CN214588368U - 一种变压器及隔离变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的变压器及隔离变流器，应用于输配电技术领域，该变压器包括铁芯、本体绕组、半导电层，以及限流电路，本体绕组套装于铁芯的芯柱之上，半导电层与本体绕组对应设置，限流电路的一端与半导电层相连，另一端与半导电层的等电位连接点相连。本实用新型提供的变压器，限流电路串联于半导电层与半导电层的等电位连接点之间，通过限流电路限制半导电层内流通的容性电流的大小，从而避免半导电层在变压器运行过程中发热，提高变压器运行的安全性。

Description

一种变压器及隔离变流器

技术领域

本实用新型涉及输配电技术领域，特别涉及一种变压器及隔离变流器。

背景技术

在实际应用中，不但需要关注高频高压大功率变压器的高频特性，同时，还应关注此类变压器的高压特性。针对高频高压大功率变压器的高频特性，为了防止集肤效应与邻近效应带来的高频涡流损耗，常采用litz线绕制变压器绕组。而针对高频高压大功率变压器的高压特性，通常需要用到半导电层改善绕组的电场分布，以防止变压器的局部场强过高。

参见图1，图1中示出现有技术中在高压工频变压器设置半导电层的实现方式，在大多数情况下，一个半导电层对应一个绕组，半导电层通常直接与对应的绕组的中点进行等电位连接。

理想情况下，半导电层与绕组中点两侧的耦合是对称的，半导电层与绕组之间感应的容性电流大小相等且方向相反，流过半导电层与绕组之间的连接线缆的容性电流为零。但在实际应用中，绕组的实际绕制情况、半导电层与绕组的位置关系等方面难免与理想情况存在差异，导致半导电层内流通的容性电流不为零，甚至比较大，造成半导电层发热，影响变压器的安全运行。

实用新型内容

本实用新型提供一种变压器及隔离变流器，限流电路串联于半导电层与等电位连接点之间，通过限流电路限制容性电流的大小，从而避免半导电层在变压器运行过程中发热，提高变压器运行的安全性。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

第一方面，本实用新型提供一种变压器，包括：铁芯、本体绕组、半导电层，以及用于限制容性电流的限流电路，其中，

所述本体绕组套装于所述铁芯的芯柱；

所述半导电层与所述本体绕组对应设置；

所述限流电路的一端与所述半导电层相连，所述限流电路的另一端与所述半导电层的等电位连接点相连。

可选的，所述半导电层的等电位连接点由所述本体绕组提供。

可选的，所述半导电层的等电位连接点由辅助电路提供；

所述辅助电路与所述本体绕组相连，且所述辅助电路与所述本体绕组的预设位置具有相等电位。

可选的，所述辅助电路提供的等电位连接点为使所述半导电层内容性电流最小的连接点。

可选的，所述辅助电路包括套装于所述芯柱的辅助绕组。

可选的，所述辅助绕组与所述本体绕组的绕向相同，且匝数相同。

可选的，所述辅助电路包括与所述变压器相连的变流器。

可选的，所述变流器的直流侧正母线作为所述等电位连接点。

可选的，所述变流器的直流侧负母线作为所述等电位连接点。

可选的，所述变流器的直流侧母线中点作为所述等电位连接点。

可选的，所述辅助电路包括：变流器和辅助绕组，其中，

所述变流器的直流侧母线提供所述等电位连接点；

所述变压器的全部半导电层中的N个所述半导电层经相应的限流电路与相应的变流器的直流侧母线相连，其中，N≥1；

所述变压器的全部半导电层中的另外M个所述半导电层经相应的限流电路与相应的辅助绕组的等电位连接点相连，其中，M≥1。

可选的，所述限流电路包括电阻和电感中的任意一种。

可选的，所述限流电路包括串联连接的电阻和电感。

第二方面，本实用新型提供一种隔离变流器，包括：第一变流器、第二变流器，以及本实用新型第一方面任一项所述的变压器，其中，

所述第一变流器与所述变压器一次侧的本体绕组相连；

所述第二变流器与所述变压器二次侧的本体绕组相连。

本实用新型提供的变压器，包括铁芯、本体绕组、半导电层，以及限流电路，本体绕组套装于铁芯的芯柱之上，半导电层与本体绕组对应设置，限流电路的一端与半导电层相连，另一端与半导电层的等电位连接点相连。本实用新型提供的变压器，限流电路串联于半导电层与半导电层的等电位连接点之间，通过限流电路限制半导电层内流通的容性电流的大小，从而避免半导电层在变压器运行过程中发热，提高变压器运行的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术内的技术方案，下面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，下面描述内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来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中高压工频变压器设置半导电层的结构示意图；

图2是变压器中半导电层容性电流流通路径示意图；

图3是本实用新型实施例提供的第一种变压器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的第二种变压器的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的第三种变压器的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的第四种变压器的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的第五种变压器的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的第六种变压器的结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的第七种变压器的结构示意图；

图10是本实用新型实施例提供的第八种变压器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图2，图2所示示例以半导电层与变压器的本体绕组对称耦合的情况为例，即半导电层的等电位连接点为本体绕组中点的情况，对半导电层的容性电流的流通情况进行说明。

如图2所示，变压器本体绕组中心点两侧电压跳变相反，由于半导电层的等电位连接点为本体绕组的中点，半导电层与绕组中点两侧的耦合也是对称的，则流过的容性电流大小相同，方向相反，这样半导电层内部，以及半导电层与本体绕组之间的等电位接线上流过的总容性电流最小，几乎为零，对母线的影响也是最小的。

如前所述，上述理想情况在实际应用中是很难达到的，为解决变压器运行中容性电流导致半导电层发热的问题，参见图3，图3是本实用新型提供的第一种变压器的结构示意图。本实施例提供的变压器包括：铁芯、本体绕组、半导电层，以及限流电路。

结合实际应用中的变压器结构，本实用新型实施例提供的变压器包括多个本体绕组(图3中仅示例性的给出一个)。当然，本体绕组可以进一步划分为一次侧绕组和二次侧绕组，具体可以参照现有技术，此处不再详述。变压器的本体绕组套装于铁芯(图3中未示出)的芯柱上，可以想到的是，对于三相变压器而言，本实施例中述及的芯柱，应该包括a、b、c三相对应的芯柱，各个本体绕组同样需要划分为a、b、c三相，并分别套装在对应的铁芯芯柱之上。

进一步的，半导电层与本体绕组对应设置。可以想到的是，在大多数情况下，对于变压器的任意一相而言，一次侧绕组和二次侧绕组呈同心式套装在芯柱上，基于此种结构，可以在变压器的一次侧绕组和二次侧绕组表面分别对应设置半导电层。当然，根据实际设计需要，还可以在前述这两个位置处同时设置半导电层。

需要说明的是，本实用新型各个附图中所给出的结构示意图中体现的本体绕组、铁芯，以及半导电层之间的位置关系，仅仅是为了便于说明本实用新型实施例以及后续各个实施例中本体绕组、半导电层以及等电位连接点之间的连接关系，不作为对变压器产品结构的直接限定。并且，对于变压器的具体构成、各构成部分之间的安装结果，以及半导电层的设置，均可以参照现有技术实现，本实用新型对此不做限定。

基于上述变压器的基本结构，本实施例提供的变压器还包括用于限制容性电流大小的限流电路。具体的，该限流电路的一端与半导电层相连，另一端与半导电层的等电位连接点相连，即限流电路串联于半导电层与半导电层的等电位连接点之间。

可以想到的是，对于限流电路的具体设置数量，还应结合变压器各个本体绕组对应的半导电层中的容性电流的大小决定，当然，在生产成本允许的情况下，可以为每一半导电层设置一限流电路。

综上所述，本实用新型提供的变压器，限流电路串联于半导电层与半导电层的等电位连接点之间，通过限流电路限制半导电层内流通的容性电流的大小，从而避免半导电层在变压器运行过程中发热，提高变压器运行的安全性。

下面结合半导电层等电位连接点的具体实现方式，给出多种可选的实施例。

可选的，参见图4，图4是本实用新型实施例提供的第二种变压器的结构示意图。在图4所示实施例中，半导电层的等电位连接点由变压器的本体绕组直接提供，各限流电路分别串联于相应的本体绕组以及半导电层之间。

如前所述，对于限流电路的设置，需要结合变压器的具体结构，以及容性电流的实际大小等条件综合考虑，图4所示示例中，每一个半导电层都对应的设置一路限流电路，仅作为限流电路设置方式的一种示例，不作为限流电路设置数量的具体限定。

可选的，参见图5，图5是本实用新型实施例提供的第三种变压器的结构示意图，在本实施例中，半导电层的等电位连接点由辅助电路提供，该辅助电路与本体绕组相连，即半导电层、限流电路、辅助电路，以及本体绕组呈依次串联的关系，且辅助电路与本体绕组的预设位置具有相等电位。

当然，辅助电路与本体绕组的连接点应选择本体绕组的引出连接点，比如本体绕组的引出线，由于本体绕组的引出线是专门用于本体绕组连接外部电路的，辅助电路与本体绕组的引出连接点相连，自然不会破坏本体绕组内部线匝的绝缘。对于使用litz线绕制的本体绕组而言，同样不会破坏litz各股线之间的股间绝缘。

根据上述半导电层、限流电路、辅助电路，以及本体绕组之间的连接关系可以看出，半导电层经限流电路与辅助电路直接相连，由于辅助电路与本体绕组的预设位置具有相等电位，从效果方面来看，本实施例中的半导电层的连接可以等同于现有技术中半导电层直接与本体绕组相连，半导电层改善电场分布的作用并未受到影响，同时，由于串联的限流电路，还可以有效降低容性电流的大小，进一步提高变压器运行的安全性。

可选的，在实际应用中，辅助电路提供的等电位连接点，应优选使半导电层内容性电流最小的连接点，从而尽可能的避免由于容性电流过大引起的半导电层、以及连接半导电层的连接线发热的问题。

综上所述，本实用新型提供的变压器，在前述实施例的基础上，增设辅助电路，通过辅助电路提供与变压器本体绕组的预设位置具有相等电位的等电位连接点，半导电层经限流电路与辅助电路提供的等电位连接点相连，从而在避免破坏litz线股间绝缘的情况下，实现半导电层的既定作用，即改善绕组的电场分布，提高变压器的高压绝缘性能，还可以有效降低容性电流的大小，进一步提高变压器运行的安全性。

下面结合多个实施例以及相对应的附图，对辅助电路的可选实现方式进行介绍：

参见图6，图6是本实用新型实施例提供的第四种变压器的结构示意图。在本实施例中，辅助电路由辅助绕组实现。

可选的，作为一种实际生产中最易于实现的设置方式，本实施例提供的辅助绕组与本体绕组共同绕制，因此，本实施例中辅助绕组与本体绕组的绕向相同，而且匝数相同，并且同样套装于铁芯的芯柱上。

基于上述连接方式，辅助绕组与本体绕组处于并联关系，辅助绕组两端的电压与本体绕组两端的电压值以及压降方向完全相同。进一步的，在辅助绕组与本体绕组同时绕制的情况下，辅助绕组与本体绕组的匝数相同，辅助绕组每一匝的感应电压与本体绕组的每一匝的感应电压都是相同的，辅助绕组每一处电位与本体绕组对应位置的电位也完全相同，因此，辅助绕组的每一点，均可以作为半导电层的等电位连接点，在实际应用中，可以根据半导电层与本体绕组的耦合情况任意配置。

可以想到的是，对于变压器整体而言，其包括有多个本体绕组，相应的，需要为每一设置有半导电层的本体绕组，对应设置一辅助绕组，各辅助绕组的出线端与相应的本体绕组的引出连接点相连即可。在实际生产中，辅助绕组可以采用很细的绝缘导线，随绕制本体绕组的litz线一同绕制，工艺实现难度不大。

当然，尽管实现工艺难度不大，在变压器设计过程中，还是要考虑辅助绕组的分流导致的线材发热问题，以及加工工艺、对变压器体积、绝缘性能等方面的影响，此处不再赘述。

可选的，在实际应用中，高频高压变压器的一次侧和二次侧往往都连接有变流器，通过变流器实现交直流的转换。变流器的直流侧存在直流电位，因此，作为一种可选的实现方式，半导电层的等电位连接点可以由与变压器相连的变流器提供。

可选的，参见图7、图8，以及图9所示实施例，分别示出将变流器作为辅助电路，提供等电位连接点的实现方式。

具体的，在图7所示实施例中，变流器的直流侧正母线作为等电位连接点；相应的，在图8所示实施例中，变流器的直流侧负母线作为等电位连接点。对于包括母线中点的变流器而言，变流器的母线中点同样可以作为等电位连接点，具体连接关系如图9所示。

在图7、图8以及图9所示实施例中，辅助电路由变流器实现，不需对变压器自身的结构进行改进，而且接线简单，与图6所示实施例相比，更易于实现。当然，其弊端就在于只能应用于设置有变流器的应用场景中。

当然，还可以结合实际应用场景，综合使用上述两种辅助电路的实现方式，特别是仅在变压器的一侧设置有变流器的应用场景中，综合应用上述两种实现方式，可以最大限度的降低变压器生成过程的难度。

可选的，参见图10，图10是本实用新型实施例提供的第八种变压器的结构示意图，在本实施例中，辅助电路基于变流器和辅助绕组共同实现，即变流器的直流侧母线以及辅助绕组分别提供等电位连接点。

在实际应用中，变压器中的N个半导电层经限流电路与相应的变流器的直流侧母线相连，其中，N≥1；变压器中的M个半导电层经限流电路与相应的辅助绕组的等电位连接点相连，其中，M≥1。可以想到的是，N和M的和，即为变压器所包括的全部本体绕组的数量。

需要说明的是，对于上述实施例中N和M的具体取值，应结合变压器的具体应用场景，特别是应用场景中变流器的设置数量选取。

基于半导电层的基本原理可知，要想使得半导电层的容性电流尽可能的小，应结合半导电层与本体绕组的耦合情况选取连接半导电层的等电位连接点。

可选的，在上述任一实施例中，限流电路可以有电阻和电感中的任意一种实现。对于单纯通过电感实现的限流电路，其对于高频信号阻抗较大，可以有效的抑制高频容性电流。对于低频信号，其阻抗较低，电感分压小，可以保证半导电层提供有效的等电位。

当然，限流电路还可以由串联连接的电阻和电感共同实现。

可选的，本实用新型还提供一种隔离变流器，包括：第一变流器、第二变流器，以及上述任一实施例提供的变压器，其中，

所述第一变流器与所述变压器一次侧的本体绕组相连；

所述第二变流器与所述变压器二次侧的本体绕组相连。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的核心思想或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种变压器，其特征在于，包括：铁芯、本体绕组、半导电层，以及用于限制容性电流的限流电路，其中，

所述本体绕组套装于所述铁芯的芯柱；

所述半导电层与所述本体绕组对应设置；

所述限流电路的一端与所述半导电层相连，所述限流电路的另一端与所述半导电层的等电位连接点相连。

2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述半导电层的等电位连接点由所述本体绕组提供。

3.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述半导电层的等电位连接点由辅助电路提供；

所述辅助电路与所述本体绕组相连，且所述辅助电路与所述本体绕组的预设位置具有相等电位。

4.根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述辅助电路提供的等电位连接点为使所述半导电层内容性电流最小的连接点。

5.根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述辅助电路包括套装于所述芯柱的辅助绕组。

6.根据权利要求5所述的变压器，其特征在于，所述辅助绕组与所述本体绕组的绕向相同，且匝数相同。

7.根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述辅助电路包括与所述变压器相连的变流器。

8.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于，所述变流器的直流侧正母线作为所述等电位连接点。

9.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于，所述变流器的直流侧负母线作为所述等电位连接点。

10.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于，所述变流器的直流侧母线中点作为所述等电位连接点。

11.根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述辅助电路包括：变流器和辅助绕组，其中，

所述变流器的直流侧母线提供所述等电位连接点；

所述变压器的全部半导电层中的N个所述半导电层经相应的限流电路与相应的变流器的直流侧母线相连，其中，N≥1；

所述变压器的全部半导电层中的另外M个所述半导电层经相应的限流电路与相应的辅助绕组的等电位连接点相连，其中，M≥1。

12.根据权利要求1-11任一项所述的变压器，其特征在于，所述限流电路包括电阻和电感中的任意一种。

13.根据权利要求1-11任一项所述的变压器，其特征在于，所述限流电路包括串联连接的电阻和电感。

14.一种隔离变流器，其特征在于，包括：第一变流器、第二变流器，以及权利要求1-13任一项所述的变压器，其中，

所述第一变流器与所述变压器一次侧的本体绕组相连；

所述第二变流器与所述变压器二次侧的本体绕组相连。

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