CN102169753B - Y形铁心三相变压器 - Google Patents
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Abstract
Y形铁心的三相变压器由上下两个Y形铁心轭部和三个心柱铁心构成磁回路，配上三组线圈所组成。其铁心每个轭部由三组折弯120°的硅钢片叠成，每组折弯120°的轭部与两个心柱的半边柱体相配合，形成三组完全相同的对称的磁路，这样的三组组成整体的Y形三相变压器铁心。硅钢片之间采用与一般的两片交叉叠片法不同，而是采用3片以上的交叉叠片法。铁心压紧采用特殊的上下压紧板及螺钉径向压紧和片间压紧方式。
Description
技术领域
本发明是关于变压器的结构和制造方法，涉及三相变压器设计制造范畴，属于变压器技术领域。
背景技术
变压器问世已历经百余年，实用的三相变压器结构已成定式。铁心的基本形式都是使用“日”字形转90°的形状，在中间三个铁心柱上套上三组线圈，而磁轭部分是“一”字形共用的结构。这种结构的制造工艺简单，被广泛使用。为了节省空间和提高效率，铁心柱还采用尽量接近圆形(或运动场跑道形)截面的阶梯形叠片。以及在使用取向硅钢片后，为减少铁心损耗，采用铁心交叠的地方作45°裁切的工艺技术。经过这些措施后，三相变压器的改进似乎只有改进铁心材料，导体材料和绝缘材料一条路可走。而且这种传统结构由于铁心对三相线圈不对称，造成三相有少量的不平衡，使变压器的供电质量变坏。在这样的历史前提下，经过仔细研究，分析磁路结构的合理性，本发明找到一种改变结构后可以提高性能、降低成本方法，这就是采用Y形铁心的三相变压器结构。虽然有资料介绍类似本发明的三相变压器结构，但所有资料的结构形式、设计思想、工艺制作过程不便于推广和应用，完全不同于本发明的可实用方法。
发明内容
本发明Y形铁心的三相变压器，其结构是三相变压器的磁轭部分形式是Y形，它与三个铁心柱组成了完全对称的磁路结构，与线圈一起构成理想三相变压器。
为解决上述技术问题，本发明由上下两个Y形铁心轭部和三个心柱铁心构成磁回路，配上组线圈所组成。线圈是变压器的三相原副边绕组，它形成的磁通通过心柱、再经过上下Y形轭部构成闭合磁路。其铁心每个轭部由三组折弯120°的硅钢片叠成，每组折弯120°的轭部与两个心柱的半边柱体相配合，形成三组完全相同的对称的磁路，由此构成Y形三相变压器铁心。
Y形轭部硅钢片与心柱硅钢片之间的搭接，采用与一般的两片交叉叠片法不同，而是采用3片以上的交叉叠片法，使磁路的局部损耗比两片交叉叠片法低。轭部的硅钢片采用非取向硅钢片，与心柱的取向硅钢片配合，使磁通在轭部能顺利拐弯而损耗较小。并且，把轭部磁通拐弯处外侧硅钢片省下来剪去，它与Y形设计本身因中部磁密小、可以省铁的共同作用下，大幅度地减少了硅钢片的用量，并使铁损耗降低。本发明变压器铁心的压紧方法，采用特殊的上下压紧板和螺钉径向压紧，以及片间压紧方式，使Y形轭部结构成为工艺上可实现结构。较大的变压器做成油浸式，为配合Y形铁心，机箱为带散热片的不等边六角柱形结构。
以上所述Y形铁心的三相变压器的结构，如果铁心的轭部和心柱间增加非导磁垫块，形成磁路的间隙，即可变成Y形铁心三相电抗器的结构，达到比传统三相电抗器节省用铁量和减少铁损耗的目的。
本发明Y形铁心的三相变压器结构的有益效果：
首先是变压器的轭部由于采用了Y形结构，使得三相变压器的磁路绝对对称，使变压器的三相的电磁对称性远好于传统铁心结构的变压器。
其次是变压器轭部的Y形结构，轭部变得紧凑，使铁的总用量大幅度下降，铁损耗下降，变压器运行效率提高，变压器成本下降。
第三是Y形结构使三相线圈分布的电磁受力情况改善，变压器的结构简化，体积缩小。
第四是合理的结构和详细的制作工艺方法使本发明Y形铁心的三相变压器成为可以实现的结构，突破了多年来变压器制造工程上的难题。
第五是所述Y形铁心的三相变压器的结构，如铁心的轭部和心柱间如增加非导磁垫块，形成磁路的间隙，即可变成Y形铁心三相电抗器的结构。
附图说明
图1是Y形三相变压器内部铁心和线圈形式正视图。图2是Y形三相变压器内部铁心和线圈形式俯视图。
图3是Y形三相变压器铁心的圆柱心柱和圆筒线圈截面形式。图4是Y形三相变压器铁心的类似栗圆形的心柱和线圈截面形式。
图5是Y形三相变压器铁心的1/3组合示意图。
图6是Y形三相变压器铁心的1/3组合中某一阶梯中，轭部硅钢片折弯和2片交叉叠片法立体示意图。
图7图8是铁心2片交叉叠片法示意图。图9、图10、图11是铁心3片交叉叠片法示意图。图12、图13、图14、图15、图16是铁心5片交叉叠片法示意图。
图17是Y形三相变压器主要部分整体组装正视图。图18是Y形三相变压器主要部分整体组装俯视图。
图19是Y形三相变压器主要部分整体组装立体图。图20是Y形三相变压器主要部分整体组装去掉上部压紧板的俯视图。图21是压紧板对铁心施加压力的局部图
图22是Y形三相变压器油箱正视图。图23是油箱内装有变压器主体的俯视图。图24是油箱内装有变压器主体，未装上盖的立体图。图25是油箱底部安装使用的导向定位管和主体拉紧螺杆的定位关系图。
图26和图27是把Y形铁心的三相变压器的结构增加非导磁垫块，变成有磁路间隙的Y形铁心的三相电抗器结构。
具体实施方式
本发明Y形铁心结构的三相变压器见图1、图2，它由上下两个Y形轭部1、三个心柱2组成的铁心、配上三个线圈组3所组成。线圈组是变压器的三相原副边绕组，它形成的磁通通过心柱、再经过上下Y形轭部构成闭合磁路。其铁心每个轭部由三组折弯120°的硅钢片叠成，每组折弯120°的轭部与两个心柱的半边柱体相配合，形成三组完全相同的对称的磁路，这样的三组组成了整体Y形三相变压器铁心。轭部的硅钢片采用非取向硅钢片，与心柱的取向硅钢片配合，搭接处宽度宽于取向硅钢片，使磁通在轭部能顺利拐弯而损耗较小。并且，把轭部磁通拐弯处外侧硅钢片省下剪去，它与Y形设计本身因中部磁密小，可以省铁的共同作用下，大幅度地减少了硅钢片的用量，并使本发明的三相变压器铁损耗降低。
心柱铁心的截面在图3中是接近圆形的多阶梯形，如图3所示。线圈截面是圆筒形，这适合于大型变压器需要换位的线圈绕组。对于小型变压器，为了提高空间利用率和节省材料，也可使用图4中截面近似栗圆的铁心和线圈形式。
铁心轭部硅钢片折弯120°形状，它与心柱硅钢片之间交叉叠片方式，见图5～图16。当心柱截面是多阶梯形时，与轭部硅钢片的配合如图5。可以看到对应心柱不同阶梯的轭部硅钢片尺寸不同，但同一阶梯尺寸相同。图中的心柱有5种阶梯规格：分别是2a、2b、2c、2d、2e。对应的轭部硅钢片也成5种规格：1a、1b、1c、1d、1e。其阶梯数根据设计者要求而定。像图5那样，完全相同的三组构成Y形三相变压器全部铁心。
铁心心柱与轭部每一阶梯段内硅钢片的交叉叠片方式，见图6～图16。图6、7、8是最简单的两片交叉叠片法，图6中表示轭部硅钢片折弯120°的地方1e，以及轭部与心柱部硅钢片的两片交叉叠片方法。它的心柱短片1a1对应轭部宽片1b1；心柱长片1a2对应轭部窄片1b2。图9～图11表示3片交叉叠片法。图12～图16表示5片交叉叠片法。本专利变压器采用3片以上的交叉叠片法，使磁路的局部损耗比两片交叉叠片方法低。轭部的硅钢片采用非取向硅钢片，并加宽搭接面，与心柱的取向硅钢片配合，使磁通在轭部能顺利拐弯而损耗较小。这在设计时把片宽加宽些，使磁通密度比心柱的取向硅钢片低些，以免损耗增加。并且，从图1～图16可见到，把轭部磁通拐弯处外侧硅钢片省下来剪去，它与Y形设计本身因中部磁密小，可以省铁的共同作用下，大幅度地减少了硅钢片的整体用量，并使本发明的三相变压器成本和铁损耗降低。
图17～图21是Y形三相变压器主要部分整体装配图。变压器的铁心压紧采用特殊的上下压紧板和螺钉径向压紧，以及片间压紧方式，使Y形轭部结构成为工艺上可实现结构。其中，上下压紧板5，拉紧螺杆组件4，对变压器铁心作轴向压紧。在压紧板5的一面焊有径向加压板6，用装在径向加压板6上的螺钉9、10、垫块7、8对铁心轭部施加压紧力。螺钉10配合有120°的垫块8确保每片硅钢片中心被径向压紧。螺钉9配合平垫块7确保铁心轭部片间压紧。从图17～图19可见，为了结构上使变压器主体部分与变压器外壳固定，在上部压紧板5上还安装定位板11，共有3块，利用定位板11的侧面11a与变压器机箱联接定位。变压器的下部定位使用三根拉紧螺杆组件4的下端，插入变压器机箱底部三个定位管16的方法。定位管16采用喇叭口形的变径管，焊在箱体的底部，使螺杆组件4导入方便。
图22～25是Y形三相变压器安装在油箱内的形式，对较大的变压器做成油浸式。为了配合Y形铁心，机箱为带散热片的不等边六角柱形结构。图中12是机箱、13机箱密封条、14是机箱盖法兰及安装螺钉孔位、15是机箱底脚固定螺钉孔位、17是机箱散热片。在机箱内部注入变压器油，利用油在机箱内受热自循环，散热片通过与外界空气交换热量而散热。
以上所述Y形铁心的三相变压器的结构，其铁心的轭部和心柱间如增加非导磁垫块17、18(图26、图27)，形成磁路的间隙，该结构即可改变成为Y形铁心三相电抗器的结构，同样达到不传统结构节省用铁量和减少铁损耗的目的。
本专利Y形铁心的三相变压器的制作关键在于设计和加工工艺。设计时当大型变压器需要换位绕组时采用圆筒形线圈，如图3。当小型变压器如有体积限制，也可采用图4。具体实施步骤如下：
1.除电磁计算外，需要对铁心叠片的每一阶梯段硅钢片的片形和片数作精确计算，心柱用取向硅钢片，轭部用非取向硅钢片，根据磁通密度的计算，轭部非取向硅钢片的磁通截面要比心柱截面大，计算后列出各段的尺寸和片数；
2.对硅钢片各段形状和数量下料，对额部硅钢片作120°折弯。上下压紧板5焊接上加压板6，对其他结构件也预先制作完毕，；
3.在叠片定位工装上，对硅钢片作予叠压，使叠成的铁心完全符合图纸。定位工装上包含图17～图19中的拉紧螺杆组件4、上下压紧板5及已焊在压紧板上的径向加压板6、垫块7和8、螺钉9和10等；予叠压后，铁心的三个心柱用高强度环氧玻纤带缠绕固化，防止铁心松散。
4.在线圈绕组制作加工设备上做好三组线圈；
5.拆除上述步骤3中的上侧轭部的硅钢片叠片，并有次序地放好硅钢片；
6.套上三组线圈；
7.有次序地装回上侧轭部的硅钢片叠片；并对拉紧螺杆组件4、上下压紧板5及加压板6、垫块7和8、螺钉9和10等完全安装到位。对线圈的定位垫块和绝缘等按图纸要求处理完毕；
8.按设计图连接线圈间的导线；对变压器主体部分除湿、浸漆绝缘处理；
9.把变压器主体吊装到变压器机箱12内，使三个拉紧螺杆4的下端插入定位管16内，对变压器主体和机箱12通过定位板11a用螺钉固定；
10.连接线圈至机箱上部的箱盖接线端子、盖好箱盖、通一定电流加热干燥、注变压器油、出厂试验、完毕。
11.对于本发明改变为Y形铁心三相电抗器制作过程，除了上下轭部与三个心柱的硅钢片裁剪尺寸不同外。不需要轭部和心柱间的交叉叠片过程，但要垫入非导磁垫块17、18，其他工艺过程基本上与Y形铁心的三相变压器相同。
Claims (4)
1.一种Y形铁心三相变压器，其特征在于：由上下两个Y形铁心轭部和三个心柱铁心构成磁回路，配上三组线圈所组成；线圈是变压器的三相原副边绕组，它形成的磁通通过心柱、再经过上下Y形轭部构成闭合磁路；其铁心每个轭部由三组折弯120°的硅钢片叠成，每组折弯120°的轭部与两个心柱的半边柱体相配合，形成三组完全相同的对称的磁路，由此构成Y形三相变压器铁心；Y形轭部硅钢片与心柱硅钢片之间采用3片以上的交叉叠片法，使磁路的局部损耗比两片交叉叠片法低；轭部的硅钢片采用非取向硅钢片，与心柱的取向硅钢片配合，使磁通在轭部能顺利拐弯而损耗较小；并且，把轭部磁通拐弯处外侧硅钢片省下剪去，它与Y形设计本身因中部磁密小，可以省铁的共同作用下，大幅度地减少了硅钢片的用量，并使铁损耗降低。
2.根据权利要求1所述Y形铁心三相变压器，其特征还在于：变压器的铁心压紧结构采用特殊的上下压紧板和螺钉径向压紧，以及片间压紧方式，使Y形轭部结构成为工艺上可实现结构；其中上下压紧板和拉紧螺杆组件对变压器铁心作轴向压紧；在压紧板的一面焊有径向加压板，用装在径向加压板上的螺钉、120°的垫块和平垫块对铁心轭部施加压紧力；一部分螺钉配合120°的垫块确保每片硅钢片中心被径向压紧；另一部分螺钉配合平垫块确保铁心轭部片间压紧。
3.根据权利要求1所述Y形铁心三相变压器，其特征还在于其为油浸式变压器，为配合Y形铁心，机箱为带散热片的不等边六角柱形结构。
4.一种Y形铁心三相电抗器的结构，在权利要求1所述的Y形铁心的三相变压器的结构上，于铁心的轭部和心柱间增加非导磁垫块，形成磁路间隙，即可变成。
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Effective date of registration: 20231225 Address after: 623200 Yadu Village, Chibusu Town, Mao County, Aba Prefecture, Sichuan Province Patentee after: Sichuan Hope Hydropower Development Co.,Ltd. Address before: 610225 No. 181 Shuangliu Airport Road, Sichuan, Chengdu Patentee before: CHENGDU SHENLAN HIGH TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Addressee: Tan Yunyang Document name: Notice of Qualified Procedures |
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