一种蒸发冷却芯式变压器的制作方法

本发明属于变压器技术领域，具体涉及一种蒸发冷却芯式变压器。

背景技术：

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置。变压器运行时要产生热量，散热问题是制约变压器性能的关键因素。现有技术采用变压器油冷却系统。变压器油冷系统存在如下问题：首先，变压器油粘度过高(10-15cs)，流动性差、换热效率较低；其次，油冷方式通常需要强迫油循环冷却利用比热换热原理对变压器内的发热部件进行散热，而变压器油比热低(1.8kj/kg)，约为水的40％，带热能力较弱，使得变压器的重量和结构体积大。

芯式变压器的铁心被绕组包围，目前采用高、低压线圈分别绕制的卷铁芯牵引变压器线圈，卷铁芯的铁芯柱外绕制低压线圈和高压线圈时，在低压线圈与铁芯柱之间以及低压线圈与高压线圈之间均设置由纸筒和撑条组成的支撑部件。这种采用层式绕组结构只能在轴向形成冷却通道，对绕组的冷却能力不足。

因此，本发明提出了一种蒸发冷却芯式变压器来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术的上述问题，即为了解决现有层式绕组结构只能在轴向形成冷却通道，对绕组的冷却能力不足的问题，本发明提供了一种适宜采用蒸发冷却技术的芯式变压器，该芯式变压器包括铁芯，沿所述铁芯的径向由内向外依次绕有低压绕组和高压绕组，所述低压绕组和所述高压绕组沿所述铁芯的轴向布置成分段式线圈饼结构，每个线圈饼由沿所述铁芯的径向由内向外依次绕有的数匝低压绕组和数匝高压绕组共同组成；并且，相邻的两个线圈饼之间设置有多个垫条，相邻的两个垫条用于使所述相邻的两个线圈饼之间形成用于冷却工质径向流动的流道。

在上述蒸发冷却芯式变压器的优选实施方式中，所述高压绕组与所述低压绕组之间设置有支撑条，所述支撑条用于使所述高压绕组和所述低压绕组之间形成用于冷却工质流动的流道。

在上述蒸发冷却芯式变压器的优选实施方式中，所述高压绕组与所述低压绕组之间的绝缘距离与所述支撑条的厚度相匹配，并因此将所述支撑条以挤压的方式固定于所述高压绕组与所述低压绕组之间。

在上述蒸发冷却芯式变压器的优选实施方式中，该芯式变压器还包括铁芯套筒，所述铁芯套筒位于所述低压绕组与所述铁芯之间且套设于所述铁芯上；所述铁芯套筒与所述铁芯之间设置有铁芯护角，所述铁芯护角用于支撑所述铁芯套筒以使所述铁芯套筒与所述铁芯之间形成用于冷却工质流动的流道。

在上述蒸发冷却芯式变压器的优选实施方式中，所述铁芯套筒沿轴向开设有多个燕尾槽，相邻的两个线圈饼之间的垫条能够沿所述铁芯套筒的径向抵靠于所述燕尾槽，以形成用于冷却工质的轴向流动间隙，所述轴向流动间隙用于连通各个相邻的两个线圈饼之间的流道。

在上述蒸发冷却芯式变压器的优选实施方式中，在所述铁芯套筒上，位于相邻两个燕尾槽之间的部分开设有多个长通孔，所述长通孔用于冷却工质的流通。

在上述蒸发冷却芯式变压器的优选实施方式中，所述铁芯套筒的材质为玻璃钢。

在上述蒸发冷却芯式变压器的优选实施方式中，所述铁芯护角的横截面呈l型。

在上述蒸发冷却芯式变压器的优选实施方式中，所述冷却工质为高蒸发潜热的绝缘有机液体。

在上述蒸发冷却芯式变压器的优选实施方式中，所述芯式变压器为用作轨道车辆的牵引变压器。

本发明通过将变压器线圈进行分段布置，使得冷却工质可以在相邻的两个线圈饼之间径向流动，从而增大了冷却工质与变压器线圈的接触面积，极大地提升了对变压器线圈的冷却能力。本发明还在铁芯上设置铁芯套筒，为冷却工质提供更多的流道间隙，从而实现对变压器线圈的充分冷却。另外，本发明的冷却工质采用高蒸发潜热的绝缘有机液体，与传统强迫油冷相比，该冷却工质不燃不爆，完全消除变压器油可燃性的风险，大大提升了系统级的安全可靠性。

附图说明

图1是本发明的蒸发冷却芯式变压器的剖视示意图；

图2是本发明的蒸发冷却芯式变压器的侧视示意图；

图3是图2中a区域的放大图；

图4是本发明的蒸发冷却芯式变压器的铁芯套筒的结构示意图；

图5是本发明的蒸发冷却芯式变压器的铁芯护角的结构示意图；

图6是本发明一种实施例的蒸发冷却芯式变压器的垫条结构示意图。

附图说明：1-高压绕组；2-低压绕组；3-铁芯；4-铁芯套筒；41-燕尾槽；42-长通孔；5-铁芯护角；6-支撑条；7-垫条。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

首先参照图1，图1是本发明的蒸发冷却芯式变压器的剖视示意图。如图1所示，本发明的芯式变压器包括铁芯3，沿铁芯3的径向由内向外依次绕有低压绕组2和高压绕组1，低压绕组2和高压绕组1沿铁芯3的轴向布置成分段式线圈饼结构，每个线圈饼由沿铁芯3的径向由内向外依次绕有的数匝低压绕组2和数匝高压绕组1组成。并且，相邻的两个线圈饼之间设置有多个垫条7，相邻的两个垫条7用于使相邻的两个线圈饼之间形成用于冷却工质径向流动的流道。该冷却工质可以采用高蒸发潜热的绝缘有机液体，如沸点为60～80℃的高蒸发潜热的绝缘有机液体。

按照本发明设计的芯式变压器结构，变压器线圈采用分段式布置。具体而言，将沿铁芯3的径向由内向外依次绕有数匝低压绕组2和数匝高压绕组1组成一个线圈饼，这样一来，整个低压绕组2和高压绕组1可以组成很多个独立的线圈饼。例如，沿铁芯3的径向由内向外依次绕有50匝低压绕组2和100匝高压绕组1，将每1匝低压绕组2和每2匝高压绕组1组成一个线圈饼，则整个低压绕组2和高压绕组1可以组成50个独立的线圈饼。该示例仅是为了便于理解线圈饼的布置方式，不用于限制本发明保护范围。如上所述，变压器线圈采用分段式布置还可以理解为，沿铁芯3的轴向依次布置有多个线圈饼。

由于相邻的两个线圈饼之间设置有多个垫条7，这样可以有效地将相邻的两个线圈饼隔开。作为示例，结合图1并参照图2和图6，图2是本发明的蒸发冷却芯式变压器的侧视示意图；图6是本发明一种实施例的蒸发冷却芯式变压器的垫条结构示意图。如图1、图2和图6所示，垫条7为长条状，其一端靠近高压线圈1的外边缘，另一端穿过低压线圈2，从而将相邻的两个线圈饼隔开。作为示例，垫条7垂直于铁芯3的轴线设置，这样一来，在相邻的两个线圈饼之间，每相邻的两个垫条7之间即可形成用于冷却工质径向流动的流道，从而有效增加冷却工质与变压器线圈的接触面积，提高换热效率。

返回参照图1，高压绕组1与低压绕组2之间设置有支撑条6，支撑条6用于使高压绕组1和低压绕组2之间形成用于冷却工质流动的流道。高压绕组1与低压绕组2之间的绝缘距离与支撑条6的厚度相匹配，并因此将支撑条6以挤压的方式固定于高压绕组1与低压绕组1之间。这样一来，冷却工质可以沿着该流道流动，从而进一步有效地增加了冷却工质与变压器线圈的接触面积，提高了换热效率。支撑条6的横截端面的长宽比不宜过大，其具体布置位置和数量由高压绕组2和低压绕组1的机械强度要求确定，并不应影响冷却工质的流动。

在一种具体的实施方式中，如图1和2所示，本发明的芯式变压器还包括铁芯套筒4(作为示例，该铁芯套筒4的材质可以为玻璃钢)，铁芯套筒4位于低压绕组2与铁芯3之间且套设于铁芯3上。进一步，在铁芯套筒4与铁芯3之间设置有铁芯护角5，铁芯护角5用于支撑铁芯套筒4以使铁芯套筒4与铁芯3之间形成用于冷却工质流动的流道。为了更清楚地说明该结构，下面参照图3-5，图3是图2中a区域的放大图；图4是本发明的蒸发冷却芯式变压器的铁芯套筒的结构示意图；图5是本发明的蒸发冷却芯式变压器的铁芯护角的结构示意图。

如图3-5所示，铁芯护角5的横截面呈l型，其卡设在铁芯3的边角部位，铁芯套筒4呈圆柱状，在将铁芯套筒4套设于铁芯3上时，铁芯护角5的外角与铁芯4套筒接触并支撑铁芯套筒4。这样一来，铁芯套筒4与铁芯3之间就可以形成用于冷却工质流动的流道。从而进一步增加了冷却工质与变压器线圈的接触面积，提高了换热效率。

在一种更具体的实施方式中，如图4所示，铁芯套筒4沿轴向开设有多个燕尾槽41。在铁芯套筒4套设于铁芯3的情形下，沿铁芯3的径向由内向外依次绕有低压绕组2和高压绕组1，相当于沿铁芯套筒4的径向由内向外依次绕有低压绕组2和高压绕组1。这样一来，两个相邻的两个线圈饼之间的垫条7能够沿铁芯套筒4的径向抵靠于燕尾槽41，以形成用于冷却工质的轴向流动间隙，该轴向流动间隙用于连通各个相邻的两个线圈饼之间的流道。换言之，冷却工质可以沿该燕尾槽41在轴向依次流过每一个线圈饼，也即连通各个相邻的两个线圈饼之间的流道。从而进一步增加了冷却工质与变压器线圈的接触面积，提高了换热效率。

继续参照图4，在铁芯套筒4上，位于相邻两个燕尾槽41之间的部分开设有多个长通孔42，长通孔42用于冷却工质的流通。本领域技术人员可以理解的是，长通孔42可以使冷却工质自由通过，铁芯护角5的安装位置尽量不与长通孔重叠，以免影响冷却介质流动。

作为一种示例，该芯式变压器可以用作轨道车辆的牵引变压器，如安装于车辆的底部。

本发明通过将变压器线圈进行分段布置，使得冷却工质可以在相邻的两个线圈饼之间径向流动，从而增大了冷却工质与变压器线圈的接触面积，极大地提升了对变压器线圈的冷却能力。本发明还在铁芯上设置铁芯套筒，为冷却工质提供更多的流道间隙，从而实现对变压器线圈的充分冷却。另外，本发明的冷却工质采用高蒸发潜热的绝缘有机液体，与传统强迫油冷相比，该冷却工质不燃不爆，完全消除变压器油可燃性的风险，大大提升了系统级的安全可靠性。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。