CN1864236A - 三相变压器 - Google Patents

Abstract

一种三相变压器的优选实施例，包括第一、第二和第三绕线柱，以及分别位于第一、第二和第三绕线柱周围的第一、第二和第三绕组，所述第一、第二和第三绕组各自包括卷绕成多个重叠层的导电体、以及位于各个重叠层之间的不带有端填充物的绝缘材料，所述各重叠层中的每一层都由所述导电体的多个相邻的线匝形成端填充物。所述导电体在第一和第二重叠层之间具有过渡部分，所述过渡部分是下列的其中之一：弯曲部分，以便在导电体中形成偏折，以及被固定至所述多个相邻线匝中的至少一个上。

Description

三相变压器

技术领域

本发明通常涉及用于变换电压的变压器，更具体地涉及三相变压器。

背景技术

三相变压器通常包括磁芯和三组高低电压绕组(线圈)。各组高低电压绕组安装在所述磁芯的对应的绕线柱(winding leg)上。

所述绕组通常是通过在连续的基体上卷绕例如铜线或铝线的导电体而构成的。导电体可以围绕芯轴卷绕或直接卷绕在变压器的相关绕线柱上。将导电体卷绕成并排关系的多个线匝，以便形成第一层线匝。随后在第一层线匝的周围放置第一层绝缘材料。在第一层绝缘材料上将导电体卷绕成多个第二线匝，由此形成第二层线匝。

随后在第二层线匝上放置第二层绝缘材料。然后，在第二绝缘层上将导电体卷绕成多个第三线匝，由此形成第三层线匝。可以重复上述步骤直到形成了预定数量的线匝层数。

绝缘材料通常形成为片状或连续的条状。绝缘材料通常包括端填充物，例如，以粘接或其他方式固定到所述片状或条状相对端的填充材料。例如，图8示出了使用常规技术形成的变压器绕组99的一部分。变压器绕组99包括各个包含端填充物101的绝缘材料片100，以及按各层108卷绕的导电体106，所述每个层108以导电体106的多个线匝构成。

端填充物被认为可以增加变压器绕组的抗短路能力，并且由此可以减少发生短路故障的可能性。端填充物还可以抑制各层最外面的线匝与其相邻线匝相分离的趋势，以及可以防止从它们各自所在的层向下脱落的趋势。换句话说，端填充物可以具有约束效果，抵消最外侧线匝向外移动、远离它们分别所处的层中的其他线匝的趋向。

与使用不带有端填充物的绝缘材料的情况下形成的绕组相比，端填充物的应用增加了绝缘材料的成本(以及变压器绕组的总成本)，增加了需要存贮绝缘材料所需的空间，以及对变压器绕组的工艺性有不利的影响。此外，应用端填充物使得绕组加工难以自动化。由于此类变压器相关的千伏安额定值都相对较高(50千伏安以及更高)，因此直到最近，才被认为在三相变压器中通常都必须使用带有端填充物的绝缘材料。同样，正如以上所描述的，使用带有端填充物绝缘材料通常被认为是一种必要的技术手段，用于防止变压器绕组最外侧线圈与其相邻线圈相分离的趋势、和用于抑制从它们所在的层脱落的趋势。

发明内容

一种三相变压器的优选实施例包括第一、第二和第三绕线柱，以及分别位于第一、第二、和第三绕线柱周围的第一、第二、和第三绕组。第一、第二和第三绕组各自包括卷绕成多个重叠层的导电体、以及位于各个重叠层之间不带端填充物的绝缘材料，其中所述各个重叠层是由导电体的多个相邻的线匝形成的。导电体具有形成在第一和第二重叠层之间的过渡部分。所述过渡部分是下列的其中之一：在导电体中形成偏折的弯曲部分，以及被固定到相邻的多个线匝中的至少一个上。

一种用于形成变压器绕组的优选方法，包括：将导电体卷绕成并排关系的多个第一线匝以形成第一层线匝，以不带有端填充物的绝缘材料层覆盖第一层线匝的至少一部分，将导电体卷绕成并排关系的多个第二线匝以形成第二层线匝，所述第二层线匝覆盖第一层线匝和绝缘层。所述优选方法还包括：下述至少其中之一的步骤：弯曲导电体，用于在第一层线匝和第二层线匝之间的导电体中的过渡部分的导电体中形成偏折；以及将所述导电体中的过渡部分固定到多个第一线匝中的至少一个上。将导电体按下述方式之一进行卷绕：在三相变压器磁芯的绕线柱上卷绕成的多个第一和第二线匝，或在芯轴上卷绕成多个第一和第二线匝、并且随后安装在绕线柱上。

另一个用于形成变压器绕组的优选的方法，包括：将导电体卷绕成并排关系的多个第一线匝以形成第一层线匝，并且相对于第一层线匝向上并且横向地弯曲导电体的第一部分，以使得紧接着导电体的第一部分的导电体的第二部分覆盖第一层线匝。所述优选的方法还包括，随后将导电体卷绕成并排关系的多个第二线匝以形成第二层线匝。将导电体按下述方式之一进行卷绕：在三相变压器磁芯的绕线柱上卷绕成多个第一和第二线匝；或者是在芯轴上卷绕成多个第一和第二线匝，并且随后被安装在绕线柱上。

附图说明

连同附图一起阅读上述简介以及下述详细说明，可以更好的理解本发明。为了说明本发明，附图示出了当前的优选实施例。然而，本发明不限于附图中所公开的特定的方式。附图中：

图1是三相变压器优选实施例的侧视图；

图2示出在图1中的变压器的绕组的侧视图；

图3示出了在图2中正在卷绕绕组的第二层线匝的侧视图，并且剖面地示出了绕组的绝缘材料片以显示绕组的第一层线匝；

图4示出了图3中标记为“A”的区域的放大视图，该透视图是图3的透视图旋转90度的得到的；

图5示出了图2至4中绕组沿着图2中线″B-B″的剖视图；

图6示出了图3中第一层线匝的侧视图，示出了用于将图3中的第一和第二层线匝之间的过渡部分固定到第一层线匝的机械连接；

图7示出了图3和图6中第一层线匝和过渡部分的侧视图，以及安装在过渡部分和第一层线匝上的用于将过渡部分固定至第一层线匝的带状物；以及

图8示出了应用传统技术形成的变压器绕组的剖视图，变压器绕组包括带有端填充物的绝缘材料。

具体实施方式

图1示出了三相变压器100的优选实施例。变压器100包括常规的叠片式磁芯102。磁芯102由例如织构化的(textured)硅钢或非晶质合金等的适当的磁性材料组成。磁芯102包括第一绕线柱104、第二绕线柱106以及第三绕线柱108。磁芯102还包括上磁轭110和下磁轭112。通过使用例如恰当的粘合剂，将第一、第二和第三绕线柱104、106、108中每一个的对接端与上磁轭和下磁轭(110，112)固定连接在一起。

围绕每个第一、第二和第三绕线柱104、106、108配置原边绕组10。同样地，围绕每个第一、第二和第三绕线柱104、106、108配置副边绕组11。如变压器制造和设计领域技术人员所公知的，原边绕组10可以电气地连接为“三角形”结构。取决于变压器100电压的需求条件，副边绕组11可以电气地连接成“三角形”或“星型”结构。(为了简明起见，图1中没有示出原边绕组10和副边绕组11之间的电气连接关系。)

原边绕组10可以电气地连接到三相电源(未示出)。副边绕组11可以电气地连接到负载(未示出)。当原边绕组10受到负载激励时，原边和副边绕组10，11通过磁芯102感应地耦合。更具体地，通过原边绕组10的交流电压在磁芯102中建立起交变的磁通。该磁通通过副边绕组11(以及连接在其上的负载)感生出交变电压。

对于理解本发明来说，由于变压器100的附加的构造单元以及功能性的细节的描述并不是必需的，因此这里不再对其进行阐述。

以下将描述用于形成原边绕组10的优选的方法(该优选的方法同样也适用于副边绕组11)。此处示出的原边绕组10是圆柱状的。对形成为其他形状的绕组也可以应用该优选的方法，例如圆形、矩形、带有曲面侧的矩形、椭圆形等等。

原边绕组10被描述为直接卷绕在变压器100的绕线柱104上(参见图2)。还可以使用优选的方法在芯轴上形成原边绕组10，并随后安装在绕线柱104上。该优选的方法还可以应用于非同心的原边和副边绕组。

原边绕组10包括在一连续的基体上围绕绕线柱104卷绕的导电体16(参见图2)。导电体16可以是，例如矩形的、圆形的或扁平圆形的铝丝或铜丝(也可以使用包括具有非圆形横截面在内的其他类型的导电体作为替代)。原边绕组10还包括宽面(face-width)的片状绝缘层。更具体地，原边绕组10包括多个绝缘材料18片(参见图2、3以及5)。各绝缘材料片18可以由热固性环氧金刚石菱格覆层的牛皮纸构成(通常称为“DPP paper”)。应当注意到也可以使用其他类型的绝缘材料代替，例如热固性环氧完全覆层的牛皮纸或覆层的皱纹纸。所述各绝缘材料片18不包括端填充物。

原边绕组10包括导电体16的线匝的各重叠层。各个绝缘材料片分别配置在线匝的各个重叠层之间(参见图5)。各个层中的线匝渐进地向前横跨原边绕组10的宽度(卷绕)。换句话说，原边绕组10的各个重叠层都是通过将导电体16卷绕成多个线匝而构成的，所述多个线匝以并排关系设置，横跨原边绕组10的宽度。

原边绕组10是这样构成的：在第一绕线柱104的外表面上安放其中一块绝缘材料片18，使得绝缘材料片18覆盖所述外表面的一部分。

随后在绕线柱104上卷绕第一层线匝20。更具体地，围绕绕线柱104的外表面并且在绝缘材料片18上卷绕导电体16，直到形成了预定数量的相邻的(并排)线匝。

从第一层线匝20到重叠的第二层线匝22的过渡部分可以通过弯曲导电体16而构成。更具体地，可以在第一层线匝20的末端处的导电体16处，即在从第一层线匝20过渡或跨越到第二层线匝22的导电体16的部分(参见图3、4、6、以及7；为了简明起见，图4中未示出绝缘材料片18)设置偏折(offset)或弯曲部分24。(使用在整个说明书以及权利要求中的术语“弯曲”，指的是永久性地[不会恢原的]使导电体16变形)。

弯曲部分24向上伸展，即远离第一绕线柱104的下表面(参见图4)。弯曲部分24还相对于第一层线匝横向地伸展，即沿着与第一绕线柱104的纵轴一致的方向伸展(参见图3)。这样弯曲部分24使得导电体16随后的部分位于第一层线匝20之上。利用弯曲部分24使导电体16从第一层线匝20过渡到第二层线匝22，被认为可以减轻与弯曲部分24最近的第二层线匝22的最外侧线匝与它们相邻线匝相分离的可能性，以及减轻它们从位于第一层线匝20上面的位置向下脱落的可能性。

(如下所述，减小原边绕组10最外侧线匝与它们的相邻线匝相分离的可能性，就可以促使对不带端填充物的绝缘材料的使用。)

应当注意到，为形成弯曲部分24而弯曲导电体16的角度取决于以下因素：例如，导电体16的直径、原边绕组10的总体尺寸、原边绕组10上弯曲部分24的圆周位置(其反过来又可能取决于原边绕组10的形状)等等。因此在这里没有明确这个角的特定值。

可以向第一层线匝20和第二层线匝22之间起过渡部分作用的导电体16的部分施加适当的粘合剂，例如热熔性粘合剂。更具体地，可以向弯曲部分24、以及紧挨着弯曲部分24前后的导电体16的部分施加粘合剂。还可以向与弯曲部分24相邻的第一层线匝20的部分施加粘合剂。一旦粘合剂变干，就形成了机械连接26，该机械连接26可以将弯曲部分24固定到与第一层线匝20相邻的部分上(为了简明起见，该连接26仅在图6中示出)。连接26用于降低最接近弯曲部分24的第二层线匝22的最外侧线匝与它们的相邻线匝相分离的可能性。

应当注意的是，向在第一层线匝20和第二层线匝22之间过渡的导电体16的部分施加粘合剂的技术，可以在没有在导电体16中形成弯曲部分24的所述优选方法的其他变换的方案中使用。

在以上述的方式形成了从第一层20到第二层22的过渡部分之后，形成第二层线匝22。特别地，另一绝缘材料片18被固定在第一层线匝20之上的位置，因此这片绝缘材料18边缘的位置最接近于弯曲部分24，并且延伸横跨第一层线匝20(参见图3)。

随后，以上述的相应于第一层线匝20的(缠绕)方法，在第一层线匝20和覆盖的绝缘材料片18上卷绕导电体16以形成第二层线匝22。换句话说，第二层线匝22是这样形成的：通过将导电体卷绕成一系列反向渐进地横跨第一层线匝20的相邻线匝，直到达到了预定的匝数。

在卷绕了第二层线匝22之后，以上述的相应于在第一和第二层(20，22)之间进行过渡的方法，在第二层线匝22和重叠的第三层线匝23之间形成过渡部分。随后，另一片绝缘材料18被安置在第二层线匝22的周围。随后，将导电体16卷绕成一系列相邻的线匝，这些线匝横跨绝缘材料片18和第二层线匝22的宽度前行，的由此形成第三层线匝23。

重复上述过程直到已经在原边绕组10中形成了期望的层数(为了简明起见，图5中仅仅示出了三层线匝)。随后可以应用传统工艺对在绝缘材料片18上的粘合剂进行熔化并固化，例如在对流加热炉(convection oven)中加热原边绕组10。

一种常规的自动化卷绕机可以被编程用于执行上述的弯曲和胶粘操作。例如，已经通过使用可以从BR Technologies GmbH购买到的AM3175型分层绕线机实验性地实现了上述方法。

在进行卷绕工艺之前可能需要对导电体16进行平直处理。在导电体16的直径大于大约0.7毫米的应用中可能需要进行这样的处理。对导电体16进行平直处理可以进一步地抑制最外侧的线匝与它们相邻的线匝相分离的可能性。(可以使用变压器设计和制造领域的技术人员公知的常规工艺处理导电体16使其变得平直)。

应当注意的是，可以使用连续的条状绝缘材料(未示出)来代替绝缘材料片18。特别地，可以在(卷绕)导电体16之前连续地卷绕所述连续条状绝缘材料以提供与绝缘材料片18大体相同的绝缘特性。可以围绕原边绕组10的特定层安置这种绝缘条，并且随后使用变压器设计和制造领域技术人员公知的常规工艺在该层的末端将绝缘条切割为适当的长度。

优选的方法的可替换方案可以包括栓接(lugging)技术。特别地，以变压器设计和制造领域技术人员公知的方法，通过使用带29(或绳、索带、线等等)，原边绕组10的各层之间的过渡部分可以与它们相邻的线匝或相邻的一系列线匝拴系在一起，(参见图7)。以这种方法拴系(栓接)导电体16可以降低原边绕组10最外侧线匝与它们的相邻线匝相分离的可能性。

在三相变压器绕组，例如原边绕组10的绝缘材料上的端填充物的一个主要应用是用于防止或抑制该变压器绕组最外侧线匝与它们的相邻线匝相分离。因此，在某些情况下，上述用于降低原边绕组10最外侧线匝与它们的相邻线匝相分离的可能性的技术，能够促进在三相变压器中对无端填充物的绝缘材料的使用。(尽管上述技术以前已经被用于单相变压器所使用的绕组中，但是可以相信，在本申请之前这样的技术没有应用到三相变压器所使用的绕组中。)

此外，本申请使得变压器设计领域技术人员知晓了：如果在变压器中使用的绝缘材料上适当地粘接了粘合剂，那么在大多数三相变压器中就不需要端填充物也可以获得足够的抗短路强度。因此，通过利用上述技术可以削减附加的费用，并且也可以消除与使用端填充物相关的附加的存放和制造困难。

可以相信，上述各技术的不同组合可以促进在例如原边绕组10的三相变压器绕组中对不带有端填充物的绝缘材料的使用。能够获得这种效果所需的各种技术的适当组合取决于，至少部分取决于导电体16的直径。

在导电体16的直径小于大约1.8毫米时，使用粘合剂在原边绕组10的各层之间起过渡部分作用的导电体16处形成机械连接，这被认为是可以通过其自身就足以允许使用不带有端填充物的绝缘材料。而在导电体16的直径超过大约1.8毫米的应用中，可能需要在原边绕组10各层之间的导电体16的过渡部分形成例如弯曲部分24的弯曲，以作为对上述技术的补充。

无论导电体16的直径是多少，可以认为，通过使用栓接(lugging)技术本身就足以允许使用不带有端填充物的绝缘材料。然而，应当指出，与导电体16的直径无关，每一个上述提到的技术都可以以其他的一个或几个技术为补充，以提供额外保护，防止原边绕组10最外侧线匝从它们所在的层脱落。

(如上所述，在导电体16的直径大于大约0.7毫米的应用中，可能要求对导电体16进行平直处理。这个要求的应用可以被认为与其他技术方案的组合无关，所述其他技术方案是指用于防止原边绕组10最外侧线匝从它们的下层线匝脱落的技术方案。)

可以重复上述工艺以形成其他的原边绕组10和副边绕组11。

应当理解，虽然在上述描述中已经阐明了本发明许多的特征和优点以及本发明的结构与功能的细节，但是所公开的内容仅仅是说明性的，并且在本发明原理的范围内可以在细节上加以变化，特别是在各部件的形状、尺寸以及布置等方面。

Claims (23)

1.一种用于形成三相变压器绕组的方法，包括：

将导电体卷绕成并排关系的多个第一线匝以形成第一层线匝；

以不带端填充物的绝缘材料层覆盖所述第一层线匝的至少一部分；

将所述导电体卷绕成并排关系的多个第二线匝以形成第二层线匝，所述第二层线匝覆盖在所述第一层线匝和所述绝缘材料层之上；以及

进行下述处理的至少一个：

弯曲所述导电体，以在位于第一层线匝和第二层线匝之间的导电体的过渡部分处的导电体中形成偏折，以及，将所述导电体中的过渡部分固定至所述多个第一线匝中的至少一个上，其中所述导电体是下列的其中之一：

在三相变压器磁芯的绕线柱上卷绕成的多个第一和第二线匝；以及

在芯轴上卷绕成所述多个第一和第二线匝，并且随后安装在绕线柱上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中将导电体中的所述过渡部分固定至所述多个第一线匝中的至少一个上包括，粘接地将所述导电体中的所述过渡部分连接到所述多个第一线匝中的至少一个上。

3.根据权利要求1所述的方法，其中将导电体中的所述过渡部分固定至所述多个第一线匝中的至少一个上包括，将导电体中的过渡部分系在多个第一线匝的至少一个上。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对所述导电体进行平直处理。

5.根据权利要求1所述的方法，其中弯曲所述导电体、以在位于第一层线匝和第二层线匝之间的导电体的过渡部分处的导电体中形成偏折的步骤包括，相对于第一层线匝向上地并且横向地弯曲所述导电体，以使得多个第二线匝的第一匝覆盖在第一层线匝的一部分上。

6.根据权利要求1所述的方法，其中弯曲所述导电体、以在位于第一层线匝和第二层线匝之间的导电体的过渡部分处的导电体中形成偏折的步骤包括，弯曲所述导电体以使得所述多个第一线匝的最后一匝的末端偏离所述多个第二线匝的第一匝的开始部分。

7.根据权利要求1所述的方法，其中以不带端填充物的绝缘材料层覆盖所述第一层线匝的至少一部分包括：围绕所述第一层线匝放置不带有端填充物的绝缘片。

8.根据权利要求1所述的方法，其中以不带端填充物的绝缘材料层覆盖所述第一层线匝的至少一部分包括：用由纸形成的绝缘材料覆盖所述第一层线匝的至少一部分。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述绝缘材料层上熔化并固化粘合剂。

10.一种用于形成三相变压器的变压器绕组的方法，包括：

将导电体卷绕成并排关系的多个第一线匝以形成第一层线匝；

相对于第一层线匝向上并且横向地弯曲所述导电体的第一部分，以使得紧接着导电体的所述第一部分的导电体的第二部分覆盖在所述第一层线匝之上；以及

随后，将所述导电体卷绕成并排关系的多个第二线匝以形成第二层线匝，其中所述导电体是下列的其中之一：

在三相变压器磁芯的绕线柱上卷绕成所述多个第一和第二线匝；以及

在芯轴上卷绕成所述多个第一和第二线匝，并且随后安装在绕线柱上。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括以不带端填充物的绝缘材料覆盖所述第一层线匝。

12.根据权利要求11所述的方法，其中以不带端填充物的绝缘材料覆盖所述第一层线匝包括：用由纸形成的绝缘材料片覆盖所述第一层线匝。

13.根据权利要求11所述的方法，其中随后将导电体卷绕成并排关系的多个第二线匝以形成第二层线匝的步骤包括，卷绕所述导电体以使得第二层线匝覆盖在所述第一层线匝和所述绝缘材料之上。

14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括将所述导电体的所述第一部分固定至所述第一层线匝上。

15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述导电体的所述第一部分固定至所述第一层线匝上包括以下步骤中的至少一个：将所述导电体的所述第一部分粘合地与所述第一层线匝连接在一起，以及将所述导电体的所述第一部分系在所述第一层线匝上。

16.根据权利要求10所述的方法，进一步包括对所述导电体进行平直处理。

17.一种三相变压器，包括第一、第二和第三绕线柱，以及分别位于第一、第二和第三绕线柱周围的第一、第二和第三绕组，所述第一、第二和第三绕组各自包括卷绕成多个重叠层的导电体、以及位于各个重叠层之间的不带有端填充物的绝缘材料，所述各重叠层中的每一个都由所述导电体的多个相邻的线匝端填充物形成，其中导电体在第一和第二重叠层之间具有过渡部分，以及所述过渡部分是下列的其中之一，(i)在所述导电体中形成偏折的弯曲部分，以及(ii)被固定至所述多个相邻线匝中的至少一个上。

18.根据权利要求17所述的变压器，其中所述过渡部分是通过粘接被固定至所述多个相邻的线匝中的至少一个上。

19.根据权利要求17所述的变压器，其中通过将所述过渡部分系在所述多个相邻的线匝中的至少一个上，而将所述过渡部分固定至所述多个相邻线匝中的至少一个上。

20.根据权利要求17所述的变压器，其中所述导电体是平直的。

21.根据权利要求17所述的变压器，其中将过渡部分相对于所述第一覆盖层向上并且横向地弯曲，以使得在所述第二覆盖层中相邻线匝中的第一匝覆盖在所述第一覆盖层的一部分上。

22.根据权利要求17所述的变压器，其中所述第一覆盖层中的多个相邻的线匝的最后一匝偏离所述第二覆盖层中多个相邻线匝中的第一个的开始部分。

23.根据权利要求17所述的变压器，进一步包括分别位于第一、第二和第三绕线柱周围的第四、第五以及第六绕组。

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