CN1313613A - 模制树脂变压器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是由指示一模制树脂变压器的危险部位以改进安全性。模制树脂变压器的一次线圈的U相、V相和W相漆成不同于铁芯和金属部分的亮度或色度,危险的高压带电部位在视觉上被清晰地指示出来。例如,一次线圈被漆成亮度为7或更高的黄色,而铁芯和其它金属部分如构架被漆成消色或亮度为4或更低的低色度颜色。这样,即便变压器安装在暗地下室房间,带电部位也会由不同的亮度清楚地指示出来。

Description

模制树脂变压器及其制造方法

本申请是1996年1月23日递交的中国专利申请No.96100671.4(优先权日为1995年1月23日)的分案申请。

本发明涉及一种比如使用模制树脂线圈的变压器的感应装置及其制造方法。

模制树脂线圈具有一个由热固性树脂浇铸在线圈周围形成的模制树脂层，已广泛用来作为模制树脂变压器的线圈。

常规的模制树脂线圈技术例如在日本已公开专利No.sho54-50957(1979)和日本已公开专利No.sho57-121207(1982)中公开。

根据日本已公开专利No.sho54-50957中公开的技术，一绝缘层包括一树脂隔离物及浇铸树脂，形成在线圈的内侧表面，此线圈则由导线绕制而成，另据日本已公开专利No.sho57-121207中公开的技术，绝缘层包括绝缘预浸处理薄片和注入树脂，形成在线圈的内侧和外侧表面。

此外，线圈形成的方法是将导线绕制在一个线圈成形模子上，而树脂浇铸在使用成形模子作外模的线圈上。通常地，一台变压器就是由上面提到方法制成的线圈与一铁芯合并构成的。

根据上面提到的日本已公开专利No.sho54-50957中公开的技术，虽然用作隔离物的村脂与用于浇铸形成固体绝缘层的树脂相同，但是，隔离物与绝缘层之间的附着力不够，因为熔化的树脂(浇铸树脂)是浇铸在先前已经硬化的树脂(隔离物)上。在浇铸树脂固化之后，隔离物会出现从浇铸树脂上脱皮，而脱皮会引起介质击穿。

就上面提到的日本已公开专利No.sho57-121207中公开的技术来说，在绕制绝缘预浸处理薄片以形成多层绝缘层的过程中，空气包裹在层与层之间，而包含空气会引起介质击穿。

在另一方面，根据在内、外侧表面提供铸模的方法，而绝缘层在线圈表面外形、耐潮性及机械强度方面优良，这种结构需要许多部件来组成一个铸模，因其多种规格，这种需求导致低生产率并使得组成一铸模的许多部件在维护上不经济。

使用这些模制树脂线圈的常规变压器就安全性改进及一般用途维护来说已得到发展。然而，上面提到常规技术，当用模制树脂线圈组装成一台变压器时，不涉及由视觉指示带电部位的安全性的改进。

本发明的目的是在模制树脂线圈上形成一优良的绝缘层，并改进变压器的安全性及维护。

为达到上述目的，本发明提供一种变压器，它包括模制树脂线圈，插入该模制树脂线圈中的铁芯及用于固定线圈和铁芯的金属部件，其中模制树脂线圈漆成亮色而金属部件漆成暗色。

使用本发明模制树脂线圈的变压器具有优良的机械强度、防潮性和线圈表面外形。并且，对模制树脂线圈上可能产生疏乎性接触的危险部分不是用色度而是用亮度指示。因此，即便变压器安装在诸如照明亮度不够的地下室那样的暗处，危险部位也被清晰地指示出来。

图1是根据本发明的第一实施例的模制树脂线圈的纵向横断面图。

图2是本发明第一实施例绝缘层成形介质的透视图。

图3是取自图1直线Ⅲ-Ⅲ的横断面图。

图4是图解生产本发明第三实施例模制树脂线圈的分解透视图。

图5是图解本发明第三实施例的组合铸模的透视图。

图6是根据本发明第三实施例制做的模制树脂线圈的外形图。

图7根据本发明第三实施例制做的模制树脂线圈的断面图。

图8是本发明第四实施例变压器的正面外观图。

图9是本发明第四实施例变压器的背面外观图。

图10是本发明第四实施例变压器分接抽头罩盖结构的三视图图解。

图11是本发明第四实施例变压器一次端子罩盖结构的图解三视图。

图12是本发明第四实施例变压器上的危险显示。

根据本发明的实施例将参考附图作详细描述。

首先，参考图1至图3说明本发明第一实施例。

这一实施例的模制线圈用于变压器。一般地，变压器包括高压线圈1和低压线圈2，如图1所示，这里，对模制树脂高压线圈1(例如3kv)加以描述说明。在此图中，3表示一个铁芯。

这一实施例中的模制树脂高压线圈1包括一个线圈本体10，由导线11绕制形成一环形断面形状；和绝缘层成形介质21，提供在线圈本体10的内侧和外侧表面。

中间隔层纸板12提供在线圈本体10的导线11的每层之间。

如图2所示，绝缘层成形介质21，包括预浸薄片22(绝缘薄片)，其由绝缘玻璃纤维编织而成的玻璃织物薄片及浸透其间的环氧树脂组成；以及多个矩形玻璃垫层23、23…(绝缘纤维垫层)，它们由玻璃纤维编织而成。玻璃垫层23的尺寸是：长度与预浸处理薄片22的长度l相同，宽度W为10mm到30mm，厚度h为2mm到5mm。多个玻璃垫层23、23…是沿着图3的内、外侧表面以一定间隔A用环氧树脂胶粘接在预浸薄片22上。在玻璃垫层23,23…之间的空隙作为后述树脂25流通的通路24。绝缘树脂层20的总厚度T(槽高度)就是玻璃垫层23的厚度h和预浸薄片22的厚度t的和。

当线圈本体10用树脂模制时，如图1和图3所示，绝缘层成形介质21是包绕在线圈本体10上，所以绝缘层成形介质21的玻璃垫层23紧贴在线圈本体10的内侧和外侧表面上。绝缘层成形介质21的预浸处理薄片22是半硫化的预浸处理薄片。

之后，环氧树脂25被浇铸在绝缘层成形介质21的预浸处理薄片22和线圈本体10的内外侧表面之间。浇铸的环氧树脂流入到玻璃垫层23和23之间的树脂通路24中并浸透到玻璃垫层23中，也进入到绝缘层成形介质21的预浸处理薄片22和线圈本体10的内外侧表面之间。在浇铸环氧树脂25时，树脂的浇铸缓慢进行，因此不包含空气，且因线圈本体10振动，因此即便树脂中混入空气也会被排除。例如，应用一定频率的超声振动可使线圈本体10振动。当浇铸的环氧树脂硬化后，模制树脂线圈1即完成。

如上所述，在线圈本体10内、外侧表面形成由环氧树脂25和绝缘层成形介质21组成的绝缘树脂层20。

在常规技术中，绝缘层的形成是用绝缘胶带缠绕以形成多层的层体。在这种情况下，胶带之间由于胶带的放松或不可恢复的拉长不可避免地要形成空气隙。另一方面，在这个实施例中，空气隙将不会形成，因为流体浇铸树脂25是浇铸在线圈本体10和预浸处理薄片22之间形成绝缘层20。当浇铸树脂25时，上面提到的处理使树脂25脱离空气。浇铸的树脂25浸透到玻璃垫层23之内使绝缘层成形介质21与浇铸树脂25结合，空气隙将不会形成，这不同于使用隔离物的常规技术，在这种场合，隔离物会碰巧在绝缘层中形成的空气间隙中产生脱皮。因此，由于绝缘层20中的空气隙而导致的介质击穿及其热传导性能的变坏得到了防止。

在这个实施例中，绝缘层成形介质21是预先准备的，以免除以一定间隔设置多个隔离物的工作，或者如在常规技术中用绝缘胶带缠绕线圈本体10形成多层绝缘体的工作。这样，生产时间被缩短。

在这个实施例中，冲击强度得到改善，因为玻璃纤维混合在绝缘层21之内。

生产本发明模制树脂线圈的方法参照图4、图5说明。

在这个实施例中，有一个内模101，它作为线圈的心轴和模子使用，玻璃垫层104围绕在内模101的外表面它最终将作为模制树脂线圈的内表面，以形成绝缘层的内侧表面；之后，导线11和中间隔层纸12绕在绝缘层上形成绕制线圈103。再后，在绕制线圈的外表面它最终将作为模制树脂线圈的外侧表面，由玻璃垫层104围绕形成外部绝缘层。两片可弯曲的金属板102用来作外模。两金属板102的边缘面对浇铸夹紧装置105的双弯头，并且其边缘与弯头由夹紧装置如虎钳106(参考图5)夹紧，金属板沿线圈本体的外部形状环绕，而线圈本体由带钢固定。一销钉121从内模101侧边伸出，且这个销钉121穿入到铸模105的对应孔122中以相互定位。类似地，销钉123和124从铸模105的底部伸出，这些销钉123、124穿过提供在底部120的对应孔125和126以相互定位。树脂被浇铸进入如上述形成的模子里。

用作外模的金属板102的高度可以与线圈相同或更高，宽度与线圈周边的一半相同或更宽，并且具有某一相同尺寸的金属板可以用来作具有各种不同外部成形尺寸线圈的外模。金属板在用作一个外模成形前的形状是平的，金属板可以用堆积形式储存，因此，外模储存的空间可以减至最小。玻璃垫层104用于形成绝缘层并且也用树脂浸透。

图6是由上述过程生产的模制树脂线圈107的背侧透视图。玻璃垫层104装在绝缘层的内侧和外侧表面，外模围绕在线圈的外形，并且外模用带钢固定，因此，玻璃垫层104的纤维分散地露在已完工的线圈的表面(131)。用于形成外模的金属板102彼此搭接在线圈的背侧。搭接使得线圈表面出现一个金属板厚度的台阶，因此，线圈具有沿线圈高度方向出现一边缘109或边缘切出痕迹的特征。

图7是图6所示模制树脂线圈107沿直线A-A的断面图。包含玻璃垫层的强树脂绝缘层108b在绕制线圈103内、外侧表面形成，三个绝缘层108a只由树脂组成，成形在三个位置：线圈高度方向上的顶部、中部和底部。玻璃垫层的纤维密度为300-500g/m²，可以在商业市场上买到，这种类型的玻璃垫层的纤维密度在范围上适于用作线圈绝缘层的玻璃垫层104。特别是，密度为500g/m²的玻璃垫层更适合于用作绝缘层内、外侧表面的绝缘材料，因为这种玻璃垫层在浇铸树脂时具有优良的树脂浸透性，且有高的强度，使得当绕制线圈和固定外模时允许有高的外部压力。

在这个实施例中，耐热膜15如聚乙烯对苯二甲脂(PET)、聚乙烯聚酰亚胺(PEN)、聚乙烯亚胺(PEI)及聚酰亚胺(PI)被用作中间隔层纸膜12。这些材料具有高的热传导性，使用这种类型的薄膜使得模制树脂线圈易于冷却。因此，在这一实施例中，在生产相同容量的模制树脂线圈的情况下，与常规做法相比，线圈的导体部分的尺寸可以比常规的小，因为有效的冷却能力阻止了因电流密度增加而导致的热量增加。另外还有，内侧、外侧绝缘层可以比常规线圈的绝缘层薄，因为本发明的绝缘层的强度高，这样，这个因素也使得线圈的尺寸可以减至最小。

聚乙烯对苯二甲脂(PET)的热传导率是0.151w/m·k，聚乙烯聚酰亚胺(PEN)的热传导率是0.151w/m·k，聚乙烯亚胺(PEI)的热传导率是0.198w/m·k，而聚酰亚胺(PI)的热传导率是0.156w/m·k。而聚乙烯对苯二甲脂(PET)的介质击穿电压是220kv/mm，聚乙烯聚酰亚胺(PEN)的介质击穿电压是294kv/mm，聚乙烯亚胺(PEI)的介质击穿电压是210kv/mm，而聚酰亚胺(PI)的介质击穿电压是260kv/mm。

根据以上描述的实施例，它们使用一个内模，用作线圈心轴和模子；一个外模，是由绕在线圈外面的可弯曲平板形成的，以及绝缘层，被用作内模和外模之间的隔离物并接受树脂的有效浸注，据此，下列效果可以显示出来。

(1)生产模制树脂线圈的施工性能得到改进。

(2)内外表面绝缘层机械强度得到改善。

(3)外模的维护不需要。

(4)线圈的冷却通过外模平板的处理更便利。

(5)线圈的防潮性能得到改善。

(6)要求的最小绝缘层厚度由粘接金属板到线圈上得以减少，而这样，需要的树脂量得到减少。

在下文，叙述一个根据本发明第四实施例的变压器，它使用上文所述的模制线圈。

根据本发明制作的变压器的外观如图8和图9所示。图8是该变压器前上方的透视图，图9是其后上方的透视图。

在图8和图9中，201U,201V,201W分别是一次线圈的U相，V相和W相，而203a和203b是铁芯。二次线圈202U,202V和202W，它们没有示于图中，分别插入到一次线圈201U,201V和201W之内。在如图所示的变压器中，铁芯203a和203b的支柱插入到二次绕组202U,202V和202W之中，而二次线圈202U,202V和202W插到一次线圈201U,201V和201W的内层。在这些线圈里，具有高热传导性的绝缘材料如聚乙烯聚酰亚胺用作中间隔层纸膜，如上文第三实施例所述。所以，在这个实施例中也是如此，使用由高热传导性的中间隔层纸和玻璃垫层构成的强树脂绝缘层，电流密度可增加，且线圈的尺寸减至最小。

在这一实施例中，由卷制硅钢片生产的卷制铁芯用作铁芯203a和203b。铁芯可以是由非晶体金属箔片卷制而成的卷制铁芯。由于使用这种卷制磁性铁芯，与采用分层铁芯的情况比较，铁芯损失减少并导致能量的节省。如上文所述，应用本发明模制线圈的尺寸减至最小，因此，一个小的和重量轻的铁芯即足够用于这种类型的模制线圈。因而在这方面，与常规技术相比铁芯损失减少并实现节省能量。

例如，就容量为20KVA到500KVA的三相变压器来说，变压器的尺寸减至最小，其高度对20KVA为345毫米，而对500KVA为505毫米。就容量为20KVA到500KVA的单相变压器来说，变压器的尺寸减至最小，其高度对20KVA为360毫米，而对300KVA为505毫米。因而，与常规变压器相比，变压器的体积减小约10％。以最小数字计，铁芯尺寸减小约5％，则铁芯损失减少约5％。这样，空载损失减少约为5％。与常规变压器相比，高度尺寸被制得较小，一定绝缘厚度的变压器可以放在高度为700毫米的小开关柜内，这是GEM1424里建议的尺寸之一。

绕制铁芯203a和203b，一次线圈201U,201V和201W，以及二次线圈202U,202V和202W固定在底部构架204和顶部构架205之间。底部构架204用四个夹入的防振橡胶垫300联接到两道底座206a和206b。当此变压器安装在地板上时，两道底座206a和206b由螺栓旋入螺纹孔固定在地板上。顶部构架204和底部构架205由穿过二次线圈202U,202V和202W内周的联接体联接在一起，该结构没有在图中示出。卷制铁芯203a和203b、一次线圈201U,201V,201W及二次线圈202U,202V,202W固定在底部构架204和顶部构架205上，两构架之间带有夹入的橡胶体208和隔离物209。除这种结构外，在本发明中绕制铁芯还用作铁芯，绕制铁芯的使用减少了接缝，减少接缝则减少了燥音的产生。

在图中，底部构架的前面右侧角和背面右侧角(当从前面看时为左侧)分别提供了接地端子208a和208b。在这个实施例中，接地端子208a和208b提供在变压器的对角线上，这种安排允许变压器安装在有限的空间。在底部构架204上，提供了孔219，它们是为了在变压器移动时穿挂钩用。由于这个吊运孔的提供，搬运作业变得容易。

在图中，顶部构架205的右侧和左侧切口，是用于吊装的悬挂凹口。二次线圈202U,202V,202W的端子221和用作联接导线的汇流排222，提供在顶部构架205的后上方。接触防止板(未在图中示出)的接地端子215提供在二次线圈和一次线圈201之间，位于底部构架204的左后侧(当从前面看时是右侧)。

参考图8和图9，用于转换线圈与线圈分层抽头间联接的旋转型分接抽头210及联接母线220提供在图中二次线圈202U,202V,202W竖直方向的中部。一次线圈201U,201V,201W的首端211提供在二次线圈202U,202V,202W的前上方。半透明的绝缘罩盖212和213(含有与透明材料)提供在分接开关210和端子211上。

分接抽头210的罩盖的形状如图10所示，端子211罩盖的形状如图11所示。在图10和图11两个图中，“a”表示正视图，“b”表示侧视图，“c”表示俯视图。如图11所示，在端子211的罩盖上写着“高压危险”的显示牌333。

如上所述，由于提供了绝缘罩盖212和213，防止了因不小心而接触裸露的高压部分。使用半透明材料作212和213的绝缘罩盖使得分接抽头210和端子211可以从外面看到，且其紧固连接看一眼就可检查。不同地是如果使用透明罩盖，罩盖的存在不能由工人察觉到，并且工人会觉得危险。

如图8和图9所示，在这个实施例中，示于图12的危险显示标志牌214被标志在变压器的四面。如图12所示，在这个实施例的危险显示标志牌214中，字符和符号2141用于显示危险，而句子2142用于描述危险类型及危险作用，它们分别安排。由于不仅显示危险的存在，而且还显示原因及危险作用，所以安全性得到改善。

本发明变压器的结构已如上文描述(参考图8和图9)，一次线圈201U,201V,201W，和二次线圈202U,202V,202W被漆成高亮度的亮黄色，如用孟赛尔云母(Munsell)No.2.5Y8/14号漆。底部构架204、顶部构架205，和底座206被漆成低亮度的暗灰色，如使用孟赛尔云母No.N4.0号漆。卷制铁芯203a和203b漆成接近于黑色的暗色。

在这一发明中，漆色的原因在下文叙述。

虽然绝缘层已形成在一次线圈201U,201V,201W和二次线圈202U,202V,202W的表面，当变压器在运行中时，高电压会感应在这些绝缘层的表面，裸手接触它将是危险的。因此，一次线圈201U,201V,201W和二次线圈202U,202V,202W漆成亮色高色度，以便这些线圈的危险被认识到。然而，在另一方面，变压器经常安装在地下室中，在地下室中，通常照度是20lx到50lx(日本照明学会《照明手册》,1963年6月10日出版，ohm公司)，在这种较暗的地方，人眼对色度差不很敏感，但是对亮度差敏感。基于这一事实。在这一实施例中，一次线圈201U,201V,201W和二次线圈202U,202V,202W漆成黄色，这种颜色具有高亮度和高色度，并且普遍地被用作标识危险的颜色。而其它部位漆成暗色以便黄色在暗色中更为显眼。

在这一实施例中，使用2.5Y8/14黄漆和N4.0灰漆(二者均为孟塞尔色表座标系统表示，但是漆色也不限于这些漆。涂在两个位置上的两种颜色之间的对比是显眼的，就是说在孟塞尔表座标系统中，理想的是亮度的差别为3到10或更高及色度的差别为8或更高(Motoro kawa kami：《色彩词典》,Asakura sho ten出版社1987年12月10日出版)。

按照本发明使用的亮色包括色彩5Y、7.5Y、10Y、2.5GY、5GY、7.5GY、10GY、2.5YR、5YR、7.5YR和10YR，在孟塞尔色表座标系统(或者JIS标准色)中，10YR色彩达到7的亮度或更高，色度达到8或更高，按照本发明使用的暗色漆包括亮度为4或更低的消色漆及亮度为4或更低而色度在2左右的消色漆。理想的暗色是亮色的互补色。

把铁芯和金属部件漆成消色或低色度，模制树脂线圈变得显眼和易于识别，这样，漆色防止了工人偶然接触，且安全性和维护均得到改进。

对各个亮度反射率为：亮度为9，反射率为78.66％；亮度为8时，反射率为59.1％；亮度为7，反射率为43.06％；亮度为6，反射率为30.05％；亮度为5，反射率为19.77％；亮度为4，反射率为12.0％；亮度为3，反射率为6.555％；亮度为2，反射率为3.126％(JISZ8721)。

例如，若配合亮度为8的亮色漆和亮度为4的暗色漆，则亮色漆的反射光大约是暗色漆的4.9倍；配合亮度为7的亮色漆和亮度3的暗色漆、亮色漆的反射光强约是暗色漆的6.6倍；配合亮度为9的亮色漆和亮度为6的暗色漆，亮色漆的反射光约为暗色漆的2.6倍。由于漆色的亮度差在3或3以上，亮色漆反射光是暗色漆的2.6倍或更高，所以两种颜色在暗处易于辨别。

把铁芯漆成暗色，根据黑体辐射定律，从铁芯上释放热量变得更为方便。

安装变压器的房间的顶蓬及墙壁一般漆成亮度为8到9的白色或亮灰颜色，而色度限制在4或更低(日本，照明学会《照明手册》ohm公司出版，1963年6月10日)。

把模制树脂线圈漆成颜色，模制树脂线圈变得显眼，因为其色度不同于房间室内表面。铁芯和金属部件漆成低亮度色，这种漆色使模制树脂线圈醒目，且使变压器的存在变得显眼。

用于模制树脂线圈的漆的色彩在孟塞尔色表座标系统或JIS标准色彩范围内选择从2.5YR到10Y色彩，或者黄红色或黄色，这样一种高亮度(亮度为7至8)和高色度(10或更高)漆被选定。这些漆是暖色漆，且这些漆给人的感觉是豪华色，模制树脂线圈变得更显眼，且高压模制树脂线圈更容易被觉察到，这样，漆色防止了工人偶然接触。

如果铁芯和金属部件漆成纯黑色(亮度为1或更低)，因为反射显著减少，安装变压器的房间内部变暗。因此，理想的情况是铁芯和金属部件漆成暗灰色(亮度为4至2)以适于光反射。

在这个实施例中，为了说明用卷制铁芯作为铁芯，但是当铁芯损失问题不是很重要时，可以使用叠层铁芯而不用卷制铁芯。

根据本发明，可以提供一种变压器，它具有一带有优良绝缘层的模制树脂线圈且能够改进其安全性和维护。

Claims (4)

1．一种模制树脂变压器，包括一模制树脂线圈，其包括一绕制导线线圈和包裹在所述线圈外表面的树脂绝缘层；插入所述模制树脂线圈中的铁芯；其中所述模制树脂线圈包括一围绕在所述线圈内表面和外表面的绝缘薄片，多个预定尺寸的绝缘纤维垫层，其是由玻璃纤维编织而成，且布置在所述线圈与所述绝缘薄片之间，以及在所述线圈和所述绝缘薄片之间浇铸并硬化以浸透到所述绝缘垫层中的树脂绝缘层。

2．如权利要求1所述的一种模制树脂变压器，其中所述线圈包括耐热的中间隔层纸板。

3．如权利要求1所述的一种模制树脂变压器，其中所述铁芯是由非晶金属箔片卷制而成。

4．一种制造模制树脂线圈的方法，在具有绕制导线的线圈的内围面和外围面布置绝缘部件，并且用热固性树脂模制所述线圈，包括如下步骤：

在用作线圈心轴和浇铸模的内模周围布置第一树脂包容绝缘部件，

把导线绕在具有所述第一绝缘部件的所述内模上，形成一线圈，

在所述线圈周围布置第二树脂包容绝缘部件，

弯绕一个可弯曲的金属板，它作为外模围绕在具有所述第二绝缘部件的所述线圈上，

在所述内模和外模之间形成的空间中浇铸树脂，并硬固所述树脂。

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