CN114446609A - 一种柔性直流变压器线圈的设计方法及其结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性直流变压器线圈的设计方法，设计一种螺旋闭口静电环结构，将螺旋闭口静电环结构相对安装于调压线圈的上下两个端部，螺旋闭口静电环一端的形状与调压线圈端部的导线螺旋高度相匹配；在调压线圈的导线之间加装油道垫块,自铁芯开始从内到外依次布置阀侧线圈、网侧线圈和调压线圈，组成柔性直流变压器线圈整体结构。本发明还涉及一种柔性直流变压器线圈结构，自粘性换位导线采用轴向八根导线并绕形成单螺旋式线匝结构，自粘性换位导线之间加装油道垫块，自粘性换位导线的出头处设置出头固定撑条，并且用PET带沿线圈圆周方向进行绑扎固定。本发明整体性好，结构简单，能降低环流损耗并有利于散热和安匝平衡。

Description

一种柔性直流变压器线圈的设计方法及其结构

技术领域

本发明属于变压器生产制造领域，具体为一种柔性直流变压器线圈的设计方法及其结构，其中的调压线圈采用单螺旋式调压线圈结构。

背景技术

柔性直流输电技术是当今世界电力电子技术应用领域的制高点，是目前世界上可控性最高、适应性最好的输电技术之一，能有效提高电能质量并确保电网安全稳定运行，建设高压柔性直流输电工程，可推动能源的优化配置。

对于柔性直流变压器而言，当调压线圈置于最外侧时多采用层式线圈结构，当调压线圈匝数较少时，调压线圈高度比内部线圈高度过低，且层式线圈匝间无油道不利于散热。辐向出线分接头过多，一般两到三匝为一级，绕制过程中每一级都要剪线并处理出头绝缘，工艺复杂，不利于工期控制。对于调压线圈采用螺旋式结构时，一般辐向多根并绕、轴向两根并绕，这种绕法换位困难，绕制难度大，增加环流损耗，且端圈和静电环一般采用开口结构，容易变形，不利于均匀端部的场强。另外，若调压线圈端部拉平，在拉平过程中在线圈端部会形成一个较大的三角区，该区域的电场分布极不均匀，铜绞线(等位线)向线圈内大幅度弯曲，三角区上下侧的线饼上会出现场强集中，易发生放电现象，从而损坏变压器，需要采用与调压线圈端面螺旋度相匹配的螺旋式静电环结构。因此，现有的线圈的设计方法及其结构，已经无法很好的满足柔性直流变压器的应用需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种柔性直流变压器线圈的设计方法及其结构，其中的调压线圈采用单螺旋式调压线圈结构。本发明所采用的技术方案如下：

一种柔性直流变压器线圈的设计方法，包括以下步骤：

采用自粘性换位导线绕制单螺旋式线匝结构；设计一种螺旋闭口静电环结构，将螺旋闭口静电环结构相对安装于单螺旋式线匝结构的上下两个端部，螺旋闭口静电环一端的形状与单螺旋式线匝结构端部的导线螺旋高度相匹配；在单螺旋式线匝结构的导线之间加装油道垫块，组成调压线圈；自铁芯开始从内到外依次布置阀侧线圈、网侧线圈和调压线圈，组成柔性直流变压器线圈整体结构。

一种柔性直流变压器线圈结构，应用前述的一种柔性直流变压器线圈的设计方法，包括：阀侧线圈、网侧线圈和调压线圈，自铁芯开始从内到外依次布置阀侧线圈、网侧线圈和调压线圈；所述的调压线圈包括：出头固定撑条、自粘性换位导线、上端部螺旋闭口静电环、下端部螺旋闭口静电环和油道垫块，自粘性换位导线采用轴向八根导线并绕形成单螺旋式线匝结构，单螺旋式线匝结构的上端部和下端部分别设置上端部螺旋闭口静电环和下端部螺旋闭口静电环，上端部螺旋闭口静电环和下端部螺旋闭口静电环的一端的形状与单螺旋式线匝结构端面螺旋高度相匹配，上端部螺旋闭口静电环和下端部螺旋闭口静电环结构相同，装配方向相反，自粘性换位导线之间加装油道垫块，自粘性换位导线的出头处设置出头固定撑条，并且用PET带沿线圈圆周方向进行绑扎固定；螺旋闭口静电环包括静电环骨架、铜编织带、铜绞线和绝缘层；所述的静电环骨架为与单螺旋式线匝结构外径相配合的圆环状闭口结构，静电环骨架的一端的形状与单螺旋式线匝结构端面螺旋高度相匹配，静电环骨架的外侧依次缠绕包裹铜编织带和绝缘层，铜绞线挝弯内嵌在对应单螺旋式线匝结构出头位置处的静电环骨架中，铜绞线外表面包扎绝缘纸，铜绞线的一端与铜编织带焊接，铜绞线的另一端穿过铜编织带和绝缘层引出，与单螺旋式线匝结构端部第一匝线饼相连接。

本发明的有益效果是：

本发明的一种柔性直流变压器线圈的设计方法及其结构，单螺旋式调压线圈八根导线轴向并绕排列，保证每根导线长度一样，能有效降低环流损耗；高度方向上匝间加油道垫块可以调整线圈整体高度，有利于散热和安匝平衡；轴向出头位置增加出头固定撑条，提高线圈抗短路能力；采用闭口螺旋闭口静电环增强其防变形能力，能有效保证静电环圆整度，有益于均匀端部的场强；采用自粘性换位导线，增强线圈抗短路能力。该线圈结构整体性好，结构简单，工艺性好，可广泛应用于单元容量大的柔性直流工程中的低损耗大容量柔性直流变压器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。

图1是本发明实施例的柔性直流变压器线圈的设计方法的流程图；

图2是本发明实施例的线圈整体结构示意图；

图3是本发明实施例的调压线圈结构示意图；

图4是本发明实施例的调压线圈接线原理示意图；

图5是本发明实施例的螺旋闭口静电环的外形示意图；

图6是本发明实施例的图5的D向视图；

图7是本发明实施例的图5的A-A向截面意图；

图8是本发明实施例的图6的B-B向视图；

图中，1为铁芯，2为阀侧线圈，3为网侧线圈，4为调压线圈，5为出头固定撑条，6为自粘性换位导线，7为上端部螺旋闭口静电环，8为下端部螺旋闭口静电环，9为油道垫块，10为静电环骨架，11为铜编织带，12为铜绞线，13为绝缘层。

具体实施方式

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，是本发明实施例的柔性直流变压器线圈的设计方法的流程图。一种柔性直流变压器线圈的设计方法，包括以下步骤：

采用自粘性换位导线绕制单螺旋式线匝结构，作为调压线圈的主体。

针对调压线圈端部电场分布极不均匀和开口静电环容易变形的问题，设计一种螺旋闭口静电环结构，将螺旋闭口静电环结构相对安装于单螺旋式线匝结构的上下两个端部，螺旋闭口静电环一端的形状与单螺旋式线匝结构端部的导线螺旋高度相匹配，以此使安匝平衡和电场分布均匀。

针对层式线圈高度以及不利于散热的问题，在调压线圈的导线之间加装油道垫块，通过油道垫块调整线圈高度并且形成散热油道。

另外，在导线的出头处设置出头固定撑条，并且用PET带沿线圈圆周方向进行绑扎固定，提高调压线圈的强度和抗短路能力。

自铁芯开始从内到外依次布置阀侧线圈、网侧线圈和调压线圈，组成柔性直流变压器线圈整体结构。

如图2所示，是本发明实施例的线圈整体结构示意图。一种柔性直流变压器线圈结构，应用前述的一种柔性直流变压器线圈的设计方法，包括：阀侧线圈2、网侧线圈3和调压线圈4，自铁芯1开始从内到外依次布置阀侧线圈2、网侧线圈3和调压线圈4，组成柔性直流变压器线圈整体结构。

如图3所示，是本发明实施例的调压线圈结构示意图。所述的调压线圈4包括：出头固定撑条5、自粘性换位导线6、上端部螺旋闭口静电环7、下端部螺旋闭口静电环8和油道垫块9。自粘性换位导线6采用轴向八根导线并绕形成单螺旋式线匝结构，无辐向并绕导线，保证每根导线长度一样，有效减小环流损耗，采用自粘性换位导线增强线圈抗短路能力。单螺旋式线匝结构的上下端部有螺旋高度，单螺旋式线匝结构的上端部和下端部分别设置上端部螺旋闭口静电环7和下端部螺旋闭口静电环8，上端部螺旋闭口静电环7和下端部螺旋闭口静电环8的一端的形状与单螺旋式线匝结构端面螺旋高度相匹配，上端部螺旋闭口静电环7和下端部螺旋闭口静电环8结构相同，装配方向相反；螺旋闭口静电环包括：静电环骨架、铜编织带和铜绞线，铜编织带和铜绞线在静电环骨架外径侧进行低银钎焊，焊接后铜绞线通过静电环骨架开孔环绕后引至静电环骨架外表面，这样有利于铜绞线的过渡，可防止焊接处被拉断，静电环骨架一侧的缺口与单螺旋式线匝结构的导线螺旋高度相匹配消除了三角区域，采用螺旋闭口静电环将单螺旋式线匝结构端部衬平，大大减少了因电场分布不均发生放电的可能性，采用闭口结构可有效避免静电环出头开口处的电场屏蔽问题，增强其防变形能力。自粘性换位导线6之间加装油道垫块9，用于调整线圈高度并且形成油道，有利于安匝平衡和散热；自粘性换位导线6的出头处设置出头固定撑条5，并且用PET带沿线圈圆周方向进行绑扎固定，提高线圈抗短路能力和强度。自粘性换位导线6其中的一条与铜绞线连接，调压线圈4出线后按照图纸标号与引线与网侧线圈3进行连接，最后与开关进行连接，如图4所示，是本发明实施例的调压线圈接线原理示意图，以上接线方式均为现有技术，在此不再赘述。

如图5所示，是本发明实施例的螺旋闭口静电环的外形示意图；如图6所示，是本发明实施例的图5的D向视图。一种螺旋闭口静电环，包括：静电环骨架10、铜编织带11、铜绞线12和绝缘层13。所述的静电环骨架10为与单螺旋式线匝结构外径相配合的圆环状闭口结构，静电环骨架10的一端的形状与单螺旋式线匝结构端面螺旋高度相匹配，静电环骨架10的外侧依次缠绕包裹铜编织带11和绝缘层13，静电环骨架10材质为层压纸板，绝缘层13材质为耐热皱纹纸。静电环骨架10决定了静电环的外形，使静电环能够承受压装力；静电环骨架10采用上端面水平、下端面与单螺旋式线匝结构上表面螺旋高度匹配的型式，避免了由于静电环下表面和单螺旋式线匝结构上表面因距离不等而产生尖角，并且有效改善了线圈端部电场的分布。静电环骨架10的径向截面为矩形，矩形角部都设置为圆角，铜编织带11半叠包均匀缠绕在静电环骨架10上，绝缘层13半叠包缠绕在铜编织带11外部。

如图7所示，是本发明实施例的图5的A-A向截面图；如图8所示，是本发明实施例的图6的B-B向视图。铜绞线12挝弯内嵌在对应调压线圈出头位置处的静电环骨架10中，铜绞线12的一端与铜编织带11焊接，铜绞线12的另一端穿过铜编织带11和绝缘层13引出，与单螺旋式线匝结构端部第一匝线饼相连接。铜绞线12是截面为4mm²的裸铜导线，铜绞线12外表面包扎绝缘纸，铜绞线12出静电环骨架10之后作为静电环出头与单螺旋式线匝结构出头相连，且铜绞线12出静电环骨架10后的外表面同样包裹绝缘纸。铜编织带11与铜绞线12低银钎焊，焊接完成后，铜绞线12外表面包扎绝缘纸，挝弯处圆滑过渡，避免了铜绞线12被拉断的问题，挝弯三角区域用绝缘材料填充，位于静电环骨架10的内部和外部的铜绞线12的外表面均包扎绝缘纸，并且需要绝缘包扎紧实。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种柔性直流变压器线圈的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用自粘性换位导线绕制单螺旋式线匝结构；

设计一种螺旋闭口静电环结构，将螺旋闭口静电环结构相对安装于单螺旋式线匝结构的上下两个端部，螺旋闭口静电环一端的形状与单螺旋式线匝结构端部的导线螺旋高度相匹配；

在单螺旋式线匝结构的导线之间加装油道垫块，组成调压线圈；

自铁芯开始从内到外依次布置阀侧线圈、网侧线圈和调压线圈，组成柔性直流变压器线圈整体结构。

2.根据权利要求1所述的一种柔性直流变压器线圈的设计方法，其特征在于，在导线的出头处设置出头固定撑条，并且用PET带沿调压线圈圆周方向进行绑扎固定。

3.一种柔性直流变压器线圈结构，其特征在于，应用如权利要求2所述的一种柔性直流变压器线圈的设计方法，包括：阀侧线圈(2)、网侧线圈(3)和调压线圈(4)，自铁芯(1)开始从内到外依次布置阀侧线圈(2)、网侧线圈(3)和调压线圈(4)；所述的调压线圈(4)包括：出头固定撑条(5)、自粘性换位导线(6)、上端部螺旋闭口静电环(7)、下端部螺旋闭口静电环(8)和油道垫块(9)，自粘性换位导线(6)采用轴向八根导线并绕形成单螺旋式线匝结构，单螺旋式线匝结构的上端部和下端部分别设置上端部螺旋闭口静电环(7)和下端部螺旋闭口静电环(8)，上端部螺旋闭口静电环(7)和下端部螺旋闭口静电环(8)的一端的形状与单螺旋式线匝结构端面螺旋高度相匹配，上端部螺旋闭口静电环(7)和下端部螺旋闭口静电环(8)结构相同，装配方向相反，自粘性换位导线(6)之间加装油道垫块(9)，自粘性换位导线(6)的出头处设置出头固定撑条(5)，并且用PET带沿线圈圆周方向进行绑扎固定；

螺旋闭口静电环包括静电环骨架(10)、铜编织带(11)、铜绞线(12)和绝缘层(13)；所述的静电环骨架(10)为与单螺旋式线匝结构外径相配合的圆环状闭口结构，静电环骨架(10)的一端的形状与单螺旋式线匝结构端面螺旋高度相匹配，静电环骨架(10)的外侧依次缠绕包裹铜编织带(11)和绝缘层(13)，铜绞线(12)挝弯内嵌在对应单螺旋式线匝结构出头位置处的静电环骨架(10)中，铜绞线(12)外表面包扎绝缘纸，铜绞线(12)的一端与铜编织带(11)焊接，铜绞线(12)的另一端穿过铜编织带(11)和绝缘层(13)引出，与单螺旋式线匝结构端部第一匝线饼相连接。

4.根据权利要求3所述的一种柔性直流变压器线圈结构，其特征在于，所述的静电环骨架(10)材质为层压纸板，绝缘层(13)材质为耐热皱纹纸。

5.根据权利要求3所述的一种柔性直流变压器线圈结构，其特征在于，所述的静电环骨架(10)的径向截面为矩形，矩形角部设置为圆角。

6.根据权利要求3所述的一种柔性直流变压器线圈结构，其特征在于，所述的铜编织带(11)半叠包均匀缠绕在静电环骨架(10)上，绝缘层(13)半叠包缠绕在铜编织带(11)外部。

7.根据权利要求3所述的一种柔性直流变压器线圈结构，其特征在于，所述的铜绞线(12)是截面为4mm²的裸铜导线，位于静电环骨架(10)的内部和外部的铜绞线(12)的外表面均包扎绝缘纸。

8.根据权利要求3所述的一种柔性直流变压器线圈结构，其特征在于，铜编织带(11)与铜绞线(12)低银钎焊。

9.根据权利要求8所述的一种柔性直流变压器线圈结构，其特征在于，铜绞线(12)的挝弯处圆滑过渡，挝弯三角区域用绝缘材料填充。

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