專利名稱：用于制造用于干式變壓器的繞組的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造用于干式變壓器的繞組的方法以及一種相應(yīng)于權(quán)利要求14所述的按照該方法制造的繞組。
背景技術(shù)：
干式變壓器本身是已知的。在這種類型的變壓器中，在運(yùn)行中出現(xiàn)的損耗熱量被直接地輸出到外界空氣中，這區(qū)別于所謂的油浸變壓器，在油浸變壓器中，變壓器線圈布置在填充絕緣油的容器中并且絕緣油承擔(dān)了作為熱載體的附加功能，并且損耗熱量被傳遞到通常有棱的、和外界空氣連接的容器壁上。另一個(gè)涉及在每個(gè)線圈的各個(gè)繞組層之間的絕緣的區(qū)別在于在干式變壓器中取消了保護(hù)油浸變壓器防止受外界影響的金屬板外殼。因此，干式變壓器的線圈或其表面必須具有類似的保護(hù)措施，而不會(huì)由此嚴(yán)重?fù)p害散熱。為了滿足前述的要求，干式變壓器的線圈繞組可以以已知的方式利用人造樹脂浸漬的纖維粗紗(優(yōu)選地由玻璃纖維制成)進(jìn)行纏繞。在此，這種纖維粗紗分別以層的方式施加并且因此也用于使得各個(gè)繞組層彼此絕緣。通常借助于所謂的纏繞裝置來施加各個(gè)線層和絕緣層，該纏繞裝置類似于車床那樣設(shè)計(jì)，其中以后的線圈體在主軸箱和尾架之間張緊并且繞組線和纖維粗紗分別從側(cè)面通過類似支撐的導(dǎo)軌輸送。為了在制造這樣一種線圈期間保持繞組的預(yù)定的結(jié)構(gòu)以及尺寸，以及為了防止人造樹脂不受控制地流出，完成纏繞的線圈的干燥和硬化通常在旋轉(zhuǎn)的情況下在特殊的硬化爐中實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)線圈的電磁場(chǎng)的盡可能均勻的形成，變壓器線圈的高壓繞組優(yōu)選地以所謂的群繞組的形式構(gòu)建。繞組層在總的線圈長(zhǎng)度方面分成多個(gè)彼此相鄰的群，然而這些群彼此電串聯(lián)。這又在構(gòu)建各個(gè)繞組層時(shí)分別要求繞組的分開，也就是說切斷對(duì)應(yīng)于該層的繞組線，并且在成功地施加各自的對(duì)應(yīng)的絕緣層之后，使線端部相互電鍍連接，這通常借助于焊接實(shí)現(xiàn)。這種程序是非常耗時(shí)并且浪費(fèi)人力的。它還要求與此相關(guān)的人員投入更高的注意力。由EP194152!3B1已知了一種用于制造樹脂絕緣的線圈的方法，其中線圈利用纖維強(qiáng)化，這些纖維布置在高密度(massive)聚合物基材中的線圈上。在此，繞組層和纖維-聚合物-層交替地且重復(fù)地被施加，其中纖維-聚合物-層的施加包括下面給出的連續(xù)執(zhí)行的步驟-連續(xù)輸送至少一個(gè)帶，其包括纖維和高密度聚合物基材，-在輸送期間熔化或激活至少一個(gè)帶的一個(gè)區(qū)段，-在輸送期間將帶的熔化的或激活的區(qū)段壓到線圈上，以及-在離開加熱的或激活的且被壓的區(qū)帶之后使帶冷卻。
此外由DE 4445423 Al已知了一種方法，根據(jù)該方法在施加低壓-繞組之前，確定對(duì)于層絕緣最大所需要的絕緣厚度和相應(yīng)于所述絕緣厚度的纖維粗紗數(shù)量。在此，每個(gè)繞組層和所屬的絕緣層的制造同時(shí)以彼此之間的空間偏移實(shí)現(xiàn)，其中所需要的絕緣厚度的調(diào)節(jié)一方面通過纖維粗紗的繞組進(jìn)給來實(shí)現(xiàn)，而且另一方面通過其數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于上面最后給出的方法來說特征在于，纖維粗紗從一個(gè)側(cè)面以及繞組線從相對(duì)的側(cè)面、也就是說從不同側(cè)面被輸送給纏繞裝置。在此視為優(yōu)點(diǎn)的是，即粗紗和線例如在不同的進(jìn)給中未受到阻擋。然而在這種方法過程中存在相當(dāng)大的空間需求。

發(fā)明內(nèi)容
由上面給出的現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)本發(fā)明的目的在于，提出一種開頭所述類型的方法， 該方法可簡(jiǎn)單地實(shí)施，具有盡可能少的空間需求并且避免了所顯示的難題，本發(fā)明還涉及一種按照該方法制造的產(chǎn)品。該目的根據(jù)本發(fā)明通過權(quán)利要求1和14的區(qū)別性特征來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明提出，為了制造繞組，在繞組的各個(gè)繞組層之間，交替地且重復(fù)地將由纖維和高密度聚合物基材構(gòu)成的纖維-聚合物-層、所謂的預(yù)浸材料(Prepregs) 作為絕緣層同時(shí)和繞組導(dǎo)體一起施加，可選地在此在施加期間加熱這些絕緣層，并且在其施加到各個(gè)繞組層上之后使制成的繞組可選地在同時(shí)加熱的情況下經(jīng)受沖壓過程，從而使施加在繞組上的絕緣層硬化。本發(fā)明的重要優(yōu)點(diǎn)在此可視為，放棄了在迄今為止的干式變壓器構(gòu)造中所應(yīng)用的人造樹脂浸漬的纖維粗紗作為絕緣層，這有利于預(yù)先處理的連續(xù)纖維的應(yīng)用，其作為預(yù)浸材料，該預(yù)浸材料是利用人造樹脂基于聚合物浸漬的連續(xù)纖維束，其在業(yè)界是已知的。如下的半成品稱為預(yù)浸材料，即其由連續(xù)纖維(Endlosfaser)并且由熱塑性的或者由未硬化的熱固性的塑料基材構(gòu)成并且可在多個(gè)方面應(yīng)用，例如在用于飛機(jī)和機(jī)動(dòng)車的輕型結(jié)構(gòu)中。連續(xù)纖維在此可以作為純粹的單向?qū)?、作為織?Gewebe)或作為織品 (Gelege)而存在。通常以卷筒形式(bahnfoermig)提供預(yù)浸材料，優(yōu)選地纏繞在輥上。預(yù)浸材料可利用機(jī)器進(jìn)行加工并且因此主要在自動(dòng)化過程中使用。其實(shí)現(xiàn)了均勻的且高的質(zhì)量。優(yōu)點(diǎn)在于其低的波動(dòng)(ondulation)及其高的纖維體積含量。波動(dòng)在此理解為例如在纖維復(fù)合材料中、在織物內(nèi)部的纖維的偏轉(zhuǎn)⑴mlenkimg)。波動(dòng)導(dǎo)致了織物的纖維平行強(qiáng)度的降低。通過預(yù)浸材料在高溫條件下的硬化，短的周期時(shí)間是可能的。預(yù)浸材料的加工然而需要高的投入、例如是用于壓熱器、安放機(jī)器人(Legerobotor)以及冷卻的支承 (Lagerhaltung) 0在本發(fā)明的情況下、也就是說當(dāng)應(yīng)用預(yù)浸材料作為用于制造絕緣層的絕緣材料時(shí)，與迄今為止的通過應(yīng)用常見的人造樹脂浸漬的纖維粗紗來制造相比較，投入明顯更低， 如下面將要說明的。因此根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施變體的特征在于，將UV-可硬化的樹脂設(shè)置為纖維-聚合物-層的一部分，其中在施加期間利用UV-光照射繞組，這首先導(dǎo)致了在纏繞過程期間樹脂的硬化反應(yīng)的激活并且隨后導(dǎo)致了繞組的部分硬化或完全硬化。線圈繞組的制造可以沒有問題地在應(yīng)用預(yù)浸材料的情況下利用為纖維粗紗所設(shè)置的裝置來執(zhí)行，其中取消了利用液態(tài)人造樹脂進(jìn)行浸漬，這是因?yàn)轭A(yù)浸材料已經(jīng)利用為了線圈的組裝或?yàn)榱顺浞纸^緣而設(shè)置的塑料基材基于聚合物浸漬地提供。相應(yīng)地，僅僅需要輸送一定量的熱形式的能量，其可以使得在預(yù)浸材料的纖維束中結(jié)合的聚合物基材軟化，因此各個(gè)由預(yù)浸材料構(gòu)成的絕緣層一方面可以塑性變形并且相互結(jié)合成為一個(gè)唯一的物體，其在由于加熱而引起的隨后的硬化之后由于冷卻而獲得足夠的機(jī)械剛性和強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)有利的變體設(shè)計(jì)為，為了在施加期間加熱絕緣層而利用紅外線輻射器照射線圈表面和/或絕緣材料或者利用熱空氣吹風(fēng)，這首先導(dǎo)致了在纏繞過程期間樹脂的軟化并且隨后導(dǎo)致了繞組的部分硬化或完全硬化。為了應(yīng)用這種制造變體，UV-可硬化的樹脂提供為纖維-聚合物-層的一部分是不必要的。最后可以按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)有利的實(shí)施變體，通過在纏繞時(shí)應(yīng)用被加熱的壓緊輥而在施加期間提供對(duì)絕緣層的加熱，這首先導(dǎo)致了在纏繞過程期間樹脂的軟化并且隨后導(dǎo)致了繞組的部分硬化或完全硬化。作為用于制造用于干式變壓器的繞組的根據(jù)本發(fā)明的方法的另外的變體，也可以這樣提供對(duì)繞組的間接加熱，即為了在施加期間加熱絕緣層，由于其歐姆電阻而實(shí)現(xiàn)對(duì)繞組導(dǎo)體的加熱，這首先導(dǎo)致了在纏繞過程期間樹脂的軟化并且隨后導(dǎo)致了繞組的部分硬化或完全硬化。在此根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)為，在纏繞在線圈上的導(dǎo)體的始端處和在導(dǎo)體的末端處分別通過集電環(huán)將電流輸送到導(dǎo)體中，也就是說，兩個(gè)導(dǎo)體端部和電流源連接并且用作為電阻加熱，其由于電流流過而對(duì)導(dǎo)體加熱并且因此也加熱了和導(dǎo)體相鄰的絕緣層。這種硬化方法可以在硬化期間避免旋轉(zhuǎn)時(shí)也無需使用集電環(huán)的情況下進(jìn)行。可替換地，線圈僅僅可以在受限制的角度范圍之內(nèi)、例如是+/-180°，交替地旋轉(zhuǎn)，以便避免集電環(huán)。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及繞組層或絕緣層的結(jié)構(gòu)對(duì)于電場(chǎng)的性能的影響及其優(yōu)化，這通過相應(yīng)的繞組結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地，按照根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方式設(shè)計(jì)為，在各個(gè)繞組層之間的絕緣層成梯狀地這樣構(gòu)造，使得在第一層和第二層之間的絕緣層以及在第二層和第三層之間的絕緣層在橫截面視圖中互補(bǔ)成為矩形。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)可替換的實(shí)施變體的特征在于，通過連續(xù)地改變絕緣物進(jìn)給(Isolationsvorschub)的速度實(shí)現(xiàn)了無階梯線性升高的絕緣，其中一方面在第一層和第二層之間的絕緣層以及另一方面在第二層和第三層之間的絕緣層在橫截面視圖中互補(bǔ)成為矩形。此外，按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)可替換方案設(shè)計(jì)為，通過改變絕緣物進(jìn)給的速度得到了絕緣層的非線性升高的厚度，其中在第一層和第二層之間的絕緣物 (Isolation)以及在第二層和第三層之間的絕緣物在橫截面視圖中互補(bǔ)成為矩形。最后，按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)變體可以設(shè)計(jì)為，在兩個(gè)相鄰的層之間的絕緣層這樣構(gòu)造，使得這些絕緣層不互補(bǔ)成為矩形，因此繞組的最外側(cè)的表面與內(nèi)表面不平行地延伸。此外，本發(fā)明的目的是提出一種根據(jù)在前面所實(shí)施的并且詳細(xì)說明的方法來制造的繞組，該繞組簡(jiǎn)單地構(gòu)造，具有功能上沒有問題的絕緣，運(yùn)行可靠并且具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。該目的根據(jù)本發(fā)明通過權(quán)利要求14的區(qū)別性特征來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)為，在繞組的各個(gè)繞組層之間交替地且重復(fù)地設(shè)有纖維-聚合物-層作為絕緣層，其由作為和高密度聚合物基材相連接的纖維束的預(yù)浸材料構(gòu)成，其中這些絕緣層相互連接。在此，根據(jù)本發(fā)明的繞組的所追求的高機(jī)械強(qiáng)度通過以下方式實(shí)現(xiàn)，即使用預(yù)浸材料形式的所設(shè)置使用的纖維-聚合物-層，其中聚合物成分使其高密度聚合物基材硬化并且由此將纖維或纖維束錨定在聚合物基材中。
權(quán)利要求
1.一種用于制造用于干式變壓器的繞組的方法，所述干式變壓器對(duì)于低壓(us-繞組) 以及對(duì)于高壓(OS-繞組)各具有繞組，這些繞組分別相互地以及以層的方式彼此電絕緣， 其方式是首先所述用于低壓的繞組由導(dǎo)電的線材料或帶材料制造并且利用由樹脂浸漬的纖維材料、例如粗紗所制成的絕緣層來纏繞，此后構(gòu)建所述用于高壓的繞組，所述用于高壓的繞組的各個(gè)層分別借助于樹脂浸漬的纖維粗紗相互絕緣，其中在施加所述OS-繞組之前確定對(duì)于所述層絕緣最大所需要的絕緣厚度和相應(yīng)于所述絕緣厚度的纖維粗紗數(shù)量，其中此外每個(gè)繞組層和所屬的絕緣層的制造同時(shí)以彼此之間的空間偏移實(shí)現(xiàn)以及所需要的絕緣厚度的調(diào)節(jié)不僅通過所述纖維粗紗的數(shù)量而且也通過所述纖維粗紗的繞組進(jìn)給來實(shí)現(xiàn)， 其特征在于，為了制造所述繞組，在所述繞組的各個(gè)繞組層之間，交替地且重復(fù)地將由纖維和高密度聚合物基材構(gòu)成的纖維-聚合物-層作為絕緣層同時(shí)和繞組導(dǎo)體一起施加，并且在其施加到所述各個(gè)繞組層上之后使所述制成的繞組經(jīng)受硬化過程，從而使施加在所述繞組上的預(yù)浸材料硬化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將UV-可硬化的樹脂設(shè)計(jì)為所述纖維-聚合物-層的一部分，在所述施加期間利用UV-光照射所述繞組，這首先導(dǎo)致了在所述纏繞過程期間所述樹脂的硬化反應(yīng)的激活并且隨后導(dǎo)致了所述繞組的部分硬化或完全硬化。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了在所述施加期間加熱所述絕緣層利用紅外線輻射器照射線圈表面和/或絕緣材料或者利用熱空氣吹風(fēng)，這首先導(dǎo)致了在纏繞過程期間所述樹脂的軟化并且隨后導(dǎo)致了所述繞組的部分硬化或完全硬化。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了在所述施加期間加熱所述絕緣層，在纏繞時(shí)應(yīng)用被加熱的壓緊輥，這首先導(dǎo)致了在所述纏繞過程期間所述樹脂的軟化并且隨后導(dǎo)致了所述繞組的部分硬化或完全硬化。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了在所述施加期間加熱所述絕緣層，提供對(duì)所述繞組導(dǎo)體的加熱，這首先導(dǎo)致了在所述纏繞過程期間所述樹脂的軟化并且隨后導(dǎo)致了所述繞組的部分硬化或完全硬化。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)繞組旋轉(zhuǎn)時(shí)，在卷繞在所述線圈上的導(dǎo)體的始端處和在所述導(dǎo)體的末端處分別通過集電環(huán)將電流輸送到所述導(dǎo)體中。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)繞組不旋轉(zhuǎn)時(shí)，在卷繞在所述線圈上的導(dǎo)體的始端處和在所述導(dǎo)體的末端處將電流輸送到所述導(dǎo)體中。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)繞組交替受限制地旋轉(zhuǎn)時(shí)，在卷繞在所述線圈上的導(dǎo)體的始端處和在所述導(dǎo)體的末端處將電流輸送到所述導(dǎo)體中。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述各個(gè)繞組之間的所述絕緣層具有恒定的厚度。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述各個(gè)繞組層之間的所述絕緣層成梯狀地構(gòu)建，其中在第一層和第二層之間的所述絕緣層以及在第二層和第三層之間的所述絕緣層在橫截面視圖中互補(bǔ)成為矩形。
11.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過連續(xù)地改變絕緣物進(jìn)給的速度實(shí)現(xiàn)了無階梯線性升高的絕緣，其中在第一層和第二層之間的絕緣物以及在第二層和第三層之間的絕緣物在橫截面視圖中互補(bǔ)成為矩形。
12.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過改變所述絕緣物進(jìn)給的速度實(shí)現(xiàn)了非線性升高的絕緣，其中在第一層和第二層之間的絕緣物以及在第二層和第三層之間的絕緣物在橫截面視圖中互補(bǔ)成為矩形。
13.如權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在兩個(gè)相鄰層之間的所述絕緣層不互補(bǔ)成為矩形，因此所述繞組的最外側(cè)的表面不再平行于內(nèi)表面延伸。
14.一種按照如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法制造的繞組，其特征在于，在所述繞組的各個(gè)繞組層之間交替地且重復(fù)地設(shè)有由纖維和高密度聚合物基材構(gòu)成的纖維-聚合物-層作為絕緣層，所述絕緣層相互連接，并且所述高密度聚合物基材的聚合物成分硬化。
全文摘要
本發(fā)明用于制造用于干式變壓器的繞組的方法，該干式變壓器對(duì)于低壓(US-繞組)以及對(duì)于高壓(OS-繞組)各具有繞組，這些繞組分別相互地以及以層的方式彼此電絕緣，其方式是首先用于低壓的繞組由導(dǎo)電的線材料或帶材料制成且利用由樹脂浸漬的纖維材料、例如粗紗所制成的絕緣層來纏繞，此后構(gòu)建用于高壓的繞組，用于高壓的繞組的各個(gè)層分別借助于樹脂浸漬的纖維粗紗相互絕緣，其中在施加OS-繞組之前確定對(duì)于層絕緣最大所需要的絕緣厚度和相應(yīng)于所述絕緣厚度的纖維粗紗數(shù)量，并且此外每個(gè)繞組層和所屬的絕緣層的制造同時(shí)以彼此之間的空間偏移實(shí)現(xiàn)以及所需要的絕緣厚度的調(diào)節(jié)不僅通過纖維粗紗數(shù)量而且也通過纖維粗紗的繞組進(jìn)給來實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)B29C53/58GK102360834SQ201110153920
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者B·韋伯, F·科爾內(nèi)留斯, J·特佩爾, O·貝克, P·薩茨 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司