流散热座410以及防雨盖409，防雨盖409可以对导流散热座410进行防护，若干散热鳍片414可以提高储油柜401的换热面积，提高冷却油的冷却效率。

根据说明书附图7、9、10可知，为了进一步的提高散热通道的运行散热效率，本申请在散热通道内设置有一对散热通道上分别设置有加强型散热结构，加强型散热结构包括一对插卡槽131，散热通道的两侧对称开设有一对插卡槽131，一对插卡槽131内插装有一对限位插条132，一对限位插条132与散热通道的内壁贴合，一对限位插条132的相对端延伸出一对支板133，一对支板133的端部设置有一对加强散热板134，一对加强散热板134上对称布置有若干对加强散热槽135，散热通道内呈环形阵列布置有若干竖向散热槽136；一对插卡槽131的对称位置设置有一对旁路通道位于一对限位插条132内侧，一对限位插条132与一对插卡槽131之间通过一对定位螺栓137连接；在具体实施过程中，一对插卡槽131与一对旁路通道同轴布置，一对限位插条132插入到一对插卡槽131内，通过一对插卡槽131对一对限位插条132进行限位，通过一对定位螺栓137可以将一对限位插条132位置固定住，在运行过程中，冷却油通过强迫油循环水冷却装置通入到冷却通道内，并且同步在一对旁路通道以及若干竖向散热槽136表面通过，将热量带走，一对限位插条132与一对插卡槽131的过盈配合起到固定作用的同时起到贴合传递热量的目的，通过一对支板133固定一对加强散热板134并且将热量传递到加强散热板134上，一对加强散热板134上设置的若干加强散热槽135提高接触面积，提高冷却换热的效率。

综上所述总体可知，该单相1000赫兹的变压器，是应用于水处理系统中特殊变压器，考虑层间场强以及漏磁引起的杂散及涡流损耗较大，变压器油箱及结构件，均采用了低导磁钢板，并且设置有增强散热结构的强迫油循环水冷却装置，进一步提高冷却油的循环散热效率，从而使变压器在高频运行时，不容易因为漏磁造成热量过高。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种单相1000赫兹的变压器，包括基座（1），所述基座（1）上安装有油箱壳体（2），所述油箱壳体（2）为空腔壳体，所述油箱壳体（2）上部密封连接有密封顶盖（3），所述密封顶盖（3）的一侧设置有储油柜（401），其特征在于，所述油箱壳体（2）内装配有支撑铁心（5），所述密封顶盖（3）上安装有不少于一对的高压套管（6）；

所述油箱壳体（2）内位于支撑铁心（5）上分别装配有高压线圈（7）以及低压线圈（8）；

所述密封顶盖（3）上固定有分接开关（9），所述分接开关（9）与高压线圈（7）通过高压引线连接，所述密封顶盖（3）上设置有低压接线座（10），所述低压接线座（10）与低压线圈（8）连接；

所述高压线圈（7）以及低压线圈（8）均采用圆筒式箔式线圈结构，所述油箱壳体（2）、密封顶盖（3）以及储油柜（401）均采用低导磁钢板一体铸造成型；

所述支撑铁心（5）的两端分别通过铁心上夹件（11）以及铁心下夹件（12）固定，所述支撑铁心（5）由若干叠放的铁心片构成，在支撑铁心（5）上设置有不少于一对的对称布置的散热通道（13）；

一对所述散热通道上分别设置有加强型散热结构，所述加强型散热结构包括一对插卡槽（131），所述散热通道的两侧对称开设有一对插卡槽（131），一对所述插卡槽（131）内插装有一对限位插条（132），一对所述限位插条（132）与散热通道（13）的内壁贴合，一对所述限位插条（132）的相对端延伸出一对支板（133），一对所述支板（133）的端部设置有一对加强散热板（134），一对所述加强散热板（134）上对称布置有若干对加强散热槽（135），所述散热通道内呈环形阵列布置有若干竖向散热槽（136）；

一对所述插卡槽（131）的对称位置设置有一对旁路通道位于一对限位插条（132）内侧，一对所述限位插条（132）与一对插卡槽（131）之间通过一对定位螺栓（137）连接；

所述高压线圈（7）与低压线圈（8）外设置有挡油纸圈（14）；以储油柜（401）为主体与油箱壳体（2）之间设置有强迫油循环水冷却装置（4）。

2.根据权利要求1所述的一种单相1000赫兹的变压器，其特征在于，所述铁心上夹件（11）为低导磁304不锈钢一体折弯成型的Z型板块，所述铁心下夹件（12）为低导磁304不锈钢一体折弯成型的C型板块。

3.根据权利要求2所述的一种单相1000赫兹的变压器，其特征在于，所述铁心上夹件（11）以及铁心下夹件（12）与支撑铁心（5）之间设置有若干绝缘垫块（15）支撑。

4.根据权利要求3所述的一种单相1000赫兹的变压器，其特征在于，所述铁心下夹件（12）的底部与油箱壳体（2）之间设置有若干对器身垫脚（16）。

5.根据权利要求4所述的一种单相1000赫兹的变压器，其特征在于，所述铁心上夹件（11）与密封顶盖（3）之间通过若干吊装螺杆（17）连接。

6.根据权利要求5所述的一种单相1000赫兹的变压器，其特征在于，所述密封顶盖（3）与油箱壳体（2）的顶部边缘通过若干封箱螺栓（18）连接，所述密封顶盖（3）上设置有油面温控表（19）。

7.根据权利要求2所述的一种单相1000赫兹的变压器，其特征在于，所述强迫油循环水冷却装置（4）包括循环驱动泵（402），所述储油柜（401）的一侧设置有循环驱动泵（402），所述循环驱动泵（402）的出液端与储油柜（401）连通，所述储油柜（401）上设置有连接座（403），所述油箱壳体（2）的顶端连通设置有进油接管座（404），所述进油接管座（404）与连接座（403）之间通过进油管路（405）连接，所述油箱壳体（2）的底端设置有回油接管座（406）与循环驱动泵（402）之间通过回油管路（407）连接；

所述强迫油循环水冷却装置（4）还包括支撑架（408），所述储油柜（401）上安装有支撑架（408），所述支撑架（408）的顶端为防雨盖（409），所述防雨盖（409）上设置有导流散热座（410），所述导流散热座（410）上安装有一对散热风机（411），所述散热风机（411）位于储油柜（401）的正上方。

8.根据权利要求3所述的一种单相1000赫兹的变压器，其特征在于，所述进油接管座（404）上设置有进油控制阀（412），所述回油接管座（406）上设置有回油控制阀（413）。

9.根据权利要求4所述的一种单相1000赫兹的变压器，其特征在于，所述储油柜（401）的外表面呈线性阵列布置有若干散热鳍片（414）。

10.根据权利要求1-9所述的一种单相1000赫兹的变压器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

将高压线圈以及低压线圈分别接线到分接开关上，利用吊装螺栓将带有高压线圈以及低压线圈的支撑铁心放入到油箱壳体内；

利用若干封箱螺栓将密封顶盖固定在油箱壳体上，并且利用补油口向储油柜内注入冷却油；

完成低压接线座以及高压套管的接线，并且启动强迫油循环水冷却装置，打开控制阀门，使冷却油在储油柜与油箱壳体之间循环；

在高压线圈与低压线圈外设置有挡油纸圈，完成高低压线圈之间的绝缘隔离，配合绝缘垫块实现对高压线圈以及低压线圈的绝缘隔离；

计算支撑铁心的空载损耗，支撑铁心的磁通密度为0.263特斯拉，经过公式计算本变压器空载损耗为：

Po=Kpo×Pt×Gfe；

Po-空载损耗（瓦）；

Kpo-空载损耗附加工艺系数，我们设计选为:1.2；

Pt-单位重量的损耗（瓦/公斤），磁通密度为0.263特斯拉时，查曲线表为：2.225（瓦/公斤）；

Gfe-铁心重量（公斤）；

计算结果为：（1000Hz时）；

Po=1.2×2.225×1379=3682（瓦）；

通过循环驱动泵的作用将经过油箱壳体内换热后的冷却油抽回到储油柜内，利用储油柜上的导流散热座上的散热风机对储油柜进行散热，进而对储油柜内部的冷却油进行散热；

通过油面温控表监控油箱壳体内的油面高度，同时监控冷却油的温度，当冷却油温度高于设定温度时，提高循环速率，当监控温度低于设定温度时降低循环的速率。