CN203787251U - 电气化铁道专用的单相变压器、三相变压器及三相铁芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电气化铁道专用的单相变压器、三相变压器及三相铁芯，其中，三相铁芯由三个相同的单相子铁芯组成，每个单相子铁芯由硅钢片连续卷绕成矩形框结构，包括一个子上铁轭、一个子下铁轭以及两个子芯柱；每个子芯柱的外侧端面与该子芯柱所属单相子铁芯的子上铁轭的纵向成30°夹角；三个子上铁轭的纵向互成60°夹角；每两个相邻的子芯柱以及该两个子芯柱之间设置的绝缘层拼接为三相铁芯的一个芯柱，每个单相子铁芯的一个子上铁轭为三相铁芯的一个上铁轭，每个单相子铁芯的一个子下铁轭为三相铁芯的一个下铁轭。应用本实用新型，可以降低变压器的空载损耗以及噪音。

Description

电气化铁道专用的单相变压器、三相变压器及三相铁芯

技术领域

本实用新型涉及工业制造领域，尤其涉及一种电气化铁道专用的单相变压器、三相变压器及三相铁芯。

背景技术

目前，电气化铁道沿线的牵引变电所、开闭所、AT所和分区所均需设置27.5kV三相或单相变压器。具体地，通过变压器从27.5kV母线上取电，然后将27.5kV的高压电源转换成控制、保护、动力、照明等装置所需的400/230V低压电源。我国电气化铁道目前使用的27.5kV三相或单相变压器主要采用平面叠片式铁芯来提供磁通路径。在变压器带电运行时，变压器将产生空载损耗和负载损耗，而其中的空载损耗主要是由铁芯产生的。

图1示出了现有平面叠片式三相铁芯结构示意图。如图1所示，现有平面叠片式三相铁芯由芯柱01以及铁轭02构成，其中，芯柱和铁轭均采用表面涂有绝缘物的硅钢片堆叠而成。

由于芯柱主要是用于缠绕绕组，且其尺寸须满足变压器容量的要求；而铁轭只是为了形成闭合磁路所需要的，因此，分别用于拼接成芯柱与铁轭的硅钢片的形状尺寸不同。而实际应用中，在变压器通电时，磁场在芯柱和铁轭中均会产生损耗。因此，为了提高硅钢片的利用率以及降低空载损耗，现有会将硅钢片按一定形状裁剪后制作成不同形状的硅钢片，然后为了形成闭合的磁路，将硅钢片进行拼接做成由芯柱和铁轭构成的平面叠片式铁芯。这样，硅钢片之间必然存在接缝。而在接缝处，磁场必然通过接缝处的空气间隙形成磁路，造成磁路在接缝处出现畸变。而与铁磁材料的硅钢片相比，接缝处的磁阻很大。因此，在变压器带电运行时，为克服接缝处增大的磁阻，变压器必须提供较大的空载电流，才能产生足够的磁场强度。而较大的空载电流将会导致变压器的空载损耗增大。

而且，现有经裁剪的硅钢片在拼接面上会存在毛刺，导致拼接后铁芯在闭合磁路上的接缝处产生毛刺，这将进一步增加变压器的空载损耗，而且还会产生噪音。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种电气化铁道专用的单相铁芯，可以降低变压器的空载损耗以及噪音。

本实用新型的实施例还提供一种电气化铁道专用的三相变压器，可以降低变压器的空载损耗以及噪音。

本实用新型的实施例还提供一种电气化铁道专用的三相铁芯，可以降低变压器的空载损耗以及噪音。

为达到上述目的，本实用新型实施例提供的一种电气化铁道专用的三相铁芯，该三相铁芯由三个相同的单相子铁芯组成，其中，

每个所述单相子铁芯由硅钢片连续卷绕成矩形框结构，包括位于矩形框结构上部的一个子上铁轭、位于矩形框结构下部的一个子下铁轭以及位于矩形框结构两侧的两个子芯柱；每个所述子芯柱的外侧端面与该子芯柱所属单相子铁芯的子上铁轭的纵向成30°夹角；

三个所述子上铁轭的纵向互成60°夹角；在分别属于两个所述单相子铁芯的每两个相邻的子芯柱的外侧端面之间设置有绝缘层；每两个相邻的子芯柱以及该两个子芯柱之间的绝缘层拼接为所述三相铁芯的一个芯柱，每个所述单相子铁芯的一个子上铁轭为所述三相铁芯的一个上铁轭，每个所述单相子铁芯的一个子下铁轭为所述三相铁芯的一个下铁轭。

较佳地，所述每两个相邻的子芯柱以及该两个子芯柱之间的绝缘层通过粘接或绑扎的方式固定拼接为所述三相铁芯的一个芯柱。

较佳地，所述硅钢片为冷轧取向的硅钢片。

较佳地，所述硅钢片为硅钢薄带，其中，所述硅钢薄带的厚度为0.3mm或0.27mm。

较佳地，所述子上铁轭、子下铁轭、子芯柱的横截面均为具有阶梯状周边的类半圆形；

较佳地，所述绝缘层具体为绝缘漆或绝缘纸。

根据本实用新型的另一方面，还提供了一种电气化铁道专用的三相变压器，该三相变压器包括：绕组、油箱、以及上述三相铁芯；其中，

所述绕组固定在所述三相铁芯的芯柱上，与所述三相铁芯一起净沉在所述油箱内的变压器油中。

较佳地，所述绕组与所述三相铁芯的表面涂有绝缘漆。

较佳地，所述绕组包括额定电压为27.5kV的高压侧绕组，以及额定电压为400/230V的低压侧绕组；

所述三相铁芯的每个芯柱上均固定有所述高压侧绕组和所述低压侧绕组。

根据本实用新型的另一方面，还提供了一种电气化铁道专用的单相变压器，该单相变压器包括：绕组以及单相子铁芯；其中，

所述绕组固定在所述单相子铁芯的子芯柱上；以及

所述绕组包括额定电压为27.5kV的高压侧绕组，以及额定电压为400/230V的低压侧绕组；

所述单相子铁芯的每个子芯柱上均固定有所述高压侧绕组和所述低压侧绕组。

由上述技术方案可见，本实用新型实施例提供的三相铁芯是由三个相同的单相子铁芯按照立体等边三角形结构拼装得到的，其中，每个单相子铁芯是由冷轧取向的硅钢薄带连续卷制而成的，使得三相铁芯的磁通流通方向与硅钢薄带的晶粒取向一致，材料的优良性能得到更好的发挥；而且在磁路上无接缝，从而大大减小了磁阻，降低了变压器的空载电流以及空载损耗。进一步地，由于单相子铁芯是由硅钢薄带连续卷制而成，因此在磁路方向没有毛刺，也就没有由毛刺引起的噪音，可以降低变压器的噪音。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，以下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，以下描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为现有平面叠片式三相铁芯结构示意图。

图2为本实用新型实施例三相铁芯俯视结构示意图。

图3为本实用新型实施例三相铁芯立体结构示意图。

图4为本实用新型实施例单相子铁芯主视结构示意图。

图5为本实用新型实施例单相子铁芯侧视结构示意图。

图6为本实用新型实施例三相变压器立体结构示意图。

图7为本实用新型实施例单相变压器立体结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

为了形成闭合的磁路以及提高硅钢片的利用率，现有平面叠片式铁芯采用经裁剪后的不同形状的硅钢片拼接而成，导致硅钢片之间存在接缝。为了克服由于接缝的存在而增大的磁阻，变压器必须提供较大的空载电流，增大了空载损耗。而经裁剪的硅钢片，在铁芯的磁路上不可避免的会产生毛刺，这将进一步增加变压器的空载损耗，而且还会产生噪音。

本实用新型实施例提供的三相铁芯采用随长度按设定方案变化的硅钢薄带连续卷制而成，其能保证磁通流通方向与硅钢带的晶粒取向一致，使材料的优良性能得到完全发挥，而且铁芯无接缝，从而大大减小了磁阻，降低了变压器的空载电流以及空载损耗。进一步地，连续卷制而成的铁芯在磁路方向没有毛刺，也就没有由毛刺引起的噪音，因此可以降低变压器的噪音。

图2为本实用新型实施例三相铁芯俯视结构示意图。图3为本实用新型实施例三相铁芯立体结构示意图。图4为本实用新型实施例单相子铁芯主视结构示意图。图5为本实用新型实施例单相子铁芯侧视结构示意图。

参见图2、图3、图4和图5，本实用新型实施例提供的三相铁芯由三个相同的单相子铁芯（即第一单相子铁芯11、第二单相子铁芯12和第三单相子铁芯13）组成；如图4所示，每个单相子铁芯由硅钢片连续卷绕成矩形框结构，包括位于矩形框结构上部的一个子上铁轭、位于矩形框结构下部的一个子下铁轭以及位于矩形框结构两侧的两个子芯柱，其中，每个子芯柱的外侧端面与该子芯柱所属的单相子铁芯的子上铁轭的纵向成30°夹角，同时，每个子芯柱的外侧端面与该子芯柱所属的单相子铁芯的子下铁轭的纵向成30°夹角。由于单相子铁芯是由硅钢片连续卷绕形成的，因此，单相子铁芯中的子上铁轭、子下铁轭以及两个子芯柱之间是没有接缝的。

本实用新型实施例中，三个子上铁轭的纵向互成60°夹角，以及三个子下铁轭的纵向互成60°夹角；同时，在分别属于两个单相子铁芯的每两个相邻的子芯柱的外侧端面之间设置有绝缘层，而且，每两个相邻的子芯柱以及该两个子芯柱之间的绝缘层可以拼接为三相铁芯的一个芯柱。同时，每个单相子铁芯的一个子上铁轭为三相铁芯的一个上铁轭，每个单相子铁芯的一个子下铁轭为三相铁芯的一个下铁轭。这样，就形成了包含三个芯柱、三个上铁轭和三个下铁轭的立体三柱式三相铁芯。其中，三相铁芯的上铁轭、下铁轭均用于提供闭合磁路；而由两个子芯柱以及绝缘层拼接成的三相铁芯的一个芯柱，具体可以用本领域技术人员常用的绝缘紧固件通过粘接或绑扎的方式进行固定。其中，绝缘层具体为绝缘漆或绝缘纸，可以由本领域技术人员根据经验进行选取。

具体地，参见图2、图3和图4，第一单相子铁芯11包括子第一上铁轭101、第一子下铁轭102、第一子芯柱103和第二子芯柱104；第二单相子铁芯12包括第二子上铁轭201、第二子下铁轭202、第三子芯柱203和第四子芯柱204；第三单相子铁芯13包括第三子上铁轭301、第三子下铁轭302、第五子芯柱303和第六子芯柱304。

如图3所示，三相铁芯的三个芯柱具体为：包括第一单相子铁芯的第一子芯柱103以及第三单相子铁芯中相邻的第六子芯柱304的三相铁芯的第一芯柱21；包括第一单相子铁芯的第二子芯柱104以及第二单相子铁芯中相邻的第三子芯柱203的三相铁芯的第二芯柱21＇；包括第二单相子铁芯的第四子芯柱204以及第三单相子铁芯中相邻的第五子芯柱303的三相铁芯的第三芯柱21＂。

如图3所示，三相铁芯的三个上铁轭具体为：由第一单相子铁芯的第一子上铁轭101构成的三相铁芯的第一上铁轭22；由第二单相子铁芯的第二子上铁轭201构成的三相铁芯的第二上铁轭22＇；由第三单相子铁芯的第三子上铁轭301构成的三相铁芯的第三上铁轭22＂。

三相铁芯的三个下铁轭具体为：由第一单相子铁芯的第一子下铁轭102构成的三相铁芯的第一下铁轭23；由第二单相子铁芯的第二子下铁轭202构成的三相铁芯的第二下铁轭23＇；由第三单相子铁芯的第三子下铁轭302构成的三相铁芯的第三下铁轭23＂。

本实用新型实施例中，每个单相子铁芯可以采用冷轧取向硅钢薄带连续卷绕而成，因此，由三个单相子铁芯拼装构成的三相铁芯在磁路上不存在接缝，这样，可以大幅降低铁芯的磁阻，进而降低应用该铁芯的变压器的空载损耗。而且，采用冷轧取向的硅钢薄带，不仅可以减小三相铁芯的重量和体积，还可以保证铁芯的磁通流通方向与硅钢带的晶粒取向保持一致，这样，可以使硅钢薄带的优良性能得到更好的发挥。其中，硅钢薄带的厚度可以取值为0.3mm或0.27mm，这样，通过卷绕机可以将硅钢薄带进行卷制，获得结构紧凑的单相子铁芯。

本实用新型实施例中，对于每个单相子铁芯，该单相子铁芯的子上铁轭和子下铁轭的横截面均为具有阶梯状周边的类半圆形；子芯柱的横截面也为具有阶梯状周边的类半圆形。由于每个单相子铁芯是由硅钢薄带一圈一圈的卷绕出来的，所以单相子铁芯的截面是由每一圈硅钢薄带的截面决定的，也就是说，由每一圈硅钢薄带的宽度以及厚度所决定的；上述类半圆形具体为具有阶梯状的周边轮廓的多边形，且该多边形的边数由单相子铁芯中硅钢薄带的卷绕圈数决定。因此，为了形成上述横截面的子芯柱、子上铁轭以及子下铁轭，本领域技术人员可以预先设定裁剪方案；然后按照设定的方案将具有固定厚度以及宽度的硅钢薄带原料裁剪成三相铁芯所需的硅钢薄带，这样，裁剪之后的硅钢薄带的宽度随长度的变化而变化，使得将硅钢薄带通过卷绕机卷绕成单相子铁芯时，单相子铁芯的相邻圈的宽度不等，形成的子芯柱、子上铁轭以及子下铁轭的横截面的周边呈阶梯状，且整体为类半圆形。这样，三相铁芯的芯柱的横截面为类圆形，相比现有平面叠片式三相铁芯的横截面为方形的芯柱，三相铁芯的填充系数更高，有利于降低三相铁芯的空载损耗。

本实用新型实施例中，三个子上铁轭的纵向互成60°夹角，以及三个子下铁轭的纵向互成60°夹角，这样，三个单相子铁芯可以按照立体等边三角形结构拼接成三相铁芯，三相铁芯的三相磁路能够相互闭合且完全相等，使得三相磁路的空载电流能够达到平衡，进而减小三相变压器的空载损耗。

由上述可见，本实用新型实施例提供的三相铁芯，采用高性能硅钢片连续卷制而成，充分利用了硅钢片的取向性，使材料的优良性能得到更好的发挥，而且三相铁芯在磁路上无接缝，大大减小了磁阻并降低了变压器的空载电流以及空载损耗。进一步地，连续卷制而成的铁芯在磁路方向没有毛刺，可以降低变压器的噪音。

本实用新型实施例中，还提供了一种使用上述三相铁芯的三相变压器，如图6所示，该变压器包括三相铁芯10、固定在三相铁芯10的芯柱上的绕组20以及油箱30；其中，三相铁芯10与绕组20构成变压器的器身一起净沉在变压器油中。

本实用新型实施例中，三相铁芯10由三个相同的单相子铁芯组成；每个单相子铁芯由硅钢片连续卷绕成矩形框结构，包括位于矩形框结构上部的一个子上铁轭、位于矩形框结构下部的一个子下铁轭以及位于矩形框结构两侧的两个子芯柱；每个子芯柱的外侧端面与该子芯柱所属单相子铁芯的子上铁轭的纵向成30°夹角；三个子上铁轭的纵向互成60°夹角；在分别属于两个单相子铁芯的每两个相邻的子芯柱的外侧端面之间设置有绝缘层；每两个相邻的子芯柱以及该两个子芯柱之间的绝缘层拼接为三相铁芯的一个芯柱，每个单相子铁芯的一个子上铁轭为三相铁芯的一个上铁轭，每个单相子铁芯的一个子下铁轭为三相铁芯的一个下铁轭。这样，就形成了包含三个芯柱、三个上铁轭和三个下铁轭的立体三柱式三相铁芯。

而绕组20包括高压侧绕组以及低压侧绕组，每个芯柱上都固定有高压侧绕组和低压侧绕组，且高压侧绕组的额定电压为27.5kV，低压侧绕组的额定电压为400/230V。其中，高压侧绕组和低压侧绕组可以为圆筒形，但高压侧绕组的圆筒直径大于低压侧绕组的圆筒直径；高压侧绕组和低压侧绕组同轴心的固定在芯柱上；低压侧绕组靠近三相铁芯的芯柱，高压侧绕组固定在低压侧绕组的外侧；低压侧绕组与高压侧绕组之间，以及低压侧绕组与芯柱之间均设置有一定的绝缘间隙和散热油道，且可以用绝缘纸隔开。

而且，在将绕组固定三相铁芯的芯柱上之后，可以在绕组与三相铁芯的表面涂有绝缘漆，使得三相铁芯和绕组的空隙被漆膜填充；这样，可以在提高三相变压器的防潮性、防霉性等性能的同时，还可以降低使用中由电磁力的作用所产生的噪声。而且，可改善三相变压器整体的导热性，降低三相变压器的温升。

本实用新型实施例中，每个单相子铁芯可以采用冷轧取向的硅钢薄带连续卷绕而成，因此，由三个单相子铁芯组成的三相铁芯在磁路上不存在接缝以及毛刺，可以降低三相变压器的空载损耗以及噪音。

实际应用中，三相变压器还包括吊环、夹件、接线端等常用箱盖辅助部件，关于常用箱盖辅助部件之间，以及常用箱盖辅助部件与绕组、三相铁芯、油箱之间可以按照本领域技术人员常用的连接方式进行连接即可，在此不再详述。

本实用新型实施例中，还提供了一种使用上述单相子铁芯的三相变压器，如图7所示，包括：绕组701以及单相子铁芯702。

其中，绕组701固定在单相子铁芯702的子芯柱上。绕组701包括额定电压为27.5kV的高压侧绕组，以及额定电压为400/230V的低压侧绕组。且单相子铁芯702的每个子芯柱上均固定有高压侧绕组和低压侧绕组。

本实用新型实施例中，单相子铁芯可以采用冷轧取向的硅钢薄带连续卷绕而成，因此，单相变压器在磁路上不存在接缝以及毛刺，降低了单相变压器的空载损耗以及噪音。

实际应用中，单相变压器还包括吊环、夹件、接线端等常用辅助部件，关于常用辅助部件之间，以及常用辅助部件与绕组、单相子铁芯之间可以按照本领域技术人员常用的连接方式进行连接即可，在此不再详述。

显然，本领域技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电气化铁道专用的三相铁芯，其特征在于，由三个相同的单相子铁芯组成，其中， 

每个所述单相子铁芯由硅钢片连续卷绕成矩形框结构，包括位于矩形框结构上部的一个子上铁轭、位于矩形框结构下部的一个子下铁轭以及位于矩形框结构两侧的两个子芯柱；每个所述子芯柱的外侧端面与该子芯柱所属单相子铁芯的子上铁轭的纵向成30°夹角； 

三个所述子上铁轭的纵向互成60°夹角；在分别属于两个所述单相子铁芯的每两个相邻的子芯柱的外侧端面之间设置有绝缘层；每两个相邻的子芯柱以及该两个子芯柱之间的绝缘层拼接为所述三相铁芯的一个芯柱，每个所述单相子铁芯的一个子上铁轭为所述三相铁芯的一个上铁轭，每个所述单相子铁芯的一个子下铁轭为所述三相铁芯的一个下铁轭。 

2.根据权利要求1所述的三相铁芯，其特征在于，所述每两个相邻的子芯柱以及该两个子芯柱之间的绝缘层通过粘接或绑扎的方式固定拼接为所述三相铁芯的一个芯柱。 

3.根据权利要求1所述的三相铁芯，其特征在于，所述硅钢片为冷轧取向的硅钢片。 

4.根据权利要求1所述的三相铁芯，其特征在于，所述硅钢片为硅钢薄带，其中，所述硅钢薄带的厚度为0.3mm或0.27mm。 

5.根据权利要求1所述的三相铁芯，其特征在于， 

所述子上铁轭、子下铁轭、子芯柱的横截面均为具有阶梯状周边的类半圆形。 

6.根据权利要求1所述的三相铁芯，其特征在于，所述绝缘层具体为绝缘漆或绝缘纸。 

7.一种电气化铁道专用的三相变压器，其特征在于，包括：绕组、油箱、以及权利要求1-6任一所述的三相铁芯；其中， 

所述绕组固定在所述三相铁芯的芯柱上，与所述三相铁芯一起净沉在所述油箱内的变压器油中。 

8.根据权利要求7所述的三相变压器，其特征在于，所述绕组与所述三相铁芯的表面涂有绝缘漆。 

9.根据权利要求7所述的三相变压器，其特征在于，所述绕组包括额定电压为27.5kV的高压侧绕组，以及额定电压为400/230V的低压侧绕组； 

所述三相铁芯的每个芯柱上均固定有所述高压侧绕组和所述低压侧绕组。 

10.一种电气化铁道专用的单相变压器，其特征在于，包括：绕组以及权利要求1、3、4或5中任一所述的单相子铁芯；其中， 

所述绕组固定在所述单相子铁芯的子芯柱上；以及 

所述绕组包括额定电压为27.5kV的高压侧绕组，以及额定电压为400/230V的低压侧绕组； 

所述单相子铁芯的每个子芯柱上均固定有所述高压侧绕组和所述低压侧绕组。