一种防止线圈炸裂的空心电抗器制作方法与流程

1.本发明涉及一种空心电抗器的制作方法，尤其是指一种防止线圈炸裂的空心电抗器制作方法；该种防止线圈炸裂的空心电抗器制作方法可以进一步提高空心电抗器线圈抵抗瞬间大电流的性能；属于空心阳极电抗器制作技术领域。


背景技术：

2.在直流输配电领域，为了限制晶闸管开通时的电流上升率和瞬态陡坡冲击电压，同时为了与阻尼电路配合，改善串联连接的晶闸管间的电压不均匀分布，减少在干扰和正常换相时非周期触发的应力和前沿冲击电压时的应力，需要在回路中串联阳极电抗器。它有一个故障状态下的工况是在系统短路故障时会出现一个非常大的短路电流，这个短路电流大小可达几百千安，电磁力将达到几百上千千牛；其瞬间释放的能量能使产品像炸弹一样爆炸，爆炸产生的冲击波和碎片会导致设备内其它元件损坏，从而造成整个系统故障。
3.根据发明人对此现象的研究，发现之所以会产生这种问题主要与空心电抗器的制作方法有很大的关系，尤其是在制作盘绕式空心电抗器线圈时，大多是通过绕线机进行绕制，而且普遍都是将在线圈的出现部分焊接一个出线母排；但由于是盘绕，也就是一层一层的盘绕形成空心电抗器线圈，在最里面和最外面都有一个出线母排，这些出线母排焊接在线圈的端口上时，会导致整个线圈在盘绕时出现线圈的偏心，而这种偏心会导致线圈导线上作用着洛伦兹力不均匀，从而引起洛伦兹力引起的电动力不均匀，出现应力集中的现象，这样就会导致整个电抗器冲击力增大，在抵抗瞬变大电流冲击的过程中，空心电抗器中会流过较大的电流，导致电动力剧增，达到一定程度就会引起电抗器发生炸裂的故障。因此如何绕制因此很有必要对此加以改进。
4.通过查询检索为发现相同的技术报道，只有相关领域的技术文献，最为接近的由以下几篇：1、专利号为cn201210064653.7，名称为“由多圈相互绝缘铜皮构成的大容量电抗器及制作方法”，申请人为：广德因达电炉成套设备有限公司的发明专利，该专利公开了一种采用相互绝缘铜皮线圈取代线包线圈，且结构简单，制造方便，风冷降温效果好，同时又能有效地增大电感量的由多层相互绝缘铜皮构成的大容量电抗器及制作方法，它包括电抗器，所述电抗器中绕线包中线圈由多层相互绝缘铜皮环绕构成，相互绝缘铜皮与相互绝缘铜皮间置有多根隔离绝缘条。该专利只是提出采用相互绝缘铜皮线圈取代传统线包线圈的方式简化结构，并未涉及如何改变绕包方式降低2、专利号为cn201710242270.7，名称为“一种干式电抗器线圈的绕制工艺”，申请人为：张艳雪的发明专利，该专利申请公开了一种干式电抗器线圈的绕制工艺，包括：(1)将20-30跟漆包线合股成一股，得到电磁线a，再将3-8根漆包线合股成一股，得到电磁线b；(2)首先在绕线模上涂上适量的脱模剂，然后在模具上绕制三层绝缘材料，进行初次级绝缘，再用紧固带将焊好的铜片扎在绕线模规定位置，然后紧密整齐的绕制电磁线a，
然后在初级线圈外再绕制三层绝缘层，最后再绕制屏蔽层，得到初级线圈，并对线圈刷环氧树脂绝缘漆；(3)按照步骤(2)的方法在步初次级线圈外绕制电磁线b，得到次级线圈，并对线圈刷环氧树脂绝缘漆，并对密封进出线处的缝隙用粘结剂填充；(4)在绕制好的线圈外再绕制一层玻璃纤维绝缘层，将电磁线固定，再绕制一层牛皮纸后，再其表面涂刷绝缘漆；然后放入烘箱干燥固化，然后脱模；(5)在步骤(4)的线圈外在喷涂无机硅胶涂料，待涂料干燥后，得到干式电抗器线圈。但该专利也未提出如何解决瞬间大电流炸裂的问题。
5.3、专利号为cn201910070559.4，名称为“一种电抗器线圈的制作方法”，申请人为：宁波优佳流体控制设备有限公司的发明专利申请，该专利申请公开了一种电抗器线圈的制作方法，1）制作内部任意空心形状的实体；2）通过切割的方式，将实体加工成连续的螺旋状线圈。该专利也未提出如何解决瞬间大电流炸裂的问题。
6.上述这些专利虽然都涉及到了空心电抗器制作方法，也对某些技术问题进行了改进，但是这些专利技术涉及到如何抵抗瞬间大电流的冲击，防止电抗器炸裂的问题，这样前面所述的问题仍然存在，所以很有必要对此加以改进。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是，针对现在的空心电抗器线圈不利于有效抵抗瞬间大电流的冲击，防止电抗器炸裂的问题，提供一种空心电抗器的制作方法；该种空心电抗器制作方法制作出来的空心电抗器能有效抵抗瞬间大电流的冲击，防止电抗器炸裂。
8.本发明主要通过以下技术方案实现的：一种防止线圈炸裂的空心电抗器制作方法，采用盘绕方式绕制空心电抗器线圈，并在盘绕时，按照圆形来绕制线圈，使得盘绕出来的空心电抗器线圈为接近圆形形状，以改善空心电抗器线圈洛伦兹力的分布状态，并通过对空心电抗器线圈加固防止空心电抗器线圈在瞬间大电流情况下发生形变而引起炸裂。
9.进一步地，所述按照圆形来绕制线圈是将空心电抗器线圈出线排的线圈内部段的截面设置为弧形，空心电抗器线圈首排内嵌固定在线圈模心上，使得线圈首排的上表面成为弧形，消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制，从而在于线圈首排相邻的线圈盘绕时，会更为接近圆形，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形。
10.进一步地，所述的将空心电抗器线圈出线排的线圈内部段的截面设置为弧形是将空心电抗器线圈出线排与空心电抗器线圈连接的部分分为两部分；一部分为弧线形截面，所述的弧线与插入到线圈内面，并将出线排插入部分与线圈首排相连接的部分开槽，让线圈首排卡在出线排开槽处，再通过焊接连接，使得出现排与线圈首排形成弧线连接，更为有利于整个线圈盘绕时成为圆形。
11.进一步地，在盘绕线圈时，对于线圈内部的微小间隙处采用多段弧形垫板连续垫紧线圈内部的空隙，防止线圈之间的缝隙在瞬间大电流时，在洛伦兹力作用下使得线圈发生形变。
12.进一步地，所述的空心电抗器线圈的尾排是先根据圆形定位，最后固定在电抗器外壳上，使得在绕制空心电抗器线圈后，所形成的盘绕结构空心电抗器线圈的外形也成为圆形，以利对线圈的外形固定。
13.进一步地，所述的通过对空心电抗器线圈加固包括在空心电抗器线圈外周包裹不锈钢圆筒，线圈外周和不锈钢圆筒之间的空隙采用硬性材料进行填充，通过不锈钢圆筒箍紧空心电抗器线圈，一方面使得空心电抗器线圈更接近圆形，另一方面由不锈钢圆筒来抵抗瞬间大电流产生的洛伦兹力，使线圈不发生形变。
14.进一步地，所述的不锈钢圆筒为开口圆筒，在开口处两边焊接不锈钢板，不锈钢板上预置螺栓孔，空心电抗器装配时通过紧固不锈钢螺栓使不锈钢筒产生收缩从而箍紧线圈。
15.进一步地，所述的通过对空心电抗器线圈加固包括将包裹不锈钢圆筒的空心电抗器线圈安装在封闭的箱体内，然后对整个箱体内进行灌封弹性导热胶，通过弹性导热胶起缓冲作用，进一步抵御线圈在洛伦兹力下的变形。
16.进一步地，在线圈出线排伸出箱体外的表面贴水冷散热板，使线圈的热量通过传导的方式传递到水冷散热板上由水带走。
17.进一步地，所述的空心电抗器线圈制作包括以下步骤：1）先制作出线排，使得出线排的伸入线圈内的部分为圆弧形，圆弧度根据线圈的直径大小确定，以能消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制为准；2）将绕线铜带焊接在出线排的缺口上，使得绕线铜带与出线排内外都呈圆弧形状；焊接要求：焊接牢固，焊路平整，焊后用锉刀锉平，去除毛刺，然后用砂纸打光，铜屑不得落入绝缘和绕线模上；3）进行线圈盘绕，盘绕时应确保铜带整体是圆形；空心电抗器线圈首排内嵌固定在线圈模心上，使得线圈首排的上表面成为弧形，消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制，从而在于线圈首排相邻的线圈盘绕时，会更为接近圆形，空心电抗器线圈的尾排是先根据圆形定位，最后固定在电抗器外壳上，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形；空心电抗器线圈的尾排是先根据圆形定位，最后固定在电抗器外壳上，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形；盘绕时把层间绝缘和端绝缘根据绝缘要求确定厚度)拉出垫在铜带下面；使绝缘超出铜带位置100mm左右；在绕近一匝时，把长出的绝缘折在铜排上面作加强绝缘用；4）当绕完1.2匝时，检查线圈是否圆形，且两端是否平整，否则应修正平整方可继续绕制；5）绕制完成后，对线圈进行浸漆处理；浸漆后进行烘干；6）将绝缘处理后的线圈用不锈钢圆筒包裹，并通过锁紧螺栓锁紧，并固定在箱体内；7）对箱体内的空隙进行灌封；将弹性导热胶灌满整个箱体。
18.本发明的有益效果：本发明采用改善空心电抗器线圈洛伦兹力影响，防止空心电抗器线圈在瞬间大电流时。具有以下一些优点：1）本发明空心电抗器线圈由铜带绕制，空心电抗器线圈形状设计成无限接近圆形，使瞬间大电流下线圈受到的洛伦兹力在径向分布均匀；2）本发明线圈内部无法消除的空隙用硬性材料进行填充，减少线圈受力变形的空间；3）本发明的在线圈外周包裹不锈钢圆筒，线圈外周和不锈钢圆筒之间的空隙采用
硬性材料进行填充，由不锈钢圆筒来抵抗瞬间大电流产生的洛伦兹力，使线圈不发生形变；4）本发明多个空心线圈的组合，通过改变单个线圈的电流和电感来尽可能减少洛伦兹力的大小，该方法还可以根据外形体积的要求进行各种串并联结构的连接；5）本发明空心电抗器组合固定后装入盒体里面，然后整体灌封弹性导热胶，该弹性导热胶起缓冲作用，可以抵御线圈在洛伦兹力下的轻微变形。
19.说明书附图图1为本发明空心电抗器线圈结构示意图；图2为本发明弧形出线排结构示意图；图3为本发明不锈钢圆筒包裹空心电抗器线圈结构示意图；图4为本发明空心电抗器线圈在电抗器中排布的结构示意图；图5为本发明制作工艺流程图。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明。
21.实施例一如附图1-5所示，一种防止线圈炸裂的空心电抗器制作方法，采用盘绕方式绕制空心电抗器线圈1，并在盘绕时，按照圆形来绕制线圈，使得盘绕出来的空心电抗器线圈1为接近圆形形状，以改善空心电抗器线圈洛伦兹力的分布状态，并通过对空心电抗器线圈加固防止空心电抗器线圈在瞬间大电流情况下发生形变而引起炸裂。
22.所述按照圆形来绕制线圈1是将空心电抗器线圈出线排2的线圈内部段5的截面设置为弧形，空心电抗器线圈出线排2的首排3内嵌固定在线圈模心10上，使得线圈首排的上表面成为弧形，消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制，从而在于线圈首排相邻的线圈盘绕时，会更为接近圆形，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形。
23.所述的将空心电抗器线圈1的出线排2的线圈内部段5的截面设置为弧形是将空心电抗器线圈的出线排2与空心电抗器线圈连接的部分分为两部分；一部分为弧线形截面，所述的弧线与插入到线圈内面，并将出线排插入部分与线圈首排相连接的部分开槽，让线圈首排卡在出线排开槽处，再通过焊接连接，使得出现排与线圈首排形成弧线连接，更为有利于整个线圈盘绕时成为圆形。
24.在盘绕线圈时，对于线圈内部的微小间隙处采用多段弧形垫板连续垫紧线圈内部的空隙，防止线圈之间的缝隙在瞬间大电流时，在洛伦兹力作用下使得线圈发生形变。
25.所述的空心电抗器线圈1的尾排4是先根据圆形定位，最后固定在电抗器箱体外壳6上，使得在绕制空心电抗器线圈后，所形成的盘绕结构空心电抗器线圈的外形也成为圆形，以利对线圈的外形固定。
26.所述的通过对空心电抗器线圈加固包括在空心电抗器线圈1外周包裹不锈钢圆筒7，空心电抗器线圈1的外周和不锈钢圆筒7之间的空隙采用硬性材料进行填充，通过不锈钢圆筒7箍紧空心电抗器线圈1，一方面使得空心电抗器线圈更接近圆形，另一方面由不锈钢圆筒7来抵抗瞬间大电流产生的洛伦兹力，使线圈不发生形变。
27.不锈钢筒7首先需要根据仿真的洛伦兹力大小进行强度计算，确定不锈钢筒7的厚度；该不锈钢筒不能闭合，设计成开口状，在开口处两边焊接不锈钢板8，不锈钢板8上预置
螺栓孔，空心电抗器装配时通过紧固不锈钢螺栓9使不锈钢筒产生收缩从而箍紧线圈。
28.所述的通过对空心电抗器线圈1加固包括将包裹不锈钢圆筒7的空心电抗器线圈安装在封闭的电抗器箱体外壳6内，然后对整个电抗器箱体外壳6内进行灌封弹性导热胶，通过弹性导热胶起缓冲作用，进一步抵御线圈在洛伦兹力下的变形。
29.在线圈出线排伸出箱体外的表面贴水冷散热板，使线圈的热量通过传导的方式传递到水冷散热板上由水带走。线圈本体散热面通过高导热灌封材料把热量传递到盒体表面散热，同时在线圈出线排表面贴水冷散热板，使线圈的热量通过传导的方式传递到水冷散热板上由水带走。由于此类电抗器电感小电流大的特点，导体的长度不长，其热传导时在导体长度方向的热阻不会太大，所以，出线排上的水冷散热器能带走很大一部分线圈热量。
30.所述的空心电抗器线圈制作包括以下步骤：1）先制作出线排，使得出线排的伸入线圈内的部分为圆弧形，圆弧度根据线圈的直径大小确定，以能消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制为准；2）将绕线铜带焊接在出线排的缺口上，使得绕线铜带与出线排内外都呈圆弧形状；焊接要求：焊接牢固，焊路平整，焊后用锉刀锉平，去除毛刺，然后用砂纸打光，铜屑不得落入绝缘和绕线模上；3）进行线圈盘绕，盘绕时应确保铜带整体是圆形；空心电抗器线圈首排内嵌固定在线圈模心上，使得线圈首排的上表面成为弧形，消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制，从而在于线圈首排相邻的线圈盘绕时，会更为接近圆形，空心电抗器线圈的尾排是先根据圆形定位，最后固定在电抗器外壳上，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形；空心电抗器线圈的尾排是先根据圆形定位，最后固定在电抗器外壳上，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形；盘绕时把层间绝缘和端绝缘根据绝缘要求确定厚度)拉出垫在铜带下面；使绝缘超出铜带位置100mm左右；在绕近一匝时，把长出的绝缘折在铜排上面作加强绝缘用；4）当绕完1.2匝时，检查线圈是否圆形，且两端是否平整，否则应修正平整方可继续绕制；5）绕制完成后，对线圈进行浸漆处理；浸漆后进行烘干；6）将绝缘处理后的线圈用不锈钢圆筒包裹，并通过锁紧螺栓锁紧，并固定在箱体内；7）对箱体内的空隙进行灌封；将弹性导热胶灌满整个箱体。
31.实施例二实施例二的原理与实施例一是一样的，只是结构有所不同，为一种单线圈的防止线圈炸裂的空心电抗器制作方法，采用盘绕方式绕制空心电抗器线圈，并在盘绕时，按照圆形来绕制线圈，使得盘绕出来的空心电抗器线圈为接近圆形形状，以改善空心电抗器线圈洛伦兹力的分布状态，并通过对空心电抗器线圈加固防止空心电抗器线圈在瞬间大电流情况下发生形变而引起炸裂。
32.所述按照圆形来绕制线圈是将空心电抗器线圈出线排的线圈内部段的截面设置为弧形，空心电抗器线圈首排内嵌固定在线圈模心上，使得线圈首排的上表面成为弧形，消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制，从而在于线圈首排相邻的线圈盘绕时，会更为接近圆形，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形。
33.所述的将空心电抗器线圈出线排的线圈内部段的截面设置为弧形是将空心电抗
器线圈出线排与空心电抗器线圈连接的部分分为两部分；一部分为弧线形截面，所述的弧线与插入到线圈内面，并将出线排插入部分与线圈首排相连接的部分开槽，让线圈首排卡在出线排开槽处，再通过焊接连接，使得出现排与线圈首排形成弧线连接，更为有利于整个线圈盘绕时成为圆形。
34.在盘绕线圈时，对于线圈内部的微小间隙处采用多段弧形垫板连续垫紧线圈内部的空隙，防止线圈之间的缝隙在瞬间大电流时，在洛伦兹力作用下使得线圈发生形变。
35.所述的空心电抗器线圈的尾排是先根据圆形定位，最后固定在电抗器外壳上，使得在绕制空心电抗器线圈后，所形成的盘绕结构空心电抗器线圈的外形也成为圆形，以利对线圈的外形固定。
36.所述的通过对空心电抗器线圈加固包括在空心电抗器线圈外周包裹不锈钢圆筒，线圈外周和不锈钢圆筒之间的空隙采用硬性材料进行填充，通过不锈钢圆筒箍紧空心电抗器线圈，一方面使得空心电抗器线圈更接近圆形，另一方面由不锈钢圆筒来抵抗瞬间大电流产生的洛伦兹力，使线圈不发生形变。
37.所述的不锈钢圆筒为开口圆筒，在开口处两边焊接不锈钢板，不锈钢板上预置螺栓孔，空心电抗器装配时通过紧固不锈钢螺栓使不锈钢筒产生收缩从而箍紧线圈。
38.所述的通过对空心电抗器线圈加固包括将包裹将多个不锈钢圆筒的空心电抗器线圈安装在封闭的箱体内，然后对整个箱体内进行灌封弹性导热胶，通过弹性导热胶起缓冲作用，进一步抵御线圈在洛伦兹力下的变形。多个空心电抗器组合固定后装入盒体里面，然后整体灌封弹性导热胶，该弹性导热胶起缓冲作用，可以抵御线圈在洛伦兹力下的轻微变形。
39.所述的空心电抗器线圈为单个线圈，因此不存在多个线圈的问题；这种对于空间大情况也是可以的，只是这种单线圈的结构需要更加结实一些。
40.在线圈出线排伸出箱体外的表面贴水冷散热板，使线圈的热量通过传导的方式传递到水冷散热板上由水带走。
41.进一步地，所述的空心电抗器线圈制作包括以下步骤：1）先制作出线排，使得出线排的伸入线圈内的部分为圆弧形，圆弧度根据线圈的直径大小确定，以能消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制为准；2）将绕线铜带焊接在出线排的缺口上，使得绕线铜带与出线排内外都呈圆弧形状；焊接要求：焊接牢固，焊路平整，焊后用锉刀锉平，去除毛刺，然后用砂纸打光，铜屑不得落入绝缘和绕线模上；3）进行线圈盘绕，盘绕时应确保铜带整体是圆形；空心电抗器线圈首排内嵌固定在线圈模心上，使得线圈首排的上表面成为弧形，消除线圈首排上表面突出影响线圈圆形绕制，从而在于线圈首排相邻的线圈盘绕时，会更为接近圆形，空心电抗器线圈的尾排是先根据圆形定位，最后固定在电抗器外壳上，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形；空心电抗器线圈的尾排是先根据圆形定位，最后固定在电抗器外壳上，使得所盘绕绕制出来的线圈接近圆形；盘绕时把层间绝缘和端绝缘根据绝缘要求确定厚度)拉出垫在铜带下面；使绝缘超出铜带位置100mm左右；在绕近一匝时，把长出的绝缘折在铜排上面作加强绝缘用；4）当绕完1.2匝时，检查线圈是否圆形，且两端是否平整，否则应修正平整方可继续绕制；
5）绕制完成后，对线圈进行浸漆处理；浸漆后进行烘干；6）将绝缘处理后的线圈用不锈钢圆筒包裹，并通过锁紧螺栓锁紧，并固定在箱体内；7）对箱体内的空隙进行灌封；将弹性导热胶灌满整个箱体。
42.上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，而且本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。同时，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
43.本发明的有益效果：本发明采用改善空心电抗器线圈洛伦兹力影响，防止空心电抗器线圈在瞬间大电流时。具有以下一些优点：1）本发明空心电抗器线圈由铜带绕制，空心电抗器线圈形状设计成无限接近圆形，使瞬间大电流下线圈受到的洛伦兹力在径向分布均匀；2）本发明线圈内部无法消除的空隙用硬性材料进行填充，减少线圈受力变形的空间；3）本发明的在线圈外周包裹不锈钢圆筒，线圈外周和不锈钢圆筒之间的空隙采用硬性材料进行填充，由不锈钢圆筒来抵抗瞬间大电流产生的洛伦兹力，使线圈不发生形变；4）本发明多个空心线圈的组合，通过改变单个线圈的电流和电感来尽可能减少洛伦兹力的大小，该方法还可以根据外形体积的要求进行各种串并联结构的连接；本发明空心电抗器组合固定后装入盒体里面，然后整体灌封弹性导热胶，该弹性导热胶起缓冲作用，可以抵御线圈在洛伦兹力下的轻微变形。