專利名稱：環(huán)形芯變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)形芯變壓器，尤其是具有多個在軸向上相鄰排列的環(huán)形芯的多相變壓器，其中相鄰的環(huán)形芯分別承載不同相的相繞組。在具有相鄰排列的環(huán)形芯繞組的多相變壓器中存在以下問題在各個相繞組之間存在高的電壓勢差，從而需要開銷很大的絕緣措施來避免諸如在滴水、滲水或結(jié)冰時的電弧放電，并保證多相變壓器的工作安全性。有時甚至還要求多相變壓器設(shè)置有一個加熱器，用以避免例如由結(jié)冰導(dǎo)致的各個相繞組之間的電弧放電。
絕緣措施是很昂貴的。此外絕緣措施還要求多相變壓器具有一定的結(jié)構(gòu)尺寸，從而增大了其空間需求。
歐洲專利DE 69110273 T2公開了一種三相環(huán)形芯變壓器，其環(huán)形芯在軸向上彼此相鄰排列并分別承載各相。
這種環(huán)形芯變壓器用于工作在低電壓下。如果用于中等電壓范圍，則不僅在連接區(qū)、而且在繞組本身范圍內(nèi)有過高的電位差，并從而產(chǎn)生電弧放電。
與此相應(yīng)地，本發(fā)明的目的在于給出一種如說明書開始處所述類型的環(huán)形芯變壓器，它只要求簡化的絕緣措施，并且其結(jié)構(gòu)尺寸也縮小了。此外可以在小的結(jié)構(gòu)尺寸下獲得高的功率密度。
按照本發(fā)明，上述任務(wù)由以下解決方案完成兩個相鄰環(huán)形芯的相繞組的連接點(diǎn)相互錯開地排列在周邊方向上。多相變壓器的各個相繞組之間的電氣相移在實(shí)際上通過相繞組的機(jī)械錯位而消失或減小。這樣相鄰的不同相的繞組段之間的電位差減小了，相應(yīng)降低了對開銷較大的、用于相鄰相繞組間的相互隔離的絕緣措施的要求，從而降低了用于絕緣措施的成本。由于減小了相鄰環(huán)形芯的相繞組之間的電位差，這些環(huán)形芯也能夠以較小的相互間距排列，從而減小了多相變壓器結(jié)構(gòu)尺寸。
一個特別有效的實(shí)施方式是，兩個相鄰環(huán)形芯的相繞組的連接點(diǎn)之間的錯位或幾何角度對應(yīng)于這些環(huán)形芯的電壓信號之間的相移或電氣相位角。在兩個環(huán)形芯的直接相鄰的繞組段之間實(shí)際上不再存在電位差。在三相系統(tǒng)中，三個相繞組的連接點(diǎn)分別相互錯開120°，從而以機(jī)械方式補(bǔ)償各相之間的相位角。
由于在各個環(huán)形芯之間通常為了機(jī)械穩(wěn)定性和保持而設(shè)置一個間隔支架，在兩個相鄰相繞組之間可允許存在小的電位差，從而只需要相對于電氣相移更小的環(huán)形芯機(jī)械扭轉(zhuǎn)，就足以在降低或干脆取消絕緣措施的情況下避免相繞組之間的電壓電弧放電。這樣，在加工多相變壓器時對精度的要求降低了，也簡化了其加工過程。
根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形芯變壓器的一個有意義的實(shí)施例在于，設(shè)置一個用于具有相繞組的環(huán)形芯的、適匹于環(huán)形芯變壓器的結(jié)構(gòu)形狀的、最好基本呈圓柱形的外殼，并且最好在外殼的軸向終端上設(shè)置一個風(fēng)扇或類似的鼓風(fēng)機(jī)。具有相繞組的環(huán)形芯被設(shè)置這個在外殼中，從而不會被弄臟和受到損傷。用風(fēng)扇對變壓器進(jìn)行冷卻，以避免多相變壓器的熱過載。
具有冷卻措施的外殼有利于在較高功率密度下實(shí)現(xiàn)變壓器的緊湊結(jié)構(gòu)。特別是在符合權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的多相變壓器中這是具有優(yōu)點(diǎn)的，因?yàn)檫@些權(quán)利要求所述的措施也導(dǎo)致一個緊湊的結(jié)構(gòu)，這要求相應(yīng)的冷卻措施。
為了冷卻多相變壓器，可以在環(huán)形芯的區(qū)域內(nèi)設(shè)置用于流通冷卻劑的空心導(dǎo)管，并且最好變壓器的外殼被構(gòu)造成熱交換器并與空心導(dǎo)管相連接。這里外殼可構(gòu)造成雙壁結(jié)構(gòu)，以使熱量特別好地向外傳導(dǎo)出去。冷卻劑可以用一個泵抽取，使其通過空心導(dǎo)管和外殼。
一個特別有效的實(shí)施方式是，在外殼的外側(cè)上設(shè)置有冷卻體或類似的突出件，用以增大外殼表面積，或者外殼具有一個成型表面。通過增大表面積，熱量被更好地傳導(dǎo)，并且可避免熱過載。
也可以用澆注樹脂分別澆注變壓器線圈，其中由澆注樹脂形成各個線圈的外殼?？梢圆捎靡粋€與所需要的冷卻體或冷卻肋互補(bǔ)成形的澆注模，從而在澆注線圈時直接得到所需要的具有用于增大表面積的突出件的外部輪廓。通過線圈的澆注，一方面實(shí)現(xiàn)了相繞組的機(jī)械穩(wěn)定性，同時也實(shí)現(xiàn)了繞組與由澆注樹脂形成的外殼之間的直接熱耦合。此外澆注還實(shí)現(xiàn)了很高的耐壓強(qiáng)度。
最初為光滑的外殼表面也可以通過如下方式被增大，即通過適當(dāng)?shù)姆椒ǎ缢嵯椿驀娚?，使表面粗糙化、進(jìn)行構(gòu)造或成型。
表面最好有一個結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可使熱量更好地傳導(dǎo)。應(yīng)該指出，間隔件和絕緣件可以與變壓器線圈的澆注同時被澆注。
用于冷卻環(huán)形芯變壓器的另一種可能的方式在于，設(shè)置一個具有冷卻介質(zhì)的容納箱，用于部分或完全放入變壓器。
一個特別有利的實(shí)施方式在于，多相變壓器的環(huán)形芯與其相應(yīng)的相繞組一起以模塊方式構(gòu)造，并且設(shè)置有用于保持和相對固定這些模塊式環(huán)形芯的支持裝置。多個模塊可以如此連接在一起，使得變壓器的功率可以被提高。這樣可以實(shí)現(xiàn)功率超過100MVA的變壓器。此外模塊式結(jié)構(gòu)還可使變壓器在一個模塊發(fā)生故障時繼續(xù)工作，其方法是必要時臨時接入一個替代模塊，從而使整個變壓器繼續(xù)工作。這樣不再需要在故障情況下切換到其上的整個的備份變壓器。從而節(jié)省了成本，并且備份模塊的空間需求比整個備份變壓器的空間需求要小。
各模塊由一個支持裝置保持，并相互被固定在它們的位置上。在支持裝置上也可設(shè)置用于相繞組隔離、特別是與外部隔離的絕緣件。在軸向方向上，在相鄰的環(huán)形芯或其相繞組之間只需要設(shè)置保持件或支撐件作為環(huán)形芯的支架，從而將環(huán)形芯固定在其位置上并避免環(huán)形芯的滑動。由于相繞組連接點(diǎn)的機(jī)械偏移對應(yīng)于相應(yīng)相繞組中的電氣相移并從而獲得上文所述的優(yōu)點(diǎn)，這里不需要特殊的絕緣措施。
本發(fā)明還涉及一種環(huán)形芯變壓器的高壓繞組及其制造方法，對于基于環(huán)形芯工藝的配電變壓器，功率大于100KVA，電壓高于6000伏。
大功率和高電壓、例如2000KVA和20000伏的環(huán)形配電變壓器的高壓繞制是很麻煩和費(fèi)時的，因而也非常昂貴。高壓繞組必須被劃分為許多段來降低高壓繞組的層電壓，并保證工作安全性。在20000伏電壓的情況下例如分成10段。其中每段的電壓為2000伏。這樣層電壓相應(yīng)降低為十分之一。此外也保證了相對于低壓繞組的耐壓強(qiáng)度。
現(xiàn)在已經(jīng)有一些繞制裝置，用它們可以簡化這種變壓器繞組的繞制。例如EP 949 30197.2描述了一種繞制裝置，其中小繞制滾輪帶著繞制材料沿著纏繞環(huán)形芯的路徑穿行通過這些環(huán)形芯，并將繞制材料纏繞在環(huán)形芯上。然而這種裝置非常昂貴，并且實(shí)現(xiàn)的耐壓強(qiáng)度受到限制。此外還要求首先將繞制材料繞在可穿行通過環(huán)形芯的小繞制滾輪上，這需要附加的時間。此外它只能同時在這些環(huán)形芯上分別繞制一個繞組。因此在具有多個相鄰排列的繞組(段)的較大環(huán)形芯的情況下，為繞制所有的變壓器繞組需要很多時間。
因此本發(fā)明的目的特別在于給出一種繞制裝置和一種耐壓的、如說明書開始處所述類型的高壓繞組，用此裝置可簡化和加速繞制，并且可以實(shí)現(xiàn)相對變壓器的低壓繞組所需的耐壓強(qiáng)度。
按照本發(fā)明，上述任務(wù)的解決方案特別在于設(shè)置有一個繞制臺，其具有一個繞組載體，由兩個耐壓的半殼構(gòu)成，所述半殼具有側(cè)面法蘭(至少一個側(cè)面法蘭具有用于穿過導(dǎo)線材料的絕緣空腔)，由高強(qiáng)度的絕緣材料構(gòu)成，它們拼接成一個耐壓的圓形單元，圍繞著閉合的環(huán)形芯，或者繞組載體借助于一個圍繞環(huán)形芯的鑄模以壓結(jié)的方法整體加工而成，用于容納變壓器的高壓繞組段，所述繞組由至少一個電導(dǎo)體和至少一個絕緣材料構(gòu)成，帶有一把持在繞組載體上的固定和旋轉(zhuǎn)支座，用于可旋轉(zhuǎn)地支撐繞組載體，固定和旋轉(zhuǎn)支座具有多個在繞組載體四周把持在其上的滾輪或類似的滾動體，它們之中至少一個與驅(qū)動和制動裝置相連接，用以驅(qū)動和制動繞組載體，從而使得電導(dǎo)體和絕緣材料可以被纏繞在一個閉合的環(huán)形芯上。
這樣可以在一個由絕緣材料構(gòu)成的耐壓的繞組載體上繞制，所述繞組載體包住一個閉合的環(huán)形芯，并且圍繞環(huán)形芯橫截面旋轉(zhuǎn)。通過使用耐壓的繞組載體，可明顯縮減其它的絕緣措施。此外，不需要首先將環(huán)形芯分成兩半，使其能套上繞組。環(huán)形芯配電變壓器的制造以及物理優(yōu)點(diǎn)的應(yīng)用，尤其是明顯提高了效率和因此而降低了閉合環(huán)形芯的運(yùn)行成本，從而大大得以簡化。
繞組載體最好由兩個高強(qiáng)度的具有側(cè)面法蘭的半殼構(gòu)成，它們配備有一個搭接的咬合裝置，或者一個鉸鏈和一個搭接的咬合裝置，它們在真正的繞制過程之前圍繞閉合的環(huán)形芯、最好用專門的粘合劑牢固地拼接成一個圓形單元，從而可以保證相對于低壓繞組的耐壓強(qiáng)度。繞組載體的另一實(shí)施方式是一個可拆分的鑄模圍繞著閉合的環(huán)形芯被放置，借助于此鑄?？梢杂美鐗航Y(jié)方法在閉合的環(huán)形芯上直接加工出繞組載體，然后在取走鑄模后此繞組載體作為一個整體圍繞著環(huán)形芯，并可被纏繞在其上。繞組載體在至少一個側(cè)面法蘭中有一個面對繞制空間的絕緣空腔，其中在此空腔的下端有一個通向繞組載體的繞制空間的孔，用于使下面的繞組起始端從繞組側(cè)面向上穿過。這種繞組載體有六個具有優(yōu)點(diǎn)的功能首先是保證了相對于低壓繞組的耐壓強(qiáng)度，第二是保持了高壓繞組，第三是使繞制過程成為可能，第四可以通過間隔件使各段相互隔開，第五是實(shí)現(xiàn)了與低壓繞組的預(yù)定間距，以及第六是下面的繞組起始端可以在最小的空間上向上絕緣地通過面對繞組載體中繞組的絕緣空腔。對于環(huán)形芯配電變壓器的不同應(yīng)用領(lǐng)域，并且為了保證耐壓強(qiáng)度，具有多個高壓繞組段的繞組載體可以用一個或多個絕緣材料填充。例如在空氣條件下用澆注樹脂填充，在真空中用于澆注樹脂填料填充，通過壓結(jié)方法用澆注樹脂填充或者在密封實(shí)現(xiàn)時用氣態(tài)或液態(tài)絕緣材料填充，例如用氮或合適的油填充。在需要時繞組載體可構(gòu)造成具有一個用于絕緣、用于密封或避免損傷的頂蓋。另一個實(shí)施方式是繞組載體可被構(gòu)造成向外部是導(dǎo)電的，并考慮到自身不形成圍繞環(huán)形芯的閉合環(huán)路。此導(dǎo)電層可以在需要時接地，或者置于規(guī)定的電位上。
為了繞制繞組載體，它被放入到繞制裝置的固定和旋轉(zhuǎn)支座中，并且繞組材料從與固定和旋轉(zhuǎn)支座有間距地設(shè)置的繞組材料貯存滾筒傳送到繞組載體。利用驅(qū)動和制動裝置，至少一個滾動體被驅(qū)動，或者被制動和旋轉(zhuǎn)，從而使周邊與此滾動體相接觸的繞組載體隨之旋轉(zhuǎn)。與驅(qū)動裝置不連接的滾動體在此用作繞組載體的支架。為了避免摩擦力，這些滾動體最好也是可旋轉(zhuǎn)地放置的，因此在這些滾動體上回退或滾動繞組載體是可能的。具有優(yōu)點(diǎn)的是，在繞組載體與至少和驅(qū)動和制動裝置相連接的滾動體之間設(shè)置一個摩擦連接的、必要時形狀相符的驅(qū)動和制動裝置。摩擦連接可以結(jié)構(gòu)簡單的方式實(shí)現(xiàn)。然而也可以是形狀相符的連接，例如由滾動體和繞組載體的側(cè)面法蘭上的齒形成形狀連接。
通過繞組載體的旋轉(zhuǎn)，繞組材料從繞組材料存貯滾筒被拉出并纏繞在繞組載體上。由于繞組材料存貯滾筒位置固定，并且不圍繞著繞組載體運(yùn)動，可以采用大的繞組材料存貯滾筒，在其上可敷設(shè)用于先后纏繞多個繞組載體所用的繞組材料。因而可以繞制用于大功率、例如超過10MVA的環(huán)形芯配電變壓器的繞組。
一個特別有利的實(shí)施方式是，為了同時纏繞多個、尤其是在一個環(huán)形芯上設(shè)置的繞組載體，設(shè)置多個在周邊方向上相鄰排列的繞制臺。這樣，多個相鄰排列的繞組載體可通過成組方式被纏繞或全部同時被纏繞，使得用于繞制所需的時間可明顯縮短。這里繞制臺的數(shù)量可如此選擇，使得對每一個繞組載體存在一個繞制臺。從而使繞組載體可以被分組纏繞或者所有繞組載體同時被纏繞。這里集中進(jìn)行控制。在這個實(shí)施方式中，繞制裝置最好分成兩層，其中繞制材料存貯滾筒設(shè)置在繞制裝置的上層中。這樣明顯提高了其可操作性。這兩層根據(jù)需要可以反過來設(shè)置。
合乎目的的是設(shè)置至少一個載有導(dǎo)體材料的繞組材料存貯滾筒和至少一個載有絕緣材料的第二繞組材料存貯滾筒，用于同時在繞組載體上以分層方式纏繞導(dǎo)體材料和絕緣材料。也可設(shè)置三個、四個或五個繞組材料存貯滾筒，用于同時纏繞一個繞組載體，其中兩個、三個或四個繞組材料存貯滾筒載有導(dǎo)體材料，而第三、第四或第五個繞組材料存貯滾筒載有用于絕緣的絕緣材料。在采用絕緣的導(dǎo)體材料時，一個繞組材料存貯滾筒就足夠了。
一個具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施方式是，為了適配于直徑和/或外形不同的繞組載體，滾動體具有彈性地、最好是以減震方式被安裝。這樣，可以用一個繞制臺纏繞具有圓形橫截面和不同直徑的繞組載體，而無需改變繞制臺或固定和旋轉(zhuǎn)支座。為此滾動體可以以相應(yīng)于繞組載體直徑或多或少抵抗彈力的方式被有間隔地定位。此外也可以纏繞具有非圓的、例如橢圓橫截面的繞組載體。通過這種具有彈性的安裝，在非圓橫截面的繞組載體的情況下滾動體也總是位于繞組載體上與之接觸，這樣一方面保證了繞組載體的固定，另一方面也保證了繞組載體的旋轉(zhuǎn)傳動。合乎目的的是為繞組材料存貯滾筒分別設(shè)置一個具有驅(qū)動和制動裝置的旋轉(zhuǎn)支座，從而可以遵從規(guī)定的繞制路徑。
采用根據(jù)本發(fā)明的用于環(huán)形芯配電變壓器的高壓繞組的繞制裝置可實(shí)現(xiàn)耐壓強(qiáng)度，并且采用此繞制裝置可以在相對較短的時間內(nèi)繞制環(huán)形芯配電變壓器的高壓繞組。
該任務(wù)由一種變壓器、尤其是一個高功率環(huán)形芯變壓器的高壓繞組，以及它們的制造方法完成，其中使用至少一個繞制臺，它具有一個把持在繞組載體上的固定和旋轉(zhuǎn)支座，所述繞組載體由兩個具有由高強(qiáng)度絕緣材料構(gòu)成的側(cè)面法蘭的耐壓半殼構(gòu)成，它們拼接成一個圍繞閉合的環(huán)形芯的耐壓圓形單元，用于容納變壓器的高壓繞組段，其由一個電導(dǎo)體和一個絕緣材料構(gòu)成，帶有把持在繞組載體上的固定和旋轉(zhuǎn)支座，用于可旋轉(zhuǎn)地支撐繞組載體，所述固定和旋轉(zhuǎn)支座具有多個在四周把持在繞組載體上的滾輪或類似的滾動體，其中的至少一個滾輪或類似滾動體與驅(qū)動和制動裝置相連接，用于驅(qū)動和制動繞組載體，從而使電導(dǎo)體可與絕緣材料一起被纏繞在一個閉合的環(huán)形芯上。
在另一個實(shí)施例中設(shè)置了一個變壓器，特別是一個高功率環(huán)形芯變壓器的高壓繞組，以及它們的制造方法，其中在高壓繞組繞制的同時或之后用固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的絕緣材料填充繞組載體。
在另一實(shí)施例中設(shè)置了一個變壓器，其中繞組載體的至少一個側(cè)面法蘭具有一個絕緣的空腔，并且在此空腔的下端具有通到繞組載體的繞制空間的孔，用于使高壓繞組的導(dǎo)體材料的位于下方的繞組起始端向上穿過。
在另一實(shí)施例中設(shè)置了一個變壓器，其中放置一個圍著閉合環(huán)形芯的可拆分的鑄模，借助于它可以例如通過壓結(jié)的方法直接在閉合的環(huán)形芯上加工出繞組載體，并且在取下鑄模后此繞組載體可作為一個整體圍繞著環(huán)形芯，并被繞制。
在另一實(shí)施例中設(shè)置了一個變壓器，其中繞組載體由至少兩個具有側(cè)面法蘭的部件構(gòu)成，這些部件具有至少一個搭接的咬合裝置，或者一個鉸鏈和一個搭接的咬合裝置，在真正的繞制過程開始之前，它們圍著閉合的環(huán)形芯、最好采用專門的耐壓粘合劑被拼接成一個圓形單元。
在另一實(shí)施例中設(shè)置了一個變壓器，其中繞組載體由多個絕緣材料構(gòu)成，并且其中繞組載體具有用于高壓繞組的支架，繞組載體的側(cè)面法蘭具有一個摩擦連接的或形狀相符的表面，并且其中繞組載體具有用于形成各段相互間規(guī)定間距的間隔件，并且其中繞組載體具有用于形成與低壓繞組的規(guī)定間距的支架。
在另一個實(shí)施例中設(shè)置了一個變壓器，其中繞組載體在繞制過程同時或之后在空氣條件下用澆注樹脂填充，在真空下用澆注樹脂填充，采用壓結(jié)方法填充澆注樹脂，或者在密封結(jié)構(gòu)中用氣態(tài)或液態(tài)的絕緣物質(zhì)，例如用氮?dú)饣蚪^緣的油填充。
在另一實(shí)施例中設(shè)置了一個變壓器，其中繞組載體可被構(gòu)造成對外部是導(dǎo)電的，并考慮到自身不形成圍繞環(huán)形芯的閉合環(huán)路，此導(dǎo)電層可以接地，或者置于一個規(guī)定電位上。
在另一實(shí)施例中設(shè)置了一個變壓器，其中為了同時繞制多個尤其是排列在環(huán)形芯上的繞組載體，設(shè)置了多個在周邊方向上相鄰排列的繞制臺。
在另一實(shí)施例中設(shè)置了一個變壓器，其中繞制裝置分成兩層，其中繞組材料存貯滾筒安裝在上層中或者反之。
在另一實(shí)施例中設(shè)置了一個變壓器，其中設(shè)置有至少一個載有導(dǎo)體材料的繞組材料存貯滾筒和至少一個載有絕緣材料的第二繞組材料存貯滾筒，用于同時以分層方式在繞組載體上纏繞導(dǎo)體材料和絕緣材料，或者為了同時纏繞一個繞組載體，設(shè)置三個、四個或五個繞組材料存貯滾筒，其中兩個、三個或四個繞組材料存貯滾筒載有導(dǎo)體材料，而第三、第四或第五個繞組材料存貯滾筒載有用于絕緣的絕緣材料。
在另一實(shí)施例中設(shè)置了一個變壓器，其中滾動體為了適配于不同繞組載體的直徑和/或外形而具有彈性地，最好以減震方式被安裝。
本發(fā)明還涉及環(huán)形芯配電變壓器的低壓繞組及其制造方法，還涉及高穩(wěn)定性的、對外部電絕緣的閉合式多級變壓器芯及其制造方法，用于配電變壓器，基于環(huán)形芯技術(shù)并采用澆注工藝，變壓器功率高于100KVA，電壓高于6000伏。
用于配電變壓器的低壓繞組有非常大的橫截面，例如對于1000KVA，其橫截面約為1500mm2。這種橫截面在常規(guī)的夾腳構(gòu)造方式的配電變壓器中用寬的導(dǎo)電帶形成。在環(huán)形芯配電變壓器中由于幾何形狀的關(guān)系不應(yīng)使用這種帶。低壓繞組必須以開銷很大的形式通過并行連接電絕緣的扁平線材形成。用于環(huán)形芯變壓器的環(huán)形芯如今只對于小功率和低電壓以單級的形式形成。用于配電變壓器的高強(qiáng)度且對外部絕緣的多級的閉合環(huán)形芯變壓器及其加工方法還沒有公開。
問題在于，具有大橫截面電導(dǎo)體的低壓繞組圍繞著閉合的環(huán)形芯纏繞，以實(shí)現(xiàn)大功率(從100KVA至兆瓦范圍)環(huán)形芯配電變壓器。另一問題是實(shí)現(xiàn)一個多級的高強(qiáng)度閉合的環(huán)形芯(它構(gòu)造成對外部絕緣)以及一種經(jīng)濟(jì)的制造方法。
具有從100公斤至2000公斤以上重量的環(huán)形芯的高強(qiáng)度是必要的，使得薄的變壓器鐵片在后續(xù)加工中以及在以后的持續(xù)工作中保持形狀穩(wěn)定。電氣絕緣也是必要的，使得變壓器繞組相對于芯具有足夠的耐壓性。
任務(wù)在于圍繞一個閉合的環(huán)形芯纏繞具有大橫截面電導(dǎo)體的低壓繞組，以及給出一個高強(qiáng)度的閉合多級環(huán)形芯變壓器芯，它對外部是絕緣的，以及一種經(jīng)濟(jì)的機(jī)械加工方法，使得環(huán)形芯配電變壓器的生產(chǎn)成為可能。
上述任務(wù)根據(jù)本發(fā)明的解決方案在于由導(dǎo)電材料構(gòu)成的低壓繞組的一匝被預(yù)制為兩個半部，這兩個半部圍繞著閉合的環(huán)形芯被相互電氣連接，其中至少一個半部具有一個臺階，使得在閉合的環(huán)形芯上形成一個由多匝構(gòu)成的螺旋形的線圈，對于環(huán)形芯，一個薄的導(dǎo)磁材料被繞成一個多級的閉合環(huán)形芯變壓器芯，在導(dǎo)磁材料之間有一種粘合劑，它使導(dǎo)磁材料相互隔離(為了避免渦流)并加固環(huán)形芯，并且相對于低壓繞組的電氣絕緣用不導(dǎo)電材料構(gòu)成的間隔環(huán)或間隔塊實(shí)現(xiàn)。為了提高強(qiáng)度和為了對外部電絕緣，環(huán)形芯變壓器芯可以用高強(qiáng)度的不導(dǎo)電澆注樹脂完整地澆注。
另一個實(shí)施方式是，電絕緣(芯與低壓繞組)由至少三個間隔環(huán)或每匝分別三個間隔塊實(shí)現(xiàn)，它們固定地安裝在環(huán)形芯的級中。然后，環(huán)形芯被涂上漆，用來絕緣和保護(hù)它不受腐蝕。
為實(shí)現(xiàn)該環(huán)形芯繞制方法，需要一個用于支持該裝置的承載支座，對每個導(dǎo)磁材料的寬度需要至少一個存貯滾筒裝置、一個驅(qū)動和制動裝置、一個引導(dǎo)裝置、一個剪切裝置和一個粘合劑噴射裝置，對于導(dǎo)磁材料的每個寬度需要至少一個纏繞裝置，該裝置具有一個驅(qū)動和制動裝置，以及一個公共的導(dǎo)軌。
繞制過程開始于窄的材料，走向?qū)挼牟牧?，并且再回到窄的材料。繞制高度由遙測裝置監(jiān)測。在達(dá)到額定值時對相應(yīng)寬度的繞制過程結(jié)束，導(dǎo)磁材料被分開，并且在導(dǎo)軌上導(dǎo)向下一個寬度。在繞制過程中用粘合劑噴涂導(dǎo)磁材料。以這種方式和方法形成一個閉合的多級環(huán)形芯，它具有用于隔離導(dǎo)磁材料的粘合劑，并具有足夠的強(qiáng)度用于后續(xù)加工。對導(dǎo)磁材料的每一寬度，除最寬的材料外，包括所有裝置在內(nèi)的存貯滾筒和包括所有裝置在內(nèi)的兩個繞制裝置必須對應(yīng)于環(huán)形芯的級數(shù)存在。在被驅(qū)動的狀態(tài)下所有存貯滾筒單元以及所有繞制單元同時工作。
低壓繞組的一匝由兩個由導(dǎo)電材料構(gòu)成的半部預(yù)成形，例如導(dǎo)電材料為橫截面為1500mm2的鋁。至少一個半部具有一個臺階，使得由各個半部形成一匝，并且由多個匝形成一個前進(jìn)的螺旋形繞組，其中臺階的形狀限定了用于匝間相互隔離的間距。各個半部可以通過螺釘連接和/或被焊接。
這樣可以在相對短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)一個具有任意大的橫截面的低壓繞組。
環(huán)形芯工藝的優(yōu)點(diǎn)在于，可以實(shí)現(xiàn)直至最高功率范圍的環(huán)形芯配電變壓器，其損耗很小，并且其成本只有傳統(tǒng)澆注樹脂工藝配電變壓器的約50％。這樣，環(huán)形芯配電變壓器在幾年內(nèi)就能收回成本，并且還能可觀地節(jié)省初級能量，從而節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境。
采用上述環(huán)形芯繞制裝置可如此實(shí)現(xiàn)環(huán)形芯變壓器的經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)，例如在11級的情況下，11個環(huán)形芯變壓器芯可同時繞制。
上述任務(wù)也由一種變壓器、尤其是大橫截面的螺旋形低壓繞組及其制造方法、一種高穩(wěn)定性的多級閉合環(huán)形芯變壓器芯(它由導(dǎo)磁且相互絕緣的材料構(gòu)成，與低壓繞組電絕緣)及其制造方法完成，其中最好設(shè)置有一個具有至少三個分別帶有一個制動裝置的存貯滾筒裝置的承載支座，具有至少兩個不同的導(dǎo)磁材料寬度，至少三個粘合劑噴射裝置，以及至少三個具有一個驅(qū)動系統(tǒng)的繞制裝置，至少三個引導(dǎo)裝置，一個導(dǎo)軌以及一個剪切裝置。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中設(shè)置了一種變壓器，其中每個存儲滾筒裝置及每個繞制裝置配備有一個驅(qū)動和制動裝置。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中設(shè)置了一種變壓器，其中對導(dǎo)磁材料的每一寬度，除了最寬的材料以外，設(shè)置了兩個繞制裝置，它們分別具有一個驅(qū)動和制動裝置。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中設(shè)置了一個變壓器，其中具有一個絕緣層的磁性材料被預(yù)加工。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中設(shè)置了一種變壓器，其中閉合的環(huán)形芯變壓器以多級方式用一個薄的導(dǎo)磁材料繞制，此材料用粘合劑預(yù)先處理或者在繞制過程中用粘合劑噴涂。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中設(shè)置了一種變壓器，其中至少三個間隔環(huán)或者每匝分別三個間隔塊被固定安裝在環(huán)形芯的級中。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中設(shè)置了一種變壓器，其中環(huán)形芯被涂上漆，用以絕緣和保護(hù)它不受腐蝕。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中設(shè)置了一種變壓器，其中環(huán)形芯變壓器芯用高強(qiáng)度澆注樹脂填充。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中設(shè)置了一種變壓器，其中導(dǎo)磁材料具有非晶形結(jié)構(gòu)。
上述任務(wù)也由一種變壓器、尤其是大橫截面螺旋形低壓繞組及其制造方法、一種高穩(wěn)定性的多級閉合環(huán)形芯變壓器芯(它由導(dǎo)磁且相互絕緣的材料構(gòu)成，與低壓繞組電絕緣)及其制造方法完成，其中低壓繞組的匝由導(dǎo)電材料預(yù)制成兩個半部，這兩個半部圍繞著閉合的環(huán)形芯相互導(dǎo)電連接，其中至少一個半部具有一個臺階，使得在閉合的環(huán)形芯上形成由多匝構(gòu)成的螺旋形繞組。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中提供了一種方法，匝的半部相互通過螺釘連接或/和被焊接。
下面借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖中

圖1簡要示出根據(jù)本發(fā)明的一個具有三個在軸向上相鄰排列的環(huán)形芯的多相變壓器的一個側(cè)截面的視圖。
圖2簡要示出根據(jù)本發(fā)明的一個繞組載體和其繞制方法的實(shí)施例。
圖3a和3b示出按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的5級環(huán)形芯。
圖4示出一個用于實(shí)施本發(fā)明所述方法的結(jié)構(gòu)。
圖1示出一個整體上用101表示的多相變壓器，它具有三個在軸向上相鄰排列的環(huán)形芯102。這里各個相鄰環(huán)形芯102分別承載不同相的相繞組，其中相繞組分別繞在環(huán)狀地圍繞著環(huán)形芯102的線圈體103上。這里線圈體103可以交替地分別用初級和次級繞組相鄰或重疊地纏繞。也可以在一個線圈體103上分別共同纏繞初級繞組和次級繞組。
環(huán)形芯102安放在一個支持裝置104中，它具有外部及內(nèi)部導(dǎo)軌105a，105b，用以形成環(huán)形芯102的接納區(qū)域。導(dǎo)軌105a，105b分別由絕緣材料構(gòu)成，從而使環(huán)形芯102或者環(huán)形芯102的線圈體103上的相繞組側(cè)面對外部絕緣。
支持裝置104下部具有一個底部107，它同樣由絕緣材料構(gòu)成。在底部107上設(shè)置有用于下面的環(huán)形芯102的絕緣支撐件108。這里可設(shè)置多個相互有間隔的支撐件108，或者用一個連續(xù)的環(huán)作為支撐件108。在各個環(huán)形芯102之間分別設(shè)置一個間隔塊109，用它將環(huán)形芯或分別配置給環(huán)形芯102的線圈體103相對固定在它們的位置上。在上面的環(huán)形芯102的上方也設(shè)置絕緣的支撐件108，在其上面是頂蓋110，并且環(huán)形芯102在上側(cè)也對外部絕緣。
圖1所示的多相變壓器102被構(gòu)造成三相變壓器。圖中未詳細(xì)示出的環(huán)形芯102或線圈體103的各個相繞組的連接點(diǎn)分別相互偏移120°排列。從而使這些相繞組以機(jī)械方式相互偏置一個角度排列，此角度對應(yīng)于這些相繞組的電壓信號之間的電氣相移或電氣相位角。
特別是在間隔塊109的區(qū)域內(nèi)，這意味著在那里相鄰的環(huán)形芯相互有最小的距離，在兩個環(huán)形芯102或線圈體103的兩個互相面對的區(qū)域上實(shí)際上沒有電位差。這樣即使在環(huán)形芯相互緊密地排列時，在相鄰環(huán)形芯之間也不可能存在電壓電弧放電。從而多相變壓器101可以被緊湊地設(shè)計(jì)，并因此降低了空間要求。此外在各個環(huán)形芯102之間，在間隔塊109的區(qū)域內(nèi)不需要或只要求很少的絕緣措施，從而節(jié)省了成本并簡化了結(jié)構(gòu)。
環(huán)形芯102與其相應(yīng)的線圈體103以模塊方式被構(gòu)造。在一個模塊發(fā)生故障時，相關(guān)的環(huán)形芯更換上一個替換模塊，或者故障模塊在電氣上隔離，并且一個替代模塊被臨時連接到多相變壓器101上。從而不需要提供一個完整的變壓器作為備份設(shè)備，而只需要一個具有載有相繞組的線圈體的環(huán)形芯作為備份模塊。這樣節(jié)省了開支并縮減了備份設(shè)備的空間需求。
圖2示出一個整體上用201表示的用于纏繞繞組載體202的繞制裝置。該繞制裝置用于用存貯在可旋轉(zhuǎn)地安裝的繞組材料存貯滾筒203a上的繞組材料204a，204b纏繞繞組載體202，繞制裝置具有兩個繞制臺205，它們相互旋轉(zhuǎn)90°且有間距地安置在所示環(huán)形芯6旁邊。繞制臺205分別具有一個承載支座207，帶有一個用于相應(yīng)繞組載體202的固定和旋轉(zhuǎn)支座208。這些繞組載體202分別同心地套在環(huán)形芯206上，其中在環(huán)形芯206與繞組載體202之間留有氣隙209。環(huán)形芯206用一個圖中未示出的把持裝置固定在所示位置上。
固定和旋轉(zhuǎn)支座208具有三個分別可旋轉(zhuǎn)地安裝在滾輪支架211上的滾輪210作為滾動體，它們與繞組載體202接觸。這里兩個滾輪210在下面支撐繞組載體202形成一個穩(wěn)定的安放狀態(tài)，而第三個滾輪210從上面作用于繞組載體202，從而使繞組載體202實(shí)際上被三個滾輪210夾持住，避免了繞組載體202從固定和旋轉(zhuǎn)支座208上掉落。滾輪210與一個圖中未示出的驅(qū)動和制動裝置相連接，通過它使?jié)L輪在箭頭所示方向上旋轉(zhuǎn)。在滾輪210與繞組載體202之間設(shè)置有一個摩擦連接的驅(qū)動和制動裝置，從而在滾輪210順時針方向旋轉(zhuǎn)時，使繞組載體202隨之相反旋轉(zhuǎn)。通過繞組載體202的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，繞組材料204a，204b從可旋轉(zhuǎn)地安裝的繞組材料存貯滾筒203a、203b拉出并纏繞在繞組載體202上。這里各個繞制臺205的繞組載體202可同時被纏繞。
繞組載體202由高強(qiáng)度絕緣材料構(gòu)成，它們以線圈體方式分別被構(gòu)造成具有繞制空間213和側(cè)面限制邊界法蘭214。為了特別是相對于低壓繞組的耐壓強(qiáng)度，絕緣材料是必要的。對于繞制過程以及承載相對重的繞組材料，高強(qiáng)度是必要的。這些側(cè)面法蘭的外邊緣這里用作與滾輪210的作用面。繞組材料204a，204b可以在側(cè)面法蘭214之間引至繞組載體202上，滾輪210不會妨礙繞組材料204a，204b的饋送。此外，側(cè)面法蘭214構(gòu)成與相鄰繞組載體的絕緣和對繞組材料204a，204b的側(cè)面限界。
滾輪210分別具有彈性地以減震方式安裝在其滾輪支架211上。這樣，滾輪210可相對于固定和旋轉(zhuǎn)支座208運(yùn)動，使得一個繞組載體202能放入固定和旋轉(zhuǎn)支座中并可再次從其中取出。此外，也使得纏繞不同尺寸的繞組載體成為可能。
在每個繞制臺205上分別有一個載有導(dǎo)體材料204a的第一繞組材料存貯滾筒203a和一個載有絕緣材料204b的第二繞組材料存貯滾筒203b，用于在一個繞制載體202上同時地以分層方式重疊地纏繞導(dǎo)體材料和絕緣材料。
本發(fā)明涉及一種環(huán)形芯變壓器的高壓繞組及其制造方法，用于配電變壓器，并且基于環(huán)形芯工藝。
繞制臺設(shè)置有一個把持在繞組載體上、用于可旋轉(zhuǎn)地安放繞組載體的固定和旋轉(zhuǎn)支座，從而使電導(dǎo)體和絕緣材料可以被纏繞在一個閉合的環(huán)形芯上，其中繞組載體由兩個耐壓的具有側(cè)面法蘭的半殼構(gòu)成，它們由高強(qiáng)度絕緣材料構(gòu)成，兩個半殼圍著閉合的環(huán)形芯拼接成一個耐壓的圓形單元，用于接納變壓器的高壓繞組段，它由至少一個電導(dǎo)體和至少一個絕緣材料組成。
圖3a和3b示出一個由5級302，303，304，305和306構(gòu)成的閉合的環(huán)形芯301。這些級最好形成一個近似圓的橫截面。級數(shù)愈多，導(dǎo)磁材料的填充度就愈高。這些級由薄板構(gòu)成，它們最好被粘合劑噴涂，用以絕緣和加固。為了形成一個圓的橫截面，對外部絕緣和提高強(qiáng)度，環(huán)形芯用澆注樹脂307澆注。此澆注樹脂的另一優(yōu)點(diǎn)在于，沒有尖銳的棱能損傷變壓器的繞組。
存貯滾筒302的板寬B1 100mm，板高0.23mmB2 100mm+x(電薄板)B3 100mm+x1B4 100mm+xB5 100mm100mm的第一板寬通過繞制裝置306的引導(dǎo)裝置30被饋送和固定。繞制過程開始，同時薄板被用粘合劑裝置304用粘合劑噴涂。借助于驅(qū)動和制動裝置實(shí)現(xiàn)在被繞薄板上的均勻拉力。通過一個測量裝置，已纏繞的板高與額定值比較，并在達(dá)到規(guī)定值時終止纏繞過程。最后，薄板被剪切裝置305切斷和固定。
現(xiàn)在在導(dǎo)軌307上纏繞裝置306被送到第二板寬(B2)。同時另一個繞制裝置被送到第一板寬。在所示情況下五個環(huán)形芯變壓器芯同時被繞制。
權(quán)利要求
1.具有多個在軸向上相鄰排列的環(huán)形芯(102)的環(huán)形芯變壓器，尤其是多相變壓器(101)，其中相鄰的環(huán)形芯(102)承載不同相的相繞組，其特征在于，兩個相鄰環(huán)形芯(102)的相繞組的連接點(diǎn)在周邊方向上相互錯開地排列。
2.如權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于，兩個相鄰環(huán)形芯(102)的相繞組的連接點(diǎn)之間的偏移或者幾何角度對應(yīng)于這些環(huán)形芯(102)的電壓信號之間的相移或電氣相位角。
3.如權(quán)利要求1或2所述的變壓器，其特征在于，設(shè)置有一個適配于環(huán)形芯變壓器的構(gòu)造形狀的、最好是基本上呈圓柱形的外殼，用于具有相繞組的環(huán)形芯(102)，并且最好在外殼的軸向終端處設(shè)置一個風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的變壓器，其特征在于，在環(huán)形芯(102)的區(qū)域中設(shè)置用于冷卻劑的空心導(dǎo)管，并且最好變壓器(101)的外殼被構(gòu)造成熱交換器，并與空心導(dǎo)管連接。
5.如權(quán)利要求3或4所述的變壓器，其特征在于，在外殼外側(cè)上設(shè)置有用于增大外殼表面積的冷卻體或類似的突出件，特別是外殼具有成型的表面。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的變壓器，其特征在于，設(shè)置有一個具有冷卻介質(zhì)的容納箱，用于部分地或完全地放入變壓器(101)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的變壓器，其特征在于，多相變壓器(101)的環(huán)形芯(102)與其相應(yīng)的相繞組以模塊方式被構(gòu)造，并且設(shè)置有用于保持模塊式環(huán)形芯(102)和用于模塊式環(huán)形芯(2)相互固定位置的支持裝置(104)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的變壓器，其特征在于，變壓器繞組分別用澆注樹脂澆注，并且最好具有一個外側(cè)面成型結(jié)構(gòu)，用以增大表面積。
全文摘要
一種具有多個在軸向上相鄰排列的環(huán)形芯(102)的多相變壓器(101)。環(huán)形芯(102)承載不同相的相繞組。兩個相鄰環(huán)形芯(102)的相繞組的連接點(diǎn)在周邊方向上相互錯開地排列，并且兩個相鄰環(huán)形芯(102)的相繞組的連接點(diǎn)之間的偏移或幾何角度對應(yīng)于這些環(huán)形芯(101)的電壓信號之間的相移或電氣相位角。
文檔編號H01F27/06GK101036204SQ200580034300
公開日2007年9月12日 申請日期2005年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月7日
發(fā)明者福爾克爾·維爾納·漢澤爾 申請人:福爾克爾·維爾納·漢澤爾