CN203242452U - 一种分段变截面绕组 - Google Patents

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滕腾
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张文超
王耀华
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余浩
范桂芳
蔡景国
金珍海
雷建峰
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Abstract

本实用新型提供了一种分段变截面绕组，包括一次绕组和二次绕组；所述一次绕组和/或二次绕组具有多个抽头，所述多个抽头将一次绕组或二次绕组分为多个区段，所述每个区段的横截面面积各不相同。本实用新型所述的分段变截面绕组通过将绕组分为多个区段，并使每个区段的横截面各不相同，使得绕组既能够完成变压或稳压（需测控部件配合），以及向二次绕组输送电能的功能，又可以节省铜材，减小变压器或稳压器等产品的体积和降低造价。

Description

一种分段变截面绕组
技术领域
 本实用新型属于绕组领域，具体涉及一种分段变截面绕组。 
背景技术
如图1、2所示，绕组是调压器、稳压器和某些调压变压器的核心部件，虽然其一次和二次的电压在有时可能不同，绕组中电流不同。但是本质上都是一次向二次传递电功率。
为分析方便，先忽略变压器T的损耗（假设变压器T的损耗为零）。并为计算方便假设一次和二次的额定电压均为Ue=200V，变压器T的功率为2000W。
首先认为一次输入是正常的额定值200V，这样一次电流为：                                                
Figure 201320281698X100002DEST_PATH_IMAGE001
。
忽略变压器T的损耗，
Figure 250530DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 127220DEST_PATH_IMAGE004
。
忽略变压器T的损耗，变压器的额定功率
Figure DEST_PATH_IMAGE005
。
调压器、稳压器和某些调压变压器的主要功能就是“调压”（稳压），亦即在当输入线路电压U1波动（不稳定，高于或低于额定值200V）时，保持二次输出电压U2为额定值200V（实际为一个接近于额定值的稳定值）。但是，很少有能够保持二次输出功率
Figure 11999DEST_PATH_IMAGE006
维持等于
Figure 201320281698X100002DEST_PATH_IMAGE007
不变，这在稍后加以阐述。
调压和稳压的本质都是“变压”和传送电功率，只是二者强调的重点不同，目的不同而已。
   首先是论述清楚稳压功能，调压功能就也很容易理解了。
稳压功能是当输入线路电压波动或负载变化引起输出（二次）电压不为所要求的额定电压时，按照一定的规则适当调整接入线路的一次绕组抽头位置来改变变比，从而达到稳定二次电压的目的。具体过程结合附图1详述如下。当输入电压高于额定电压（Ue=200V）时，例如U1=250V，这时检测和执行机构就将一次绕组的抽头由调A3至A4，变压器T变成了降压变压器，从而保持二次电压U2=200V不变。
当输入线路电压低于额定电压（Ue=200V）时，例如U1=150V，这时检测和执行机构就将一次绕组的抽头由调A3至A2，变压器T变成了升压变压器，从而保持二次电压U2=200V不变。
变压器绕组线径的粗细是根据所设计的电流大小决定的，亦即当电压稳定不变时是由输送的功率决定的。变压器绕组线径一旦选定制作好后就是固定的不能改变的了。
在输入电压U1为额定值200V时，若不考虑损耗，前面已经算出：
Figure 902201DEST_PATH_IMAGE008
。输送的功率为。
下面讨论当一次电压U1不是额定值200V时的情况。
①当一次电压U1高于额定值200V时，例如时，为了维持二次电压
Figure 832297DEST_PATH_IMAGE002
为不变，需要将一次绕组抽头调至A4，这时变压器T工作在降压状态下。如果输送的功率仍然是
Figure 201320281698X100002DEST_PATH_IMAGE011
，则一次侧电流为，比一次为额定电压200V时的I1=10A少了2A。
②当一次电压U1低于额定值200V时，例如
Figure DEST_PATH_IMAGE013
时，为了维持二次电压
Figure 268406DEST_PATH_IMAGE002
为不变，需要将一次绕组抽头调至A1，这时变压器T工作在升压状态下。如果输送的功率仍然是，则一次侧电流必须为
Figure 528803DEST_PATH_IMAGE014
，比一次为额定电压200V时的I1=10A多了10A。
下面分三种情况讨论变压器一次绕组的线径的问题：
①如果按照一次为额定电压时的额定电流I1=10A选择一次绕组的线径。那么当一次电压高于额定值200V时，一次电流要减少（在输送的功率不变的情况下，如上述的8A<10A），导线不会发热，变压器可以正常工作；但是，当一次电压低于额定值200V时，一次电流要增大（在输送的功率不变的情况下，如上述的20A>10A），导线就会发热，变压器不能长时正常工作。可见，按照一次额定条件（额定电压下的额定电流值）选择一次绕组线径，不能兼顾一次电压低于额定值时的情况。
②如果按照一次为最高允许电压（例如上述250V）时的电流I1=8A选择一次绕组的线径。那么当一次电压为额定值200V时，一次电流要增加为10A（>8A）；当一次电压更低时，例如100V时，一次电流增加更多，为20A（>>8A）。可见，按照一次最高电压条件选择一次绕组线径的方案更不可行，就是在一次为额定电压条件下都会发热而不能长时正常工作，更不用说在更低的一次电压下的情况了。
③如果按照一次为最低允许电压（例如上述100V）时的电流I1=20A选择一次绕组的线径。那么当一次电压为额定值200V时，一次电流要减少为10A（<20A）；当一次电压更高时，例如250V时，一次电流减少更多，为8A（<<20A）。可见，按照一次最低电压条件选择一次绕组线径的方案是可行的，无论一次为额定电压条件下还是高于额定电压条件下，都不会发热而能长时正常工作。但是，整个一次绕组的线径都是较粗（按照20A选择的）的导线，既增加了变压器的重量，又浪费了宝贵的铜线资源，增加了最终产品的成本和造价。
上述三种问题覆盖了所有实际可能的情况。综上所述，可见，目前现有的绕组很难在功能、性能和成本之间进行权衡，也很难得到一个经济实用的产品。
稳压器目的是使二次电压稳定在所需要的额定电压（如U2e=200V），已如上述。而调压器是根据具体实际需要调节变压器T的二次抽头，获得所需要的二次电压，如图2所示。当二次输出电压低于额定电压（U2e=200V）时，将变压器T的二次抽头向变比高的方向调整，例如从B3调整至B4；反之，当二次输出电压高于额定电压（U2e=200V）时，将变压器T的二次抽头向变比低的方向调整，例如从B3调整至B4或B1。
调压稳压器就是将二次输出电压调整并稳定在所需要的电压值处，并非一定要稳定在额定电压值处。无论是交流稳压器、调压器还是调压稳压器的实质都是调整变压器的变比，因此都涉及到与上述交流稳压器一样的绕组截面选择问题，以及分段变截面可以节约铜材降低造价的问题。
实用新型内容
本实用新型针对上述现有技术的不足，提供了一种分段变截面绕组，该分段变截面绕组可减小产品体积，降低产品成本。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种分段变截面绕组，包括一次绕组和二次绕组；所述一次绕组和/或二次绕组具有多个抽头，所述多个抽头将一次绕组或二次绕组分为多个区段，所述每个区段的横截面面积各不相同。
进一步的，若一次绕组具有多个抽头，二次绕组为单一绕组，所述多个抽头将一次绕组分为多个区段，任意一个区段的横截面面积S i =I i /J，其中I i 为该区段的额定电流，J为一次绕组中的电流密度。
进一步的，若一次绕组为单一绕组，二次绕组具有多个抽头，所述多个抽头将二次绕组分为多个区段，任意一个区段的横截面面积S i =I i /J，其中I i 为该区段的额定电流，J为二次绕组中的电流密度。
本实用新型所述的分段变截面绕组通过将绕组分为多个区段，并使每个区段的横截面各不相同，使得绕组既能够完成变压或稳压，以及向二次绕组输送电能的功能，又可以节省铜材，减小变压器或稳压器等产品的体积和降低造价。
附图说明
图1为多抽头绕组用于交流稳压器的工作原理图。
图2为多抽头绕组用于交流调压器的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
本实用新型提供了一种分段变截面绕组，包括一次绕组和二次绕组；所述一次绕组和/或二次绕组具有多个抽头，所述多个抽头将一次绕组或二次绕组分为多个区段，所述每个区段的横截面面积各不相同。抽头的多少是根据具体的稳压（调压）精度而定。
本实施例以一次绕组具有多个抽头，二次绕组为单一绕组的变压器为例进行说明，如图1所示。一次绕组每个区段的横截面确定方法如下：
首先根据变压器的允许工作温升（ΔT）确定绕组中的电流密度J，再由各区段的电流即可求出各段的线径。
例如，根据变压器设计手册：自然冷却时，ΔT=50℃时，J=4A/mm2。
（1）先求出各段电流
A0-A1段：I1-0=2000W/100V=20A；
A0-A2段：I2-0=；
A0-A3段：I3-0=2000W/200V=10A；
A0-A4段：I4-0=2000W/250V=8A；
（2）再求出各段的截面
A0-A1段：导线截面S1-0=I1-0/J=20/4=5mm2；
A1-A2段：导线截面S2-1=I2-0/J=13.33/4=3.33mm2；
A2-A3段：导线截面S3-2=I3-0/J=10/4=2.5mm2；
A3-A4段：导线截面S4-3=I4-0/J=8/4=2.0mm2；
（3）选用规格漆包线
如果选用圆形漆包线，就可以由上述所求的各段截面求出线径的计算值，再查手册选用靠近的规格线。
如果选用矩形截面的纱包线，也可以由上述所求的各段截面计算值，再查手册选用靠近的规格线。
综上所述，可见变压器一次绕组采用分段变截面绕组后，既能够完成变压和向二次输送电能的功能，又可以节省铜材，减小变压器体积和降低造价。同样的道理，该分段变截面绕组也可以用在一次为固定单一绕组，二次绕组为多抽头的变压器中（如附图2所示）。这时该变压器的二次绕组采用分段变截面绕组。同样的道理，该分段变截面绕组还可以用在一次和二次绕组都是多抽头的情况下，只是这时各段的电流计算比较复杂而已。本实用新型可用在调压器、稳压器和某些调压变压器中，使这类产品的体积减小，成本降低。
本实用新型不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本实用新型，因此，凡是采用本实用新型的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本实用新型保护的范围。

Claims (3)

1.一种分段变截面绕组，包括一次绕组和二次绕组；其特征在于，所述一次绕组和/或二次绕组具有多个抽头，所述多个抽头将一次绕组或二次绕组分为多个区段，所述每个区段的横截面面积各不相同。
2.根据权利要求1所述的分段变截面绕组，其特征在于，若一次绕组具有多个抽头，二次绕组为单一绕组，所述多个抽头将一次绕组分为多个区段，任意一个区段的横截面面积S i =I i /J，其中I i 为该区段的额定电流，J为一次绕组中的电流密度。
3.根据权利要求1所述的分段变截面绕组，其特征在于，若一次绕组为单一绕组，二次绕组具有多个抽头，所述多个抽头将二次绕组分为多个区段，任意一个区段的横截面面积S i =I i /J，其中I i 为该区段的额定电流，J为二次绕组中的电流密度。
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CN103227021A (zh) * 2013-05-21 2013-07-31 浙江腾腾电气有限公司 一种分段变截面绕组
CN109427465A (zh) * 2017-08-28 2019-03-05 特变电工智能电气有限责任公司 一机多用干式变压器

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