CN101226819A - 用铜铝复合材料导线绕制铁心变压器绕组的方法及其绕组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用铜铝复合材料导线绕制铁心变压器绕组的方法，以及一种用铜铝复合材料导线绕制成的铁心变压器绕组，其特征在于将铜铝复合材料导线用于绕制铁心变压器绕组，解决了用铜铝复合材料导线绕制铁心变压器绕组过程中存在的技术问题。应用本发明所述的方法，用铜铝复合材料导线代替铜导线绕制铁心变压器绕组，既降低了变压器绕组的成本，又不减损其性能。

Description

用铜铝复合材料导线绕制铁心变压器绕组的方法及其绕组

所属技术领域

本发明涉及一种绕制变压器绕组的方法及其绕组，尤其是一种用铜铝复合材料导线绕制铁心变压器绕组的方法及其绕组。

背景技术

变压器的绕组构成设备本身的电路部分，它与外部的电网直接相连，是变压器中的重要的部件，常把绕组比做变压器的“心脏”。当遭受雷电冲击电压和操作冲击波时，绕组内部会产生大于额定电流许多倍的短路电流，沿轴向与辐向产生巨大的机械力，同时会瞬时将绕组温度提升至极高的危险程度。

铜具有独特的物理性能和电气性能，是传统的导电材料，也是变压器绕组的主要原材料。由于世界上铜资源的匮乏和市场价格居高不下，促使电工行业积极寻求代用材料。一般认为，铝导线是较好的代用材料。由于铝的资源丰富，其具有价格低廉、重量轻、导电率较高等优点，所以，在20世纪60年代就提出“以铝代铜”，用铝导线作电能传输线，其中包括制作变压器绕组。随着双金属复合材料技术的发展，人们利用铜的优良导电性和铝重量轻的特点，将铜层包覆在铝芯线周围，形成具有导电性好、密度小、柔软、耐腐蚀、易钎焊、价格低廉的铜包铝导线，从而发展成为导线的第三种金属材料。铜铝复合导线是一种高性能的双金属线材，其铜的厚度大约是在最小半经的3.5％，其导电率大约是铜线的62.9％，而同样重量、截面的铜包铝线的长度是纯铜线长度的2.7倍。但是，由于铝的强度较低，容易蠕变，长期使用后会产生变形，而且铝的耐蚀性较差，表面极易形成坚固的氧化膜，致使用铜铝复合导线绕制变压器绕组成为技术难题，从而限制了“以铝代铜”的进一步推广应用。

现如今变压器绕组最常用的材料仍然是铜。虽然其可以承受短路机械力、瞬时的高温，但由于铜资源紧缺、铜价格高，使得变压器成本居高不下。如何解决使用铜铝复合导线绕制变压器绕组这一技术问题便日益为人们所关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用铜铝复合材料导线绕制铁心变压器绕组的方法，以及用铜铝复合导线绕制成的铁心变压器绕组，实现既降低变压器绕组的成本，又不减损其性能的目的。

本发明所述的一种用铜铝复合材料导线绕制铁心变压器绕组的方法，其所采用的技术方案的内容包括：

先将绝缘纸筒固定在绕线模具上，然后将线圈首头揻制完毕包扎好后，将导线按要求均匀绕在纸筒上，可以绕制一层或多层；在两层之间加相应的层间绝缘，或瓦楞油道；在线圈绕制过程中，每层的开始和结束时，都要放置端绝缘，加强上下端部的绝缘强度；还要满足下列要求：

1、按照绕组内径确定模具尺寸，并按照要求确定绕组模具的形状；

2、将铜铝复合材料导线按常规方法在选定的模具上绕制绕组；

3、绕制过程中，绕组的卷制要紧密无间隙，绕组的匝间层间要紧密，不允许有松动的线匝；结构上的裕度必须适当，控制绝缘零件及导线不要超出允差；如遇负允差时用适当的绝缘材料将匝间、层间填实，不允许用松绕的办法保持绕组外限尺寸；保证绕组的几何尺寸，控制绕组尺寸不能超出允许的偏差值；

4、铜铝复合材料导线的截面尺寸、绝缘厚度和质量应符合要求；保持铜铝复合材料导线的表面光洁度，不能有毛刺、划痕和重皮，无污物及锈斑，对扁线还要保持截面上圆角形状；同一变压器绕组所用扁导线，圆角应相同，以保证三相电阻值保持一致；

5、尽量减少导线接头数量，绕组内部导线的焊接，除保证焊接电阻外，应修光焊点，不能有尖角毛刺，并加强绝缘；

6、卷制过程中，杜绝有绝缘损伤的导线卷入绕组内部，对导线的换位、跨段、升层及引出线端等处均加强绝缘；

7、线圈多根导线并排出头时，尽可能使导线排成正方形；

8、卷制过程中，严格控制绕组内外径，尤其短轴方向，需要边绕制边用木锤击打来保证短轴方向的尺寸；

9、铜铝复合线在制造过程中为增加其抗拉强度，使得其延展性不及铜导线，在绕制线圈过程中，铜铝复合线线圈首头以及末头出线揻弯时，要避免因外力使导线的铜覆层断裂从而影响导线的整体性能。

一种用上述方法绕制的铁心变压器绕组，包括铁心和线圈，其特征是：所述的线圈是用铜铝复合材料导线绕制的。

所述的铁心变压器绕组，其特征是：所述铜铝复合材料线圈均匀绕在纸筒上，可以有一层或多层，线圈两端放置端绝缘。

所述的一种铁心变压器绕组，其特征是：在两层线圈之间有相应的层间绝缘或瓦楞纸板，瓦楞纸板与线圈之间有若干油道。

应用本发明所述的方法，用铜铝复合材料导线代替铜导线绕制铁心变压器绕组，既降低了变压器绕组的成本，又不减损其性能。由于铜铝复合材料导线的密度小、质量轻，采用该导线可降低变压器绕组的质量，减轻工人的劳动强度，使得产品便于运输和安装。同时，铜铝复合导线的比热比铜导线的大，在相同电阻、电流和通电时间的条件下，绕组的温升较低，从而延长了绝缘材料的老化过程，提高了变压器的使用寿命。虽然无论软态或硬态的铜铝复合导线，其抗拉强度和伸长率都比铜导线的低，但仍足以满足绕组对导线力学性能的要求，尤其铜铝复合材料导线兼具铜线和铝线的优良特性，价格低廉。

附图说明

图1是本发明所述绕组的结构示意图；

图2是椭圆形铁心变压器绕组的截面示意图；

图3是圆形铁心变压器绕组的截面示意图；

图4是实施例3所述连续式绕制方法的示意图。

具体实施方式

对于变压器等电器设备来说，其绕组的绕制是至关重要的，绕制时应严格按照设计保证足够的绝缘强度和机械强度。根据电压等级的不同，容量的不同，将采用不同结构形式的绕组。本发明所述的方法可供选用。

本发明所述的一种用铜铝复合材料导线绕制铁心变压器绕组的方法，其内容包括：

先将绝缘纸筒3固定在模具上，然后将线圈4首头揻制完毕包扎好后，将导线按要求均匀绕在纸筒3上得到线圈4，并在两层之间加相应的层间绝缘6或瓦楞纸板1，瓦楞纸板1与线圈4之间形成瓦楞油道2；在线圈绕制过程中，每层的开始和结束时，都要放置端绝缘5，加强上下端部的绝缘强度；

还要满足下列要求：

1、按照绕组内径确定模具尺寸，并按照设计确定绕组模具的形状；

2、将铜铝复合材料导线按常规方法在选定的模具上绕制绕组；绕组的卷制要紧密无间隙，绕组的匝间层间一定要紧密不允许有松动的线匝，结构上的裕度必须适当，应控制绝缘零件及导线不要超出允差，如遇负允差时应考虑用适当的绝缘材料将匝间、层间填实，不允许用松绕的办法保持绕组外限尺寸；

3、保证绕组的几何尺寸，径向和轴向尺寸，决定绕组的短路阻抗值，因此必须控制绕组尺寸不能超出允许的偏差值；

4、除注意导线的截面尺寸(决定电流密度)，和绝缘厚度与质量外，还应注意导线的表面光洁度和导线截面上圆角形状(对扁线而言)，表面不能有毛刺、划痕和重皮等缺陷，应清洁无污物及锈斑，同一台变压器绕组所用扁导线，圆角应相同，以保证三相电阻值不致相差太多；

5、除结构上规定以外，应尽量减少导线接头数量，绕组内部的导线焊接，保证焊接电阻外，更应注意焊点的修光，不能有任何尖角毛刺，并应局部加强绝缘；

6、卷制过程中应随时注意导线绝缘质量，不允许有绝缘损伤的导线卷入绕组内部，对导线的换位，跨段，升层及引出线端等处均应按规定加强绝缘；

7、线圈多根导线并排出头时，尽可能使导线排成正方形以便更好的与冷压焊端子连接；

8、卷制过程中，严格控制绕组内外径，尤其短轴方向，由于实际绕制过程当中，短轴方向很容易鼓，此时就需要边绕制边用木锤击打来保证短轴方向的尺寸。

9、铜铝复合线在制造过程中为增加其抗拉强度，使得其延展性不及铜导线，在绕制线圈过程中，铜铝复合线线圈首头以及末头出线揻弯时，要避免因外力使导线的铜覆层断裂从而影响导线的整体性能。

用本发明所述方法绕制的铁心变压器绕组，包括铁心和线圈，所述的线圈用铜铝复合材料导线绕制。如图1、图2和图3所示，所述铁心变压器绕组的结构为：线圈4首头揻弯，铜铝复合材料导线均匀绕在纸筒3上得到线圈4，在两层线圈之间有相应的层间绝缘6或瓦楞纸板1，瓦楞纸板1与线圈4之间形成瓦楞油道2；在线圈每层的开始和结束，放置有端绝缘5。

所述的铁心变压器绕组分为层式、饼式。层式分为单层、双层或多层。单、双层用于小容量低压绕组、多层圆筒式多用于小容量高压绕组。

按照本发明所述的一种用铜铝复合材料导线绕制铁心变压器绕组的方法进行下列操作。

实施例1

单、双层圆筒式绕组结构比较简单，采用并联导线绕制，辐向有并绕时应在每层中部进行一次标准换位，这样可使导线所处的漏磁场情况相等、导线长度相等。换位会使绕组高度高一根导线，换位留下的空隙必须用宽度相当的纸板条填平，并将纸板条用布带绑扎于邻近线匝上；绕组的引出头弯折近似90。角，转弯处附近应用皱纹纸局部加强绝缘；端圈由布带与相邻线匝固定，绕组端头用强度较高的斜纹布带锁紧在邻近的几匝上，但更重要的是在绕组外部在绕组端头的部位用高强度皱纹纸或布带沿圆周将绕组扎紧，防止绕组回弹而使直径变大，这是防止端头位移所必须的。

实施例2

多层圆筒式绕组采用单根导线绕制，绕组的起始头弯90。自绕组的轴向引出，引出线在弯折部分附近加强绝缘；绕制时线匝必须紧密排列，结构上应规定每层的匝数，如因总匝数所决定，在某一层需减少匝数时，其空余位置(无导线位置)应用适当宽度的纸板条填平不允许匝间松动；层间绝缘一般由几层0.08的绝缘点胶纸组成，每张纸错开围在线匝上，错开的方向不可弄反，否则不易包紧；若在层间某处需旋转散热用的轴向油隙撑条，而撑条间距又较大时，应在撑条之间放置临时撑条一条或两条，以保证在撑条上继续卷制的线匝不致形成“多角”从而影响油隙的均匀。

实施例3

饼式绕组包括连续式、螺旋式。在此对连续式进行介绍。

连续式绕组是电力变压器普遍采用的一种绕组形式，用扁导线像盘旋的蚊香一样绕制成盘状，各饼的线匝连续地串联起来成为一个绕组，更确切的说它是一个连续绕成的一个饼式绕组。

连续卷制的方法见图1，先在绕线模上绕一个“临时”线段1’-7’，然后在7’匝的终结处制作跨越线段的“弯头”，俗称S弯。这时将弯头放在右侧的线匝7位置上，将这个临时线段自6’开始直至1’，逐匝移到线匝7上，最后形成绕组的第一个线段，即1-7。在“弯头”上继续卷8-14匝形成第二个线段，这个线段不需要再逐匝移置，在14匝的终结处做第二个跨段弯头，然后用一个由纸板条组成的Z形垫将导线拉下到卷线模的轴向撑条上，开始第二个临时线段15’-21’匝。如此继续下去就卷成了连续式绕组。

Claims (4)

1.一种用铜铝复合材料导线绕制铁心变压器绕组的方法，其特征在于：

先将绝缘纸筒(3)固定在绕线模具上，然后将线圈(4)首头揻制完毕包扎好后，将导线按要求均匀绕在纸筒(3)上形成线圈(4)，可以有一层或多层；在两层线圈(4)之间设置相应的层间绝缘(6)或瓦楞纸板(1)；在线圈绕制过程中，每层的开始和结束时，都要放置端绝缘(5)；

还要满足下列要求：

a、按照绕组内径确定模具尺寸，并按照要求确定绕组模具的形状；将铜铝复合材料导线按常规方法在选定的模具上绕制绕组；

b、绕制过程中，绕组的卷制要紧密无间隙，绕组的匝间层间要紧密，不允许有松动的线匝；结构上的裕度必须适当，控制绝缘零件及导线不要超出允差；如遇负允差时用适当的绝缘材料将匝间、层间填实，不允许用松绕的办法保持绕组外限尺寸；保证绕组的几何尺寸，控制绕组尺寸不能超出允许的偏差值；

c、铜铝复合材料导线的截面尺寸、绝缘厚度和质量应符合要求；保持铜铝复合材料导线的表面光洁度，同一变压器绕组所用扁导线，圆角应相同；

d、尽量减少导线接头数量；绕组内部导线的焊接，除保证焊接电阻外，应修光焊点，并加强绝缘；

e、卷制过程中，杜绝有绝缘损伤的导线卷入绕组内部，对导线的换位、跨段、升层及引出线端均加强绝缘；线圈多根导线并排出头时，排成正方形；

f、卷制过程中，控制绕组内外径，尤其短轴方向，要边绕制边用木锤击打；

g、线圈首头以及末头出线揻弯时，不要因外力使导线的铜覆层断裂。

2.一种根据权利要求1所述方法绕制的铁心变压器绕组，包括铁心和线圈，其特征是：所述线圈(4)是铜铝复合材料导线绕制的。

3.根据权利要求2所述的一种铁心变压器绕组，其特征是：所述铜铝复合材料线圈(4)均匀绕在纸筒(3)上，可以有一层或多层，线圈(4)两端放置端绝缘(5)。

4.根据权利要求3所述的一种铁心变压器绕组，其特征是：在两层线圈(4)之间有相应的层间绝缘(6)或瓦楞纸板(1)，瓦楞纸板(1)与线圈(4)之间有若干油道(2)。

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