一种多段圆弧切圆式变压器绕组线圈结构及干式变压器的制作方法

[0001]
本发明涉及变压器线圈绕组技术领域，具体涉及一种多段圆弧切圆式变压器绕组线圈结构及干式变压器。


背景技术：

[0002]
随着电力市场对环保要求不断提高，同时市场也在鼓励发展节能型、智能化的配电变压器，节能变压器将迎来新一轮发展机遇变压器总是在交流状态下工作，功率损耗不仅在线圈的电阻上，也产生在交变电流磁化下的铁芯中。变压器工作时，线圈中有交变电流，它产生的磁通当然是交变的。这个变化的磁通在铁芯中产生感应电流。铁芯中产生的感应电流，在垂直于磁通方向的平面内环流，形成涡流损耗。
[0003]
通过将铁芯加工成片状可减小“涡流损耗”。为了减小涡流损耗，变压器的铁芯用彼此绝缘的铁芯片叠成，使涡流在狭长形的回路中，通过较小的截面，以增大涡流通路上的电阻。理论上若为减小涡流，铁芯片厚度越薄，拼接的铁芯片条越狭窄，效果越好。但铁芯片越薄，其加工成本就会越高。因此，降低负载损耗、减小噪声以及降低生产成本，是变压器发展趋势下面临的难题。


技术实现要素：

[0004]
本发明提供了一种多段圆弧切圆式变压器绕组线圈结构及干式变压器，解决了以上所述的变压器负载高、噪声大且成本高的技术问题。
[0005]
本发明为解决上述技术问题提供了一种多段圆弧切圆式变压器绕组线圈结构，包括线圈本体，所述线圈本体包括多个首尾相切连接的圆弧导线段，各所述圆弧导线段至少包括两种不同半径的圆弧。
[0006]
优选地，所述线圈本体包括一个第一圆弧段、两个第二圆弧段及一个第三圆弧段，所述第一圆弧段半径为166.5mm，所述第二圆弧段的半径为424.6mm，所述第三圆弧段半径为161mm，所述第一圆弧段的两端与所述第三圆弧段的两端分别通过两个第二圆弧段相切连接。
[0007]
优选地，所述第一圆弧段及所述第三圆弧段均为半圆，所述第二圆弧段的两端间距为102mm。
[0008]
优选地，所述线圈本体采用铜材料制成电芯。
[0009]
优选地，所述电芯外表面包裹耐高温层，所述耐高温层为聚酯膜层或聚酰亚胺膜层。
[0010]
优选地，所述耐高温层外表面包裹绝缘层，所述绝缘层为无纺布层或杜邦绝缘纸。
[0011]
优选地，所述耐高温层及所述绝缘层的总体厚度为41mm。
[0012]
本发明还提供了一种干式变压器，所述干式变压器的铁芯上采用多段圆弧切圆式变压器绕组线圈结构进行绕线。
[0013]
优选地，所述铁芯上采用多段分层筒式绕线方式进行绕线。
[0014]
优选地，所述铁芯采用全斜接纵向七步进叠装方式进行布置。
[0015]
有益效果：本发明提供了一种多段圆弧切圆式变压器绕组线圈结构及干式变压器，包括线圈本体，所述线圈本体包括多个首尾相切连接的圆弧导线段，各所述圆弧导线段至少包括两种不同半径的圆弧。该线圈绕组结构类似鸡蛋外形，圆弧各段相切，衔接顺畅，能使得导线相互紧贴，从而也进一步降低铜材用量，进而降低负载损耗，使得节能效果得到提升。尤其是应用到环氧树脂浇注干式变压器中，效果显著，具有低损耗、低局放、噪音小、散热能力强、防爆、难燃、环保无污染、抗短路能力强、寿命长等优点，具有广阔的应用前景。
[0016]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
[0017]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0018]
图1为本发明多段圆弧切圆式变压器绕组线圈结构及干式变压器的结构示意图；
[0019]
图2为本发明多段圆弧切圆式变压器绕组线圈结构及干式变压器的多段分层筒式绕线图；
[0020]
图3为本发明多段圆弧切圆式变压器绕组线圈结构及干式变压器的变压器铁芯结构图。
具体实施方式
[0021]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0022]
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0023]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0024]
如图1所示，本发明提供了一种多段圆弧切圆式变压器绕组线圈结构，包括线圈本体，所述线圈本体包括多个首尾相切连接的圆弧导线段，各所述圆弧导线段至少包括两种不同半径的圆弧。
[0025]
通过不断反复试制研发，打破常规圆形线圈的铁芯框架占比大，打破长圆线圈直线部分凸起而成型不美观，最终独立研制出”多段圆弧切圆式”线圈。该线圈形状类似鸡蛋
外形，圆弧各段相切，衔接顺畅，能使得导线相互紧贴，从而也进一步降低铜材用量，进而降低负载损耗，使得节能效果得到提升。
[0026]
优选的方案，所述线圈本体包括一个第一圆弧段1、两个第二圆弧段2及一个第三圆弧段3，所述第一圆弧段1半径为166.5mm，所述第二圆弧段2的半径为424.6mm，所述第三圆弧段3半径为161mm，所述第一圆弧段1的两端与所述第三圆弧段3的两端分别通过两个第二圆弧段2相切连接。所述第一圆弧段1及所述第三圆弧段3均为半圆，所述第二圆弧段2的两端间距为102mm。经过多次试验验证，上述结构尺寸形式的结构的线圈应用效果最佳。
[0027]
优选的方案，所述线圈本体采用铜材料制成电芯。所述电芯外表面包裹耐高温层，所述耐高温层为聚酯膜层或聚酰亚胺膜层。所述耐高温层外表面包裹绝缘层，所述绝缘层为无纺布层或杜邦绝缘纸。通过绝缘层混合的配置加工，以达到线圈层间耐压要求和整体局部放电性能要求，免去高压线圈增设层间绝缘即聚酰亚胺膜层和杜邦绝缘纸，既能节约材料，又能提升线圈绕制效率。
[0028]
优选的方案，所述耐高温层及所述绝缘层的总体厚度为41mm。经过反复试验验证，41mm厚度左右的外包层效果最佳。
[0029]
本发明实施例还提供了一种干式变压器，所述干式变压器的铁芯上采用如前所述的多段圆弧切圆式变压器绕组线圈结构进行绕线。常规的圆形线圈的铁芯框架占比大，长圆线圈直线部分凸起而成型不美观。要创新绕组设计，降低铜材用量，进而降低负载损耗，使得节能效果得到提升。通过不断反复试制研发，打破常规圆形线圈的铁芯框架占比大，打破长圆线圈直线部分凸起而成型不美观，最终独立研制出”多段圆弧切圆式”线圈。该线圈形状类似鸡蛋外形，圆弧各段相切，衔接顺畅，能使得导线相互紧贴，从而也进一步降低铜材用量，进而降低负载损耗，使得节能效果得到提升。
[0030]
在一个具体的实施场景中，拟研究scb-15型环氧树脂浇注干式变压器高效节能制造技术。通过研究应用“多段圆弧切圆式”绕组方案，导线衔接顺畅、贴合精密，降低铜材用量，进而降低负载损耗；采用多段分层筒式绕线工艺，尽可能的分散绕组的层间电压，进而最大程度控制局部放电量，提高了变压器使用寿命；铁芯采用全斜接纵向七步进叠装工艺，降低铁损，提升装配效率，降低铁芯噪音；通过改进浇注工艺，绝缘耐热等级提升至h级。项目产品具有低损耗、低局放、噪音小、散热能力强、防爆、难燃、环保无污染、抗短路能力强、寿命长等优点。相较scb10干式变压器系列产品，本项目平均空载损耗降低30％,平均负载损耗降低10％，高效、节能、环保。s15型干式变压器由于具有运行免维护、寿命长、高可靠性、高阻燃性等环保特点,运行中维护和检修工作量大为减少,又可以安装在负荷中心,因此被越来越受到重视和推广,广泛的运用到城市及大型工矿区要求防火、防爆的场所。
[0031]
该环氧树脂干式变压器的具体工艺步骤如下：
[0032]
1)氧树脂胶浇注工艺：为了满足干式变压器的电气和机械性能的要求，除了合理设计环氧树脂混合料的配方外，还必须有可行的浇注工艺及合理的工艺参数，这样就能保证浇注品的优良性能，而这一领域的许多工作还有待进一步的探索和研究，以不断提高浇注工艺水平和产品质量。
[0033]
2)固化时间和固化温度的控制绕组浇注完毕，必须进行固化处理。采取两步法固化工艺，即较低温度下的前固化和较高温度下的后固化。采用metha作固化剂的前固化时间一般为3～5h,温度控制在90～110℃之间。这时候的固化过程是混合料的液体状态向固体
状态转化过程。前固化后的环氧树脂呈弹性体便于脱模，脱模后，浇注绕组必须进行后固化处理，其目的是使环氧树脂进一步发生交联固化,使环氧树脂最终形成不溶的固体。采用阶梯固化，阶梯的级数和温度梯度可根据工件的大小来确定，升温速率一般控制在每小时25℃以下,这样可以避免因升温速度过快，固化反应激烈而造成应力集中。
[0034]
3)浇注温度的控制：
[0035]
根据浇注材料的性能确定真空浇注温度,该温度既要保证浇注材料有较低的粘度,使其流动性好,便于真空脱气和在较短时间内浸透浇注件,又能必须保证浇注材料的使用周期。环氧树脂混合料加入促进剂后在80℃时既可固化,在选用这种组分的环氧树脂混合料时,其浇注温度就不能超过80℃。在实际使用中,一般将浇注温度控制在60～70℃之间较合适。
[0036]
4)真空度的控制：
[0037]
浇注过程中真空度对消除混合料中的气体和浇注品的质量有直接影响。若真空度低，则应延长脱气时间，但并不是真空度越高越好因为它受浇注材料的饱和蒸气压影响，就会导致材料的挥发，引起混合料配比的变化,浇注品的质量就无法保证,甚至报废，所以只有真空度比混合料中最高组分的饱和蒸汽压低才能保证混合料的配比是稳定的。
[0038]
如图2所示，优选的方案，所述铁芯上采用多段分层筒式绕线方式进行绕线。步骤s1、提供模具，并对模具表面做处理：
[0039]
使用工具提取模具，将模具的芯轴一端装进绕线机花盘孔，配合好定位销，另一端用尾座顶针顶紧，然后空转绕线机检查模具安装状态。
[0040]
对模具表面做处理具体包括：将模具表面用布清洁，除去灰尘、油污，之后在模具表面涂刷一层脱模剂，便于后续线圈脱模；然后在模具表面沿圆周方向包裹一层聚酯薄膜，预留20mm左右的搭接，需保证聚酯薄膜需紧贴模具。
[0041]
步骤s2、在模具上包裹内圈绝缘层13，所述内圈绝缘层13采用玻璃纤维网格布：
[0042]
将准备好玻璃纤维网格布裹在模具上，采用拉紧带将内圈绝缘层13绑住，再使用无碱玻璃纤维带沿轴向稀绕几圈固定住绝缘层13；所述拉紧带在步骤s3中绕制线圈的过程中逐渐拆除，绕制线圈后通过线圈即可将绝缘层13固定压紧。
[0043]
步骤s3、采用导线绕制多段线圈，具体包括：
[0044]
包括两个大段线圈11的绕制，若果首先绕制靠近上端的的大段线圈11时：
[0045]
将大段线圈11从模具中部向模具外端分为内段111、中段112、外段线圈113，将导线的端头始于中段112并预留端头，首先完成中段112的绕制；之后斜拉导线至中段112的上侧，完成外段线圈113的绕制；再者通过将导线与端头焊接，完成剩余的内段111线圈的绕制。线圈绕制过程中引出若干个接头14和若干个分接头15，优选的，接头14与分接头15预留引出线长度为150mm至200mm。
[0046]
随后绕制另一个大段线圈11：依旧分为内段111、中段112、外段线圈113，将导线的端头始于中段112并预留端头，首先完成中段112的绕制；之后斜拉导线至中段112的上侧，完成内段线圈111的绕制；再者通过将导线与端头焊接，完成剩余的外段线圈113的绕制。线圈绕制过程中引出若干个接头14和若干个分接头15，优选的，接头14与分接头15预留引出线长度为150mm至200mm。
[0047]
优选的方案，将预先剪切好的小块网格布用玻璃布带缠绕起来，厚度与线圈每段
的间距相同，高度略低于线圈的厚度。在段线圈间隔处，沿着线圈圆周方向均匀分布若干个网格布12。除了线圈最顶上一段线圈与顶面之间的间隔无需放置，其余各段包括底部必须塞紧牢实，防止线圈各段线圈受热滑落。
[0048]
其中，优选的，将导线预留出端头，所述端头具有一定长度，将预留出的端头弯成半圆状，用无碱玻璃纤带扎住线头固定在绕线端板上。绕制的线圈包括两个大段线圈11，每个所述大段线圈11包括三个小段线圈，所述小段线圈分别为内段111、中段112、外段线圈113；每个所述小段线圈具有多层层线圈。线圈绕制过程，用于盘设导线的导线盘、线圈使用干净布遮盖。
[0049]
在绕制线圈过程中伴随着在所述层线圈之间铺设绑扎带，具体工艺为：
[0050]
首先，在绕制第一层线圈时，沿圆周方向均匀铺设若干条绑扎带；其中，线圈的最大电压在1000kva及以下的线圈沿圆周方向均布四条；线圈的最大电压在1250kva及以上的则沿圆周方向均布五条，凡有出头段则增加一条绑扎带；
[0051]
然后，从第二层至倒数第三层，每当导线升一层时，在升层后的第二匝线匝将绑扎带翻至正在绕制一层上面，并通过所在一层之后的线匝将绑扎带压紧；
[0052]
最后，倒数第二层与倒数第一层对绑扎带进行收尾，使得绑扎带将最后两层线圈拉紧。
[0053]
如图3所示，优选的方案，铁芯采用全斜接纵向七步进叠装方式进行布置。变压器铁芯100由多层铁芯单元组成，所述铁芯单元包括芯柱单元5和铁轭单元4，所述铁芯单元由两组铁轭单元4和三组芯柱单元5拼接成“日”形，且所述铁轭单元4和所述芯柱单元5之间的接缝为45度。
[0054]
实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。