專利名稱：具有環(huán)氧絕緣線圈的三相高性能干式變壓器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有包含三角形芯的環(huán)氧絕緣線圈的三相高性能干式變壓器，其中所述芯由三個子芯組成，每個子芯布置在與其它子芯成優(yōu)選120度的角處，并且每個單相芯的每個長邊與相鄰單相芯的每個長邊形成芯腿接頭，并且涉及用于制造之前提到的三相高性能干式變壓器的方法。
背景技術(shù)：
三角形芯是很長時間以來已知的，其中最老的公布時間回溯大約100年或更久。具有三角形芯的三相高性能變壓器也是很長時間以來已知的。
在GB 575564中，已經(jīng)公布了三相磁芯，其包括由通過絕緣材料接合在一起的磁材料層形成并彎曲跨越條帶寬度的三個V形構(gòu)件，每個構(gòu)件的兩端如此成形使得它們與其它構(gòu)件端在芯軸形成對接接頭，三個構(gòu)件從芯軸在相互位移120度方向輻射。磁材料條帶可連續(xù)纏繞以形成矩形圈，通過塑料絕緣材料分開并焊接層壓片。在線圈的頂部和底部以120度角傾斜的切ロ制成了兩個V形芯，其中在各端的表面如此成形使得三個芯可放在一起形成三相結(jié)構(gòu)，環(huán)繞其上可放置繞組的三個腿。在中心軸與外邊緣之間延伸的芯構(gòu)件之間形成對接接頭的表面可被機械加工并然后蝕刻以去除毛刺。芯構(gòu)件通過在底部勾到三角形構(gòu)件中的帶子固定在一起，并通過可調(diào)螺絲連接在上端固定在三角形構(gòu)件中。備選地，每個芯構(gòu)件通過導(dǎo)電條帶在中心劃分以防止交叉磁通，與層壓片絕緣，并位于含有中間軸的平面中。作為另外的修改，描述了十字形截面的芯構(gòu)件，以類似于之前所描述的那些的方式制造它們，但在其中間部分距條帶更寬。預(yù)先形成的線圈可放在首先在這些腿上被切割(cut across the legs)并且然后通過對接接頭接合的芯上,或者低壓繞組可纏繞在芯上，并且高壓繞組可滑過它。原則上，今天主要存在兩個概念，ー個是Delta類型，該術(shù)語是指相應(yīng)橫截面，而另ー個是Hexaformer類型。兩種類型都已經(jīng)商業(yè)化了，并且可用作液冷式變壓器和干式變壓器。根據(jù)Delta概念的變壓器芯具有三維鐵芯，其結(jié)構(gòu)由三個框架形式鐵芯形成，其具有對于偏斜的D-形區(qū)段提供的相同大小。鐵芯由磁導(dǎo)條帶材料構(gòu)成。以它們相互包括(mutually include)60度角以形成三維鐵芯的方式布置三個框架形式鐵芯。根據(jù)Hexaformer概念(W02008/108704)的變壓器是具有特殊形狀芯的三相變壓器(布置成三角形形狀)。具體地說，hexaformer芯包括至少ー個腿和至少ー個磁軛部分，其中所述ー個或多個腿的橫截面常規(guī)是具有多于四個邊的多邊的。通常，芯由某一數(shù)量卷(例如9卷)的層壓鋼帶組成，并且芯腿具有六邊形的橫截面形狀，由此獲得了良好的電氣和/或磁屬性。根據(jù)這個概念構(gòu)建的變壓器區(qū)別在于更高的能量效率、更低的重量和容積、更低的震動和噪聲等級、更低的電磁雜散場、更低的浪涌電流并且沒有三次諧波。相比常規(guī)變壓器，三角形芯變壓器需要更少的芯用鋼，并具有更低的芯損耗。因此在經(jīng)濟上和生態(tài)上有益。此外，相比卷入大量人工勞動的電カ變壓器生產(chǎn)的傳統(tǒng)技術(shù)，新技術(shù)允許很大程度自動化生產(chǎn)過程。從DE 2051883 B2中，已知用通過未固化的環(huán)氧樹脂浸潰的線匝生產(chǎn)，并在具有樹脂浸潰的纖維繞組的中間層的線圈架上的層中纏繞變壓器線圈。纏繞線圈涂有絕緣層，并且環(huán)氧樹脂在完成纏繞后被固化。首先，線圈涂有優(yōu)選為層壓玻璃等的樹脂浸潰纖維層的初級絕緣層，這層在纏繞過程期間是膠形式，其中沉積了至少ー層具有樹脂浸潰的導(dǎo)線，接下來涂第二樹脂浸潰纖維層。優(yōu)選地，組件形成軸向支撐的環(huán)狀體。用具有這些特征的干式變壓器，通常它們的線圈布置成一行，其中每個線圈纏繞在其自己的芯腿周圍，即ー個與下一個相鄰，并且每個線圈的鐵芯通過限定變壓器的磁軛聯(lián)接在一起。
一方面，根據(jù)這個傳統(tǒng)設(shè)計的變壓器容易制造，另ー方面，安裝這種變壓器所需的空間更高。而且，相比三角形芯變壓器，對于芯用鋼的需求肯定更高，并且芯損耗更大。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是設(shè)計上面提到類型的變壓器，具有較低空間需求和高效操作數(shù)據(jù)，都涉及功率和絕緣穩(wěn)定性，同時引起低的制造工作量。這個目的通過ー種具有包含由位于三角形角處的三個芯腿形成的三角形芯的纖維增強的環(huán)氧絕緣線圈的三相高性能干式變壓器實現(xiàn)，其中每個芯腿的上端通過上磁軛連接在一起，并且每個芯腿的下端通過下磁軛連接在一起，其中每個線圈繞其自己的芯腿纏繞，并且每個線圈已經(jīng)配備有增強纖維和鑄塑樹脂。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施，作為玻璃纖維、芳綸纖維、PET纖維、其它聚合物纖維、陶瓷纖維或它們的組合提供增強纖維。根據(jù)本發(fā)明的進ー步改進，作為粗紗或預(yù)浸料提供增強纖維。粗紗是拉的長且窄捆的纖維。預(yù)浸料是“預(yù)先浸潰”的合成纖維的術(shù)語。這些通常具有織物或織布的形式，或者是單向的。它們已經(jīng)包含用于在制造期間將它們接合在一起以及接合到其它元件的一定量基體材料。預(yù)浸料大部分存儲在冷卻區(qū)域中，這是因為激活一般主要通過加熱進行。因此，預(yù)浸料構(gòu)建的合成結(jié)構(gòu)大部分將需要烘爐或壓熱器來固化材料。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的變壓器其特征在于用增強纖維和/或粗紗和/或預(yù)浸料層壓每個線圈的繞組，其中提供用增強纖維和/或粗紗和/或預(yù)浸料對繞組的層壓作為線圈的機械穩(wěn)定性的加強。根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例，每個線圈配備有用于冷卻介質(zhì)的通道，其中所述通道與芯軸平行對齊。優(yōu)選地，在每個線圈中提供至少三個通道。而且，可能有利的是，使線圈具有不同深度的冷卻通道以便給出充分保護以免由于由渦流損耗等引起的可能損耗而過熱。按照根據(jù)本發(fā)明的變壓器的優(yōu)選實施例，作為在制造線圈時裝配在繞組中的管狀體提供線圈中用于冷卻介質(zhì)的每個通道。根據(jù)本發(fā)明的變壓器的優(yōu)選實施例其特征在于每個芯部分的至少ー個磁軛，上磁軛或下磁軛，可拆卸地連接到相應(yīng)芯腿。優(yōu)選地，每ー個磁軛都制造為棒，作為三角形的一部分，其中這些棒形成三角形的輪廓。有利地，用根據(jù)本發(fā)明的變壓器，每個芯以及磁軛都由結(jié)晶或非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的低損耗鐵合金制成。而且，本發(fā)明的目的是公開如何制造之前所描述的變壓器的方法。從而，用于制造根據(jù)本發(fā)明的變壓器的方法包括下文列出的不同步驟。開始于定位與位于三角形芯的角處的芯腿連接的下磁軛。然后，每個芯腿配備有銅或鋁線或箔的繞組，其中用增強纖維或粗紗或由它們制成的預(yù)浸料層壓每個繞組。下一步驟其特征在于在每個繞組中，裝配管狀體以便形成為排放在操作期間生成的熱損耗提供的通道?，F(xiàn)在，當已經(jīng)完成繞組時，每個線圈配備有鑄塑樹脂。隨后，在相應(yīng)芯腿上移位根據(jù)上面提到的步驟制造的每個線圏，并且然后將上磁軛放在芯腿上并連接到芯腿，其中每個線圈固定在適當位置。最后，執(zhí)行每個線圈導(dǎo)體的電氣安裝。
用于制造根據(jù)本發(fā)明的變壓器的另一方法包括下文列出的不同步驟。I)第一步驟是定位矩形框架，使得平行于每個相鄰框架對齊的任何框架的兩個長邊形成三角形的角。每個框架的短邊形成上磁軛和下磁軛。2)然后，將執(zhí)行線圈的纏繞，其中每個芯腿將接收用于初級電壓的繞組和用于次級電壓的ー個繞組。3)在本地制造根據(jù)這個方法的線圈，即每個芯腿經(jīng)受單獨的纏繞過程，而同時在多于ー個芯腿上組裝多于ー個繞組是可能的。每個線圈的纏繞通過纏繞機器以機械方式或以人工方式實現(xiàn)。4)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選特征，在每個繞組中，裝配至少ー個管狀體以便各形成為排放在變壓器操作期間生成的熱損耗提供的通道。5)根據(jù)用于制造變壓器的要求權(quán)利的方法的優(yōu)選步驟，檢查每ー個冷卻通道的位置。6)而且，根據(jù)本發(fā)明的線圈配備有樹脂浸潰的至少ー層、優(yōu)選為多于ー層纖維繞組，以便獲得線圈的機械穩(wěn)定性并支撐線圈的結(jié)構(gòu)。7)有利地，樹脂可以是聚酯樹脂，或根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，它是環(huán)氧樹脂。8)而且，有利地，鑄塑樹脂通過熱處理整個變壓器而固化，以便加強線圈的機械穩(wěn)定性。9)根據(jù)這個方法的進ー步改進，每個線圈的導(dǎo)體連接到接ロ。10)最后，關(guān)于其電氣特性對根據(jù)本發(fā)明的變壓器進行測試。具有這些特征的干式變壓器提供了靈活、可靠且環(huán)境上安全的設(shè)計，用于除只是分配任務(wù)之外的廣泛范圍的應(yīng)用，并且可容忍重載荷和極端溫度。它們的設(shè)計為廣泛范圍的應(yīng)用提供了安全可靠的變壓器，符合大多數(shù)全球標準。從而，這些變壓器能夠滿足性能要求，同時提供不易燃的環(huán)境上安全的免于維護的產(chǎn)品。變壓器由用玻璃纖維粗紗增強的樹脂、使它們能夠忍受極端機械應(yīng)カ和來自惡劣氣候的熱沖擊、常規(guī)循環(huán)加載和短路作用力的極大強度的材料或任何相當?shù)睦w維材料制成。除此之外，可通過使用用于層壓繞組的預(yù)浸料實現(xiàn)線圈的增強。從而，設(shè)計并測試這些材料以運作在像-60 V (-76 °F ) —祥低或超過500C (122 T )的外部溫度。而且，這些變壓器是防爆的、無毒的、自熄的，并且是百分百防潮的，不受冰凍條件或化學(xué)的影響。特殊的優(yōu)點是，這些變壓器的生產(chǎn)無需使用鑄模。相反，它們的線圈在數(shù)控纏繞機器上制造，因此它們可定制成滿足確切的客戶規(guī)范和要求，包含損耗、阻抗或尺寸。具體地說，這個設(shè)計靈活性可用于生產(chǎn)正好是合適大小的變壓器，例如能夠通過受限的出入開ロ(access hatch)或門道，無需拆開它，或者在受限高度的區(qū)域中運作。通常，這些變壓器用在室內(nèi)和室外，其中外殼可用于適合大多數(shù)全球需求，并且不要求拱頂或防溢堤、噴水裝置或其它昂貴的防火系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的變壓器可用在變頻驅(qū)動器(VFD)和牽引應(yīng)用中，其中應(yīng)用突然循環(huán)載荷和諧波，并且要求多個繞組的解決方案。本發(fā)明的這些和另外有利實施例和改進是從屬權(quán)利要求的主題。
通過在本發(fā)明附圖中示出的本發(fā)明的各種優(yōu)選實施例的示例，將更詳細例證和描述本發(fā)明的有利實施例和改進以及本發(fā)明的特殊優(yōu)點。它顯示在
圖I是配備有線圈和磁軛的三角形變壓器芯的布置的示意圖上的頂視 圖2是由閉合圈構(gòu)成的芯框架的側(cè)視 圖3是ニ角形芯上的頂視 圖4是由三個芯框架形成的三角形芯的側(cè)視圖，其中每個框架的每個長邊接合到相鄰框架的長邊，并由此裝配到三角形上；
圖5是根據(jù)圖3的配備有繞組的三角形芯上的頂視圖；以及 圖6是根據(jù)圖4的配備有繞組的三角形芯的側(cè)視圖。
具體實施例方式圖I示出了配備有線圈12、14、16和磁軛18的三角形變壓器10的布置的示意圖上的頂視圖。線圈12、14、16各纏繞在芯腿(這個視圖中未示出)周圍，并形成具有三角形芯20的三相高功率變壓器10。磁軛18被放在每個芯腿的頂端，并連接到每個芯腿的頂端，由此它形成閉合磁路。在圖2中，示出了閉合框架22，由兩個長邊24組成，每個通過弓形連接段26彼此連接。與相鄰框架22的長邊24相鄰的每個長邊24用作線圈12、14、16的芯腿25，同時弓形連接段26形成磁軛18。因此，線圈12、14、16的每個芯腿25由兩個框架22的兩個長邊24形成，它們對齊在一起并由此形成三角形，如從圖3中可看到的。圖3示出了由三個閉合框架22形成的三角形芯20上的頂視圖，其中每個框架22的長邊24垂直于投射平面延伸。在這個三角形的角處，兩個相鄰框架22的相鄰的所述長邊24彼此對齊，同時在所述長邊24的端處的弓形連接段26形成磁軛18。在圖4中，示出了三角形芯20的側(cè)視圖，其由三個芯框架22形成，其中每個框架22的每個長邊24連接到相鄰框架22的長邊24，并由此裝配到根據(jù)本發(fā)明的變壓器10的三角形芯20。如前面所提到的，兩個對齊的長邊24形成繞組繞其纏繞的芯腿25。
在圖5中，示出了根據(jù)圖3的三角形芯20上的頂視圖，其配備有繞組底座28和其上的繞組12、14、16。繞組底座28用作繞組或線圈12、14、16的載體，并且最初可繞相應(yīng)的芯腿25旋轉(zhuǎn)。這種可旋轉(zhuǎn)性允許繞組可容易地以專業(yè)方式制造，即確切地一匝一匝并且ー層ー層地制造。最后，圖6示出了根據(jù)圖4的三角形芯20的側(cè)視圖，其中每個芯腿25配備有繞組底座28，并且線圈12、14已經(jīng)施加在其上。第三個線圈在圖中隱蔽了。至于這種繞組的制造，當三角形芯由閉合框架22制成吋，即當每個芯腿25的兩端都與三角形磁軛18連接使得不可能在相應(yīng)芯腿25上移位輕松纏繞的線圈時，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，每個芯腿25配設(shè)有用于纏繞相應(yīng)線圈的柱形繞組底座28。這個管狀繞組底座28其一方面相當窄，即它以緊密的距離圍繞相應(yīng)的芯腿25，而 另ー方面芯腿25與繞組底座28之間的空間足夠大，使得允許繞組底座28繞芯腿25旋轉(zhuǎn)。從而，為繞組提供的鋁或銅線繞優(yōu)選由結(jié)晶或非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的低損耗鐵合金制成的繞組底座28穩(wěn)定地纏繞，芯腿25也是如此。為了自動或半自動地給相應(yīng)芯腿25提供線圈，繞組底座28借助帶傳動或鏈傳動或齒輪傳動等以機械方式旋轉(zhuǎn)，這些傳動可在完成纏繞過程之后去除，其中繞組線一匝一匝并且ー層ー層地卷繞。因此，在每ー個芯腿25處線圈的本地制造可容易地執(zhí)行，無需打開三角形芯20的閉合框架22。當執(zhí)行導(dǎo)體的纏繞時，優(yōu)選在纏繞區(qū)域內(nèi)以正確的圓周角(right circularangle)并且以定義的半徑定位用于排放在操作期間的廢熱的姆個線圈的至少ー個管。從而，這些管狀冷卻管道借助纖維和/或由纖維制成的預(yù)浸料緊固到繞組上并且在進ー步繼續(xù)制造線圈之前用例如環(huán)氧樹脂層壓。附圖標記列表 10三角形變壓器 12線圈
14線圈 16線圈 18磁軛 20三角形芯 22閉合框架 24長邊 25芯腿 26弓形連接段 28繞組底座。
權(quán)利要求
1.一種具有包含由三個芯腿(25)形成的三角形芯(20)的樹脂絕緣線圈(12，14，16)的三相高性能干式變壓器(10)，每個芯腿位于三角形的角處，其中每個芯腿(25)的上端通過上磁軛(18)連接在一起，并且每個芯腿的下端通過下磁軛(18)連接在一起，其中每個線圈(12，14，16)繞芯腿(25)纏繞，并且每個線圈(12，14，16)已經(jīng)配備有增強纖維和鑄塑樹脂。
2.一種具有包含由三個閉合框架(22)形成的三角形芯(20)的樹脂絕緣線圈(12，14，16)的三相高性能干式變壓器(10)，每個閉合框架具有兩個長邊(24)，每個都平行于相鄰框架(22)的相應(yīng)長邊(24)對齊，并由此在每種情況下形成芯腿(25)，其中每個線圈(12，14，16)繞一個芯腿(25)纏繞，并且其中每個線圈(12，14，16)已經(jīng)配備有增強纖維和鑄塑樹脂。
3.如權(quán)利要求I或2所述的變壓器，其中作為玻璃纖維、芳綸纖維、PET纖維、其它聚合物纖維、陶瓷纖維或它們的組合提供所述增強纖維。
4.如權(quán)利要求3所述的變壓器，其中作為粗紗提供所述增強纖維。
5.如以上權(quán)利要求中任一項所述的變壓器，其中所述繞組由具有大約幾百米長度、至少具有所述線圈的一個周長長度的纖維制成。
6.如以上權(quán)利要求中任一項所述的變壓器，其中用熱固樹脂或熱塑聚合物預(yù)浸所述增強纖維。
7.如權(quán)利要求6所述的變壓器，其中所述熱固樹脂是環(huán)氧樹脂。
8.如以上權(quán)利要求中任一項所述的變壓器，其中用所述增強纖維和/或粗紗和/或預(yù)浸料層壓每個線圈(12，14，16)的所述繞組。
9.如權(quán)利要求7所述的變壓器，其中提供所述增強纖維和/或用增強纖維和/或粗紗和/或預(yù)浸料對所述繞組的層壓作為所述線圈(12，14，16)的機械穩(wěn)定性的加強。
10.如以上權(quán)利要求中任一項所述的變壓器，其中每個線圈(12，14，16)被配備有用于冷卻介質(zhì)的通道，其中所述通道平行于線圈軸對齊。
11.如權(quán)利要求10所述的變壓器，其中所述線圈(12，14，16)中用于冷卻介質(zhì)的每個通道被提供為在制造所述線圈的同時裝配在所述繞組中的管狀體。
12.如以上權(quán)利要求中任一項所述的變壓器，其中所述上磁軛或下磁軛(18)中的至少一個可拆卸地連接到相應(yīng)芯腿(25)。
13.如以上權(quán)利要求中任一項所述的變壓器，其中每個芯以及所述磁軛(18)由結(jié)晶或非 >結(jié)晶結(jié)構(gòu)的低損耗鐵合金制造。
14.用于制造如以上權(quán)利要求中任一項所述的變壓器的方法，其中所述芯腿(25)位于三角形芯(20)的角處，并且每個芯腿(25)與下磁軛和上磁軛(18)連接，其中每個芯腿(25)配備有銅或鋁線或箔的線圈(12，14，16)，其中用增強纖維或粗紗和/或由它們制成的預(yù)浸料層壓每個線圈(12，14，16)，其中在每個線圈(12，14，16)中，裝配至少一個管狀體以便形成提供用于排放在操作期間生成的熱損耗的通道，其中每個線圈(12，14，16)配備有鑄塑樹脂，并且其中完成每個線圈的導(dǎo)體的電氣安裝。
15.如權(quán)利要求14所述的用于制造變壓器的方法，其中由下磁軛(18)和上磁軛(18)組裝所述三角形芯(20)，下磁軛(18)與所述三角形芯(25)的角處的芯腿(25)成整件地連接，其中每個芯腿(25)配備有銅或鋁線或箔的線圈(12，14，16)，其中在相應(yīng)芯腿(25)上移位根據(jù)上面提到的步驟制造的每個線圈(12，14，16)，其中所述上磁軛(18)連接到所述芯 腿(25)，并且完成每個線圈的導(dǎo)體的電氣安裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有包含由通過上磁軛(18)和下磁軛連接在一起的三個芯腿形成的三角形芯(20)的環(huán)氧絕緣線圈(12,14,16)的三相高性能干式變壓器(10)，每個線圈繞其自己的芯腿纏繞并配備有增強纖維和鑄塑樹脂。而且，它涉及用于制造變壓器的方法，其中下磁軛與芯腿連接，每個芯腿配備有銅線繞組，用增強纖維、粗紗或它們制成的預(yù)浸料層壓每個繞組，在每個繞組中裝配管狀體以便形成用于排放操作期間的熱損耗的通道，并且每個線圈配備有鑄塑樹脂。然后在相應(yīng)芯腿上移位每個線圈，上磁軛連接到芯腿，并且完成每個線圈導(dǎo)體的電氣安裝。
文檔編號H01F41/12GK102792398SQ201180014946
公開日2012年11月21日 申請日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月20日
發(fā)明者B.韋伯, J.特佩爾, M.卡倫, T.哈特曼 申請人:Abb 技術(shù)有限公司