CN115331954B - 变压器箔式线圈绕制出线方法、绕组及节能环保变压器 - Google Patents
变压器箔式线圈绕制出线方法、绕组及节能环保变压器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出一种变压器箔式线圈绕制出线方法、绕组及节能环保变压器,涉及变压器制造的技术领域,箔式线圈采用导电箔板,软硬适中,可自由翻折引线,且易控制与夹件等金属件的电气安全距离,简便易操作,翻折形成的层叠导电箔条分别作为起绕引出排和绕制结束引出排,提高了制造工人的工作效率,降低工时成本,内侧的起绕引出排和外侧的绕制结束引出排为一个整体,中间无需额外导电排连接部分,引线路径小,节省材料成本的同时,降低变压器的引线损耗,也可降低引线的振动,从而大幅度的降低变压器运行时采用传统导电排的振动噪音,无需焊接工艺,避免了焊接“毛刺”现象,保证变压器质量,避免了气体污染和噪声污染,绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及变压器制造的技术领域,更具体地,涉及一种变压器箔式线圈绕制出线方法、绕组及节能环保变压器。
背景技术
变压器是输配电的基础设备,广泛应用于工业、农业、交通、城市社区等领域。变压器主要由高压线圈、低压线圈、铁芯及夹件等部分组成,变压器的线圈又称为绕组,是变压器中的电路部分。箔式线圈是变压器线圈的一种,具有便于绕制、机械强度好、不易变形,能承受短路力且电气强度好,冲击梯度电压分布均匀的优点,主要用于容量在6300kVA以下的中小型变压器,一般用作配电变压器的二次绕组。
现有的箔式线圈一般采用高导电率的铜箔或铝箔作为绕制导电箔板,绕制时的导电箔板间衬以绝缘纸,整个过程采用常用的箔式卷绕机绕制,操作简单,在绕制开始时,导电箔板的绕制“头”部焊接起绕引出线的导电排,从起绕引出线的导电排端看,箔板卷绕前进的方向即为绕制方向,在绕制结束时,导电箔板的绕制“尾”部焊接结束绕引出线的导电排。
一方面,此种箔式线圈与导电排焊接配合的方式,对工人焊接工艺水平要求高,工时长,人工成本也高,焊接作业区氩弧焊气体影响工人的身体健康,同时容易造成环境污染;而且焊接时焊接位置离绝缘纸层近,焊渣不易控制,焊渣掉落绝缘纸层上容易灼烧绝缘层,但工人肉眼却很难发现,容易造成变压器事故,一般需要进行防火配置;且在变压器运行时,低压箔式线圈中有较大的电流通过,线圈绕组上会产生较大的振动,且绕制的“头”与“尾”均焊接有引出线的导电排,导电排硬度较大,进一步传播增强了振动噪音,产生环境噪声污染,为减轻这种环境噪声污染,传统做法通常会在外引接入电网线路前,增设一段软连接,软连接与“头”、“尾”导电排之间需用螺栓固定连接,长期振动,存在连接部分接触不良的可能性,而且此种操作不方便且无疑增大了材料成本。另一方面,目前变压器制造过程中为节省导电排材料,不会直接使用标准的矩形导电排来进行起绕引出线与结束绕引出线的焊接,而是采用如图1所示的“斜切割”导电排(为传统标准矩形导电排的一半材料),即在传统标准导电排矩形面适当位置的一端横向水平切入一定距离h至横向止切点,然后自横向止切点沿导电排的矩形面向导电排的另一端斜切,斜切至矩形面的另一端部,使得矩形导电排另一端预留导电排料的横向距离也为h,横向距离h之外的部分为空,此时,一个标准的矩形导电排可产生两个如图1所示的导电排,每一个导电排在宽度方向上一边带斜度(在图1中用“M”标记表示),在这种导电排用于每一个低压绕组的箔式线圈绕制时,导电排首先在绕线模具上固定,但导电排仅非斜切的一边垂直无斜度的边靠在绕线模具的垂直挡条上,有斜度的另一边无法直接依靠挡条,因此,绕制时导电排容易滑动倾斜,影响线圈尺寸的准确度,线圈外径尺寸容易增大,会造成绕制线圈的铜箔质量增加以及损耗增大,材料成本高,也会造成低压线圈外径与高压线圈内径之间的绝缘距离减少,高低压线圈之间由于绝缘距离不够容易产生放电,造成变压器故障,影响变压器的运行寿命。
此外,变压器线圈绕制完成后,形成的绕组分为A、B、C三相绕组,三相绕组的结束绕引出线的导电排最后采用星形接线,因为不同的绕组距离中性点的距离不同,引出线的三相直流电阻存在不平衡,增大了变压器的能量损耗,而目前国家标准GB/T10228-2015《干式电力变压器技术参数和要求》和GB/T6451-2015《油浸式电力变压器技术参数和要求》规定的允许值,即绕组三相直流电阻不平衡率:相为不大于4%,线为不大于2%,三相直流电阻不平衡困扰行业多年。
综上所述,针对采用箔式线圈的变压器,提出一种新的简单易操作的箔式线圈绕制以及箔式线圈出线方法,提高工人工作效率,对制造出节能环保的高质量变压器十分有必要。
发明内容
为解决当前采用箔式线圈的变压器在制造时,一方面线圈绕制操作不方便,与传统导电排焊接配合除工艺要求高外,易造成气体污染和噪声污染的问题;另一方面,当前导电排的结构导致箔式线圈物质材料成本高和箔式线圈引出线容易造成三相直流电阻不平衡的电气缺陷问题。
本发明提出了一种变压器箔式线圈绕制出线方法、绕组及节能环保变压器,箔式线圈绕制方便易操作,工艺要求低,提高了制造工人的工作效率,节省材料成本,且避免了气体污染和噪声污染,绿色环保,还能精准平衡引出线的三相直流电阻,降低能耗,从根本上解决困扰行业多年的直流电阻三相不平衡率超国标的问题。
为了达到上述技术效果,本发明的技术方案如下:
本申请提出一种变压器箔式线圈绕制出线方法,所述方法包括以下步骤:
S1.自导电箔板的任意一端起,按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出若干片导电箔条;
S2.将一端已裁剪出的每一片导电箔条均沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕制器具所在侧翻折β度,翻折的导电箔条依次层叠;
S3.设置绕制器具的轴向中心线与裁剪终点所在的同一直线平行,未裁剪的导电箔板以层叠的导电箔条作为起绕引出排,沿绕制器具的圆周方向绕制,直至绕制至设定线圈匝数;
S4.将另一端按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出若干片导电箔条,已裁剪出的每一片导电箔条均沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕制器具外侧翻折β度,翻折的导电箔条依次层叠,以层叠的导电箔条作为绕制结束引出排。
针对变压器箔式线圈的绕制出线,在本技术方案中,箔式线圈本身以及其绕制出线均采用导电箔板单种结构,而不是传统导电铜排与箔式线圈的焊接配合,导电箔板在绕制时,箔软硬适中,可自由翻折引线,且易控制与夹件等金属件的电气安全距离,简便易操作,裁剪和翻折的操作配合即可,提高了制造工人的工作效率,降低了工时成本,翻折形成的层叠导电箔条分别作为起绕引出排和绕制结束引出排,内侧的起绕引出排和外侧的绕制结束引出排为一个整体,中间无需额外导电排连接部分,引线路径小,节省材料成本的同时,降低变压器的引线损耗,且内侧的起绕引出排和外侧的绕制结束引出排有一定的软度,可降低引线的振动,从而大幅度的降低变压器运行时采用传统导电排的振动噪音,无焊接工艺需求,避免了焊接“毛刺”现象,保证变压器质量,无明火操作,无需防火配置,避免了气体污染和噪声污染,绿色环保。
优选地,所述裁剪距离l 1大于导电箔板的宽度。导电箔板的宽度反映了导电箔板绕制于绕制器具后形成的箔式线圈的宽度,而箔式线圈本身还应预留内外引出线分别用于连接变压器的母排与外部电网,因此,采用裁剪和翻折的操作配合,则至少要保证裁剪距离大于导电箔板的宽度,确保由翻折的导电箔条依次层叠形成的起绕引出排和绕制结束引出排中作为引出线的部分,能有效地保证与变压器母排及外部电网的连接。
优选地,所述导电箔板采用铜箔或铝箔,翻折的度数β为45度,软硬度适中,便于裁剪和翻折,而45度的翻折度数,能保证翻折的导电箔条平整层叠在一起。
优选地,导电箔板的宽度根据绕制器具的规格以及变压器的规格需求选定,设选定的导电箔板的宽度为w 1,裁剪出导电箔条的片数为k,则每一片导电箔条的宽度e为w 1/k,裁剪出的每一片导电箔条的长度为l 1;层叠的导电箔条自内向外,第i片导电箔条翻折形成的起绕引出排或绕制结束引出排在导电箔板外的长度为:
h i =l 1-i*(w 1/k);
其中,h i 表示第i片导电箔条翻折形成的起绕引出排在导电箔板外的长度,i=1,2,3,…,k,层叠的导电箔条自内向外,随着i的增大,h i 逐渐减小;当i取k时,位于层叠最外侧的导电箔条在导电箔板外的长度为l 1-w 1。
优选地,根据所需引线长度,将导电箔条翻折层叠在导电箔板外的部分裁剪,得到由所有导电箔条的裁剪顶端平齐、片身层叠形成的起绕引出排或绕制结束引出排。
在此,每一片导电箔条翻折后,每一片导电箔条翻折在导弹箔板外的部分的长度不同,其中,本身位于层叠最内侧的导电箔条在导电箔板外的长度最大,在用于连接电气母排及并网的变压器线圈引线长度需求指导下,对层叠形成的、在导电箔板外的长度参差不齐的起绕引出排或绕制结束引出排进行横向裁剪,保证由导电箔条片身层叠形成的起绕引出排或绕制结束引出排的质量,保证受力均匀,以及变压器运行时,通过变压器线圈的电流密度的均衡性。
优选地,翻折的导电箔条依次层叠形成的起绕引出排或绕制结束引出排的直流电阻,由翻折的导电箔条的片数决定,设裁剪出的导电箔条的片数为k,导电箔板的宽度为w 1,导电箔板的厚度为h,则导电箔板的横截面积为w 1 h,每一片导电箔条的宽度为w 1/k,当翻折的导电箔条的片数为k时,翻折层叠的导电箔条总的横截面积表示为:(w 1/k)*k*h=w 1 h,翻折层叠的导电箔条总的横截面积和导电箔板的横截面积相同,即电流密度相同。
优选地,变压器箔式线圈绕制时,将导电箔板的某一端已裁剪出的导电箔条中若干片导电箔条沿裁剪终点所在的同一直线方向裁减掉,减小翻折并层叠的导电箔条的片数,使得翻折层叠导电箔条的总片数小于k,起绕引出排或绕制结束引出排的直流电阻增大;当翻折层叠的导电箔条的片数为k时,在层叠的导电箔条中依实际需要引入若干片与层叠的导电箔条宽度、厚度相同的导电箔条,起绕引出排或绕制结束引出排的直流电阻减小。
在此,根据平衡度需求,自由增加或减少导电箔条的片数,可以平衡变压器三相绕组对应的起绕引出排或绕制结束引出排的直流电阻,其中,针对于依实际需要需减小某一相绕组直流电阻的情况,在已翻折层叠k片导电箔条的前提下,可考虑充分利用导电箔板绕制过程中的箔条废料,引入若干片与层叠导电箔条宽度、厚度相同的导电箔条,减小起绕引出排或绕制结束引出排的直流电阻,解决困扰行业多年的配电变压器绕组三相直流电阻不平衡率容易超过国家标准规定的允许值问题的同时,节省原材料。
优选地,在步骤S3中,未裁剪的导电箔板以层叠的导电箔条作为起绕引出排,沿绕线器具的圆周方向绕制时,导电箔板的绕制匝间交替设置空心弹性气道管和实心钢性气道条,绕制结束后,将实心钢性气道条从导电箔板匝间拨除。
在此,采用空心弹性气道管作为气道条,因壁厚度较薄,弹性材料的传导效果较好,空心弹性气道管在线圈散热面上遮盖的部分热量可以通过气道管的壁传导至气道管的内表面与外表面,内表面和外表面均可通过空气对流进行散热,所以散热效果好,线圈的温升低,线圈的电阻及其损耗随之降低,且空心弹性气道管在变压器运行,线圈内部产生较大的机械振动时通过弹性的气道管进行减震,降低线圈的振动噪声。考虑气道条采用弹性材料,在箔式线圈绕制时,采用实心钢性气道条和空心钢性气道管交替设置的方式,以防止箔式线圈绕制变形。
优选地,步骤S3所述的未裁剪的导电箔板绕制至设定线圈匝数,由翻折层叠的导电箔条形成的起绕引出排在导电箔板外的一端,连接变压器电气母排;由翻折层叠的导电箔条形成的绕制结束引出排在导电箔板外的一端用于并网连接,且直接弯折为软连接结构,形成一体式软连接。
在此,以导电箔条层叠形成的引出排软硬度适中,可自由弯折,在用于并网连接时,不需要专门配置软连接结构,节省材料能耗,而且避免了螺栓连接在振动下的松动,一体式实现,可靠性高,适用于大容量变压器或对变压器噪音、损耗要求极低的城市户内使用场合。
优选地,利用等宽导电排替换所述的起绕引出排,当等宽导电排替换起绕引出排时,起绕引出排所在的导电箔板的一端不裁剪,等宽导电排冷压连接导电箔板形成起绕线,导电箔板的另一端按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出若干片导电箔条,已裁剪出的每一片导电箔条均沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕线器具外侧翻折45°,翻折的导电箔条依次层叠,以层叠的导电箔条作为绕制结束引出排。
优选地,所述等宽导电排包括出线延伸段及嵌入排本体,嵌入排本体与出线延伸段一体成型,嵌入排本体的底面为矩形状,嵌入排本体的厚度自嵌入排本体与出线延伸段的连接处开始,向嵌入排本体的另一端依次降低,嵌入排本体的宽度不变,嵌入排本体嵌入绕制器具的垂直挡条内。
在此,对于变压器箔式线圈裁剪和翻折操作配合形成的层叠导电箔条分别作为的起绕引出排和绕制结束引出排的情况,提出利用改进的等宽导电排来替换内侧的起绕引出排,便于工作人员根据噪音及损耗需求选用不同的内、外引出线配合,在替换内侧的起绕引出排时,一定程度上既简便易操作,提高了制造工人的工作效率,降低工时成本,无焊接工艺需求,避免了焊接“毛刺”现象,保证变压器质量,无明火操作,无需防火配置,避免了气体污染和噪声污染,绿色环保,适合于变压器噪音和损耗要求较低的城市户内使用。
本申请还提出一种变压器绕组,所述绕组由导电箔板绕制形成,所述绕组的起绕引出排由导电箔板的一端按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出的若干片导电箔条沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕制器具所在侧翻折45°后层叠形成,所述绕组的绕制结束引出排由导电箔板的另一端按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出的若干片导电箔条沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕制器具外侧翻折45°后层叠形成。
本申请还提出一种节能环保变压器,所述变压器的绕组采用导电箔板绕制形成的箔式线圈,导电箔板绕制时利用所述的变压器箔式线圈绕制出线方法绕制出线。
优选地,所述变压器以导电箔板一端裁剪后翻折层叠的导电箔条作为起绕引出排,起绕引出排连接变压器电气母排;以导电箔板另一端裁剪翻折层叠的导电箔条作为绕制结束引出排,并将绕制结束引出排用于并网连接的一端直接弯折为软连接结构,形成一体式软连接。
在此,针对变压器箔式线圈的绕制出线,箔式线圈本身以及其绕制出线均采用导电箔板单种结构,箔软硬适中,可自由翻折引线,且易控制与夹件等金属件的电气安全距离,简便易操作,裁剪和翻折的操作配合即可,提高了制造工人的工作效率,降低工时成本,翻折形成的层叠导电箔条分别作为起绕引出排和绕制结束引出排,内侧的起绕引出排和外侧的绕制结束引出排为一个整体,中间无需额外导电排连接部分,引线路径小,节省材料成本的同时,降低变压器的引线损耗,且内侧的起绕引出排和外侧的绕制结束引出排有一定的软度,可降低引线的振动,从而大幅度的降低变压器运行时采用传统导电排的振动噪音,无焊接工艺需求,避免了焊接“毛刺”现象,保证变压器质量,无明火操作,无需防火配置,避免了气体污染和噪声污染,绿色环保。
优选地,所述变压器采用等宽导电排替换起绕引出排,当等宽导电排替换起绕引出排时,起绕引出排所在的导电箔板的一端不裁剪,等宽导电排冷压连接导电箔板形成起绕线,导电箔板的另一端按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出若干片导电箔条,已裁剪出的每一片导电箔条均沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕线模具外侧翻折45°,翻折的导电箔条依次层叠,以层叠的导电箔条作为绕制结束引出排;
所述等宽导电排包括出线延伸段及嵌入排本体,嵌入排本体与出线延伸段一体成型,嵌入排本体的底面为矩形状,嵌入排本体的厚度自嵌入排本体与出线延伸段的连接处开始,向嵌入排本体的另一端依次降低,嵌入排本体的宽度不变,嵌入排本体嵌入绕制器具的垂直挡条内。
在此,导电排的嵌入排本体在宽度方向上的两边都是直边,在低压箔式线圈绕线时,嵌入排本体在宽度方向上的两个直边均嵌入绕制器具的垂直挡条内,绕制时导电排不会发生倾斜,容易控制线圈外径尺寸,不会增加箔的重量及电阻损耗,且高低压线圈之间不会产生放电,提高了变压器运行时的可靠性。
优选地,所述变压器以等宽导电排的嵌入排本体嵌入绕制器具的垂直挡条内,等宽导电排冷压连接箔式线圈,该等宽导电排作为起绕引出排,出线延伸段连接变压器电气母排;
以导电箔板另一端裁剪翻折层叠的导电箔条作为绕制结束引出排,并将绕制结束引出排在导电箔板外的一端用于并网连接,且直接弯折为软连接结构,形成一体式软连接。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
本发明提出了一种变压器箔式线圈绕制出线方法、绕组及节能环保变压器,箔式线圈本身以及其绕制出线均采用导电箔板单种结构,箔软硬适中,可自由翻折引线,且易控制与夹件等金属件的电气安全距离,简便易操作,裁剪和翻折的操作配合即可,翻折形成的层叠导电箔条分别作为起绕引出排和绕制结束引出排,提高了制造工人的工作效率,降低工时成本,内侧的起绕引出排和外侧的绕制结束引出排为一个整体,中间无需额外导电排连接部分,引线路径小,节省材料成本的同时,降低变压器的引线损耗,且内侧的起绕引出排和外侧的绕制结束引出排有一定的软度,可降低引线的振动,从而大幅度的降低变压器运行时采用传统导电排的振动噪音,无焊接工艺需求,避免了焊接“毛刺”现象,保证变压器质量,无明火操作,无需防火配置,避免了气体污染和噪声污染,绿色环保。
附图说明
图1表示本发明背景技术中提出的传统导电排的形成示意图;
图2表示本发明实施例1中提出的变压器箔式线圈绕制出线方法的流程示意图;
图3表示本发明实施例1中提出的绕制器具的主视图;
图4表示本发明实施例1中提出的绕制器具的俯视图;
图5表示本发明实施例1中提出的导电箔板一端裁剪的示意图;
图6表示本发明实施例1中提出的导电箔板裁剪后形成的导电箔条翻折层叠的示意图;
图7表示本发明实施例1中提出的导电箔条翻折后裁剪顶端平齐、片身层叠形成引出排的过程示意图;
图8表示本发明实施例2中提出的线圈匝间交替设置空心弹性气道管和实心钢性气道条的俯视图;
图9表示本发明实施例3中提出的作为绕制结束引出排的层叠导电箔条直接弯折为软连接结构应用于变压器的侧视图;
图10表示本发明实施例4中提出的变压器绕组的展开结构示意图;
图11表示本发明实施例4中提出的变压器绕组的结构示意图;
图12表示本发明实施例5中提出的等宽导电排的结构示意图;
图13表示本发明实施例6中提出的以等宽导电排替换绕制结束引出排应用于变压器的侧视图;
其中,1-空心弹性气道管;2-实心钢性气道条;101-第一起绕引出排;102-第一绕制结束引出排;201-第二起绕引出排;202-第二绕制结束引出排;3-出线延伸段;4-嵌入排本体;103-第三起绕引出排; 104-第三绕制结束引出排;M-传统导电排度;N-变压器本体;Q-软连接结构。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好地说明本实施例,附图某些部位会有省略、放大或缩小,并不代表实际尺寸;
对于本领域技术人员来说,附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明;
附图中描述位置关系的仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制。
实施例1
如图2所示,本实施例提出了一种变压器箔式线圈绕制出线方法,针对变压器箔式线圈的绕制出线,在本实施例提出的方法中,箔式线圈本身以及其绕制出线均基于导电箔板一种材料,而不是采用传统硬导电铜排与箔式线圈的焊接配合的方式。
在具体实施时,首先获取绕制器具,一般绕制器具以浇筑铝模结构为主,大体类似圆柱形,机械强度高,绕制器具的主视图以及俯视图可参见图3及图4,在准备绕制箔式线圈时,根据绕制器具以及变压器的规格需求选定导电箔板的宽度,然后执行图2所示的以下步骤:
S1.自导电箔板的任意一端起,按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出若干片导电箔条;
S2.将一端已裁剪出的每一片导电箔条均沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕制器具所在侧翻折β度,翻折的导电箔条依次层叠;
S3.设置绕制器具的轴向中心线与裁剪终点所在的同一直线平行,未裁剪的导电箔板以层叠的导电箔条作为起绕引出排,沿绕制器具的圆周方向绕制,直至绕制至设定线圈匝数;
S4.将另一端按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出若干片导电箔条,已裁剪出的每一片导电箔条均沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕制器具外侧翻折β度,翻折的导电箔条依次层叠,以层叠的导电箔条作为绕制结束引出排。
在以上步骤中,对于导电箔板两端的裁剪,在实际实施时,依次水平且等裁剪宽度地裁剪出若干片导电箔条。
在本实施例中,裁剪距离l 1大于导电箔板的宽度,导电箔板采用软硬度适中的铜箔或铝箔,便于裁剪和翻折,翻折的度数β为45度,45度时最佳,能保证翻折的导电箔条平整层叠在一起,但也允许有一些翻折工艺角度误差,不影响整体的应用美观性即可。
其中,导电箔板的宽度反映了导电箔板绕制于绕制器具上后形成的箔式线圈的宽度,本实施例采用裁剪和翻折的操作配合,则至少要保证裁剪距离大于导电箔板的宽度,从而确保由翻折的导电箔条依次层叠形成的起绕引出排和绕制结束引出排作为出线,能有效地保证与变压器母排及外部电网的连接。因此,若选取的导电箔板的宽度一定,在裁剪时,每一端裁剪出的导电箔条的片数、裁剪工艺等可根据实际变压器规格需要确定,由于裁剪出的导电箔条作为起绕引出排与绕制结束引出排分别连接电气母排与外接并网,因此,可根据实际需要(如变压器容量、所需引出线的长度)对裁剪宽度、裁剪距离作出调整,图5为导电箔板一端裁剪的示意图,在图5中,横向的实线表示裁剪线,图5中的斜角虚线及弯向箭头表示裁剪出的导弹箔条的翻折角度及翻折方向,且为更直观示意,以图5中的第一片导电箔条以及最后一片导电箔条的翻折过程作为展示。
结合图5所示,设选定的导电箔板的宽度为w 1,裁剪出导电箔条的片数为k,则每一片导电箔条的宽度e为w 1/k,对于翻折的导电箔条,可用图6表示,以某一下侧的导电箔条为例,该导电箔条的长度等于裁剪距离,即为l 1,而层叠的导电箔条自内向外,第i片导电箔条翻折形成的起绕引出排或绕制结束引出排在导电箔板外的长度为:
h i =l 1-i*(w 1/k);
其中,h i 表示第i片导电箔条翻折形成的起绕引出排在导电箔板外的长度,i=1,2,3,…,k,层叠的导电箔条自内向外,随着i的增大,h i 逐渐减小,每一片导电箔条翻折后,每一片导电箔条翻折在导弹箔板外的部分的长度不同,其中,本身位于导电箔板最上侧的导电箔条在导电箔板外的长度最大,当i取k时,当i取k时,位于层叠最外侧的导电箔条在导电箔板外的长度为l 1-w 1。
在本实施例中,根据所需引线长度,将导电箔条翻折层叠在导电箔板外的部分裁剪,得到由所有导电箔条的裁剪顶端平齐、片身层叠形成的起绕引出排或绕制结束引出排,以某一片导电箔条为例,在所需引线长度确定的情况下,正常导电箔条翻折形成的层叠在导电箔板外的长度会以所需引线长度为依据裁剪,因此在实际实施中,最下侧的导电箔条翻折形成的起绕引出排或绕制结束引出排在导电箔板外的长度为l 1-w 1,其会根据实际需要满足所需引线长度。
以最下侧的导电箔条翻折形成的起绕引出排或绕制结束引出排在导电箔板外的长度l 1-w 1为基准,将其余导电箔条的起绕引出排或绕制结束引出排在导电箔板外的长度大于l 1-w 1的导电箔条部分裁剪,最终得到由所有导电箔条的裁剪顶端平齐、片身层叠形成的起绕引出排或绕制结束引出排,具体过程示意参见图7,最终得到的是如图7所示的裁剪顶端平齐、片身层叠形成的起绕引出排或绕制结束引出排,对层叠形成的、在导电箔板外的长度参差不齐的起绕引出排或绕制结束引出排进行横向裁剪的操作,保证了由导电箔条片身层叠形成的起绕引出排或绕制结束引出排的质量,保证受力均匀,以及变压器运行时,通过变压器线圈的电流密度的均衡性。
在本实施例中,在变压器运行时,线圈上的电流流过层叠的导电箔条引出排(起绕引出排或绕制结束引出排),引出排本身为导电箔板的一部分,层叠的导弹箔条片数越多,引出排的电阻越小,在传统情况下,变压器线圈出线连接电气母排的长度不同,在出线端采用“星形”接线方式的情况下,变压器三相绕组出线的三相直流电阻不平衡,而通过本实施例采用导电箔条翻折层叠的方式,翻折的导电箔条依次层叠形成的起绕引出排或绕制结束引出排的直流电阻,由翻折的导电箔条的片数决定,设裁剪出的导电箔条的片数为k,导电箔板的宽度为w 1,导电箔板的厚度为h,则导电箔板的横截面积为w 1 h,每一片导电箔条的宽度为w 1/k,当翻折的导电箔条的片数为k时,翻折层叠的导电箔条总的横截面积表示为:(w 1/k)*k*h=w 1 h,翻折层叠的导电箔条总的横截面积和导电箔板的横截面积相同,即电流密度相同。
变压器箔式线圈绕制时,将导电箔板的某一端已裁剪出的导电箔条中若干片导电箔条沿裁剪终点所在的同一直线方向裁减掉,减小翻折并层叠的导电箔条的片数,使得翻折层叠导电箔条的总片数小于k,起绕引出排或绕制结束引出排的直流电阻增大;当翻折层叠的导电箔条的片数为k时,在层叠的导电箔条中依实际需要引入若干片与层叠的导电箔条宽度、厚度相同的导电箔条,起绕引出排或绕制结束引出排的直流电阻减小。
因此,在本实施例中,根据平衡度需求,自由增加或减少导电箔条的条数,可以平衡变压器三相绕组对应的起绕引出排或绕制结束引出排的直流电阻,为了保证变压器三相电阻不平衡率不超过国家标准的允许值,在保证线圈温升的前提下,A、B、C三相线圈绕组中的每相线圈可以通过减少或增加导电箔条的数量来增加或减少引线的电阻值,当导电箔条的片数>k时,层叠导电箔条的电阻减少,当导电箔条的片数<k时,层叠导电箔条的电阻增加,解决困扰行业多年的配电变压器绕组三相直流电阻不平衡的问题,又能节省原材料。
综上,本实施例解决了当前采用箔式线圈的变压器在制造时,一方面线圈绕制操作不方便,与传统导电排焊接配合除工艺要求高外,焊接处容易虚焊,造成绕组电阻增加,且易造成气体污染和噪声污染的问题;另一方面,还解决了当前导电排的结构导致箔式线圈物质材料成本高和箔式线圈引出线容易造成三相直流电阻不平衡率易超标的电气缺陷问题。
实施例2
传统情况下,导电箔板在沿绕线模具的圆周方向绕制时,会在导电箔板绕制的匝数间采用实心钢性气道条,由于气道条为实心,硬度为钢性,则传导效果差,气道条在线圈的散热面上的遮盖部分无法起到散热作用,线圈内部气道的散热面积小,线圈内部气道散热效果差,线圈的温升较高。而线圈的温升越高,线圈的电阻越大,因此,线圈的电阻损耗也会增加,同时,在变压器运行时,大电流通过线圈,线圈内部会形成较大的机械振动力,由于气道条硬度为钢性,不具备减震作用,线圈本身也会产生较大的振动噪声。
针对以上情况,在本实施例中,未裁剪的导电箔板以层叠的所有导电箔条作为起绕引出排,沿绕线模具的圆周方向绕制时,如图8所示,在导电箔板的绕制匝间交替设置空心弹性气道管1和实心钢性气道条2,空心弹性气道管1采用弹性材料,如塑料或橡胶,在箔式线圈绕制时,采用实心钢性气道条2和空心弹性气道管1交替设置的方式,以防止箔式线圈绕制变形。绕制结束后,将实心钢性气道条2从导电箔板匝间拨除。
在本实施例中,采用空心弹性气道管1作为气道条,因壁厚度较薄,弹性材料的传导效果较好,空心弹性气道管1在线圈散热面上遮盖的部分热量可以通过气道管的壁传导至气道管的内表面与外表面,内表面和外表面均可通过空气对流进行散热,所以散热效果好,线圈的温升低,线圈的电阻及其损耗随之降低。且空心弹性气道管在变压器运行,线圈内部产生较大的机械振动时,通过弹性的气道管进行减震,降低线圈的振动噪声。
实施例3
未裁剪的导电箔板绕制至设定线圈匝数,由翻折层叠的导电箔条形成的起绕引出排在导电箔板外的一端,连接变压器电气母排,该起绕引出排作为第一起绕引出排,用标记101表示;由翻折层叠的导电箔条形成的绕制结束引出排在导电箔板外的一端用于并网连接,且直接弯折为软连接结构,形成一体式软连接,该绕制结束引出排作为第一绕制结束引出排,用标记102表示。
图9表示层叠导电箔条直接弯折为软连接结构应用于变压器的侧视图,N表示变压器本体,该应用即是将箔式线圈的绕制出线与线圈本体作为一种整体结构,中间无连接部分,引线路径小,节省了材料成本,降低了变压器的损耗,图9中软连接结构用标记Q表示,箔软硬适中,可自由弯折,作为软连接结构时,可以降低引线的振动,大幅度降低变压器的振动噪声,外部电网母线槽中的母线排可以直接连接在软连接结构上,即软连接结构与绕制结束引出排一体式实现,可靠性高,避免了专门配置的软连接,适用于大容量变压器或对变压器噪音、损耗要求极低的城市户内使用场合。
实施例4
本实施例提出了一种变压器绕组,该绕组的结构展开图参见图10,该绕组由导电箔板绕制形成,在绕制时,内部有一个绕制器具,绕制器具的主视图和俯视图分别如图3和图4所示,绕制器具在图10中未画出,最终形成的变压器绕组的结构示意图参见图11,本实施例提出的绕组的起绕引出排由导电箔板的一端按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出的若干片导电箔条沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕制器具所在侧翻折45°后层叠形成,该起绕引出排作为第二起绕引出排,用标记201表示,绕组的绕制结束引出排由导电箔板的另一端按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出的若干片导电箔条沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕制器具外侧翻折45°后层叠形成,该绕制结束引出排作为第二绕制结束引出排,用标记202表示。
实施例5
本实施例提出了一种节能环保变压器,对于变压器本身,包括铁芯、三相绕组以及其它组件,此处不再赘述,本实施例提出的变压器的绕组采用导电箔板绕制形成的箔式线圈,导电箔板绕制时利用前述的变压器箔式线圈绕制出线方法绕制出线。
在具体实施时,变压器以导电箔板一端裁剪后翻折层叠的导电箔条作为起绕引出排,起绕引出排连接变压器电气母排;以导电箔板另一端裁剪翻折层叠的导电箔条作为绕制结束引出排,并将绕制结束引出排用于并网连接的一端直接弯折为软连接结构,形成一体式软连接,这种变压器应用的结构可参见图9。在变压器箔式线圈的绕制出线中,箔式线圈本身以及其绕制出线均采用导电箔板单种结构,箔软硬适中,可自由翻折引线,且易控制与夹件等金属件的电气安全距离,简便易操作,裁剪和翻折的操作配合即可,提高了制造工人的工作效率,降低工时成本。
翻折形成的层叠导电箔条分别作为起绕引出排和绕制结束引出排,内侧的起绕引出排和外侧的绕制结束引出排为一个整体,中间无需额外导电排连接部分,引线路径小,节省材料成本的同时,降低变压器的引线损耗,且内侧的起绕引出排和外侧的绕制结束引出排有一定的软度,可降低引线的振动,从而大幅度的降低变压器运行时采用传统导电排的振动噪音,无焊接工艺需求,避免了焊接“毛刺”现象,保证变压器质量,无明火操作,无需防火配置,避免了气体污染和噪声污染,绿色环保。
传统情况下,对于如图3及图4所示的绕制器具,一般在绕制器具自上向下的方向上一般设有导电排嵌入条(可参见图4所示的右侧豁口),导电排嵌入条为绕线引出排及绕线结束引出排的嵌入部,本实施例提出的变压器采用如图12所示的等宽导电排替换传统起绕引出排,当等宽导电排替换起绕引出排时,起绕引出排所在的导电箔板的一端不裁剪,即此时箔式线圈采用传统的方式由该端直接绕制,而起绕时,利用本实施例提出的等宽导电排冷压连接该端的导电箔板形成起绕线,导电箔板的另一端按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出若干片导电箔条,已裁剪出的每一片导电箔条均沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕线模具外侧翻折45°,翻折的导电箔条依次层叠,以层叠的导电箔条作为绕制结束引出排。
如图12所示,本实施例提出的等宽导电排整体上跟传统导电排类似,也包括出线延伸段3及嵌入排本体4,嵌入排本体4与出线延伸段3一体成型,但本实施例提出的嵌入排本体4的底面为矩形状,与图1所示的传统为节省材料的导电排相比,嵌入排本体4的厚度自嵌入排本体4与出线延伸段3的连接处开始,向嵌入排本体4的另一端依次降低,嵌入排本体4的宽度不变,嵌入排本体4嵌入绕制器具的垂直挡条内,也就是说等宽导电排在宽度上同样是表征出来的矩形形状,但其在宽度方向上不切割且不存在斜边,而是沿着厚度方向,自嵌入排本体4与出线延伸段3的连接处开始,向嵌入排本体4的另一端依次降低,导电排的嵌入排本体4在宽度方向上的两边都是直边,在低压箔式线圈绕线时,嵌入排本体4在宽度方向上的两个直边均嵌入绕制器具的垂直挡条内,绕制时等宽导电排不会发生倾斜,在箔式线圈绕制时,容易控制线圈外径尺寸,不会增加箔的重量及电阻损耗,且高低压线圈之间不会产生放电,提高了变压器运行时的可靠性,避免传统导电排仅非斜切的一边垂直无斜度的边靠在绕线模具的垂直挡条上,有斜度的另一边无法直接依靠挡条绕制时导电排容易滑动倾斜,影响线圈尺寸的准确度,避免线圈外径尺寸容易增大,造成绕制线圈的铜箔质量增加以及损耗增大,材料成本高,也会造成低压线圈外径与高压线圈内径之间的绝缘距离减少,高低压线圈之间由于绝缘距离不够容易产生放电,造成变压器故障,影响变压器的运行寿命的问题。
实施例6
结合实施例5提出的等宽导电排,本实施例提出的节能环保变压器采用等宽导电排替换起绕引出排,当等宽导电排替换起绕引出排时,起绕引出排所在的导电箔板的一端不裁剪,等宽导电排冷压连接导电箔板形成起绕引出线,导电箔板的另一端按设置相同的裁剪距离l 1,等裁剪宽度e依次水平裁剪出若干片导电箔条,已裁剪出的每一片导电箔条均沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕线器具外侧翻折45°,翻折的导电箔条依次层叠,以层叠的导电箔条作为绕制结束引出排;
等宽导电排包括出线延伸段3及嵌入排本体4,嵌入排本体3与出线延伸段4一体成型,嵌入排本体4的底面为矩形状,嵌入排本体4的厚度自嵌入排本体4与出线延伸段3的连接处开始,向嵌入排本体4的另一端依次降低,嵌入排本体4的宽度不变,嵌入排本体4嵌入绕制器具的垂直挡条内。
等宽导电排的嵌入排本体4在宽度方向上的两边都是直边,在低压箔式线圈绕线时,嵌入排本体4在宽度方向上的两个直边均嵌入绕制器具的垂直挡条内,绕制时等宽导电排不会发生倾斜,在箔式线圈绕制时,容易控制线圈外径尺寸,不会增加箔的重量及电阻损耗,且高低压线圈之间不会产生放电,提高了变压器运行时的可靠性。
对于变压器箔式线圈裁剪和翻折操作配合形成的层叠导电箔条作为绕制结束引出排的情况,提出改进的等宽导电排来替换外侧的绕制结束引出排,应用图如图13所示,在替换外侧的绕制结束引出排,一定程度上既简便易操作,提高了制造工人的工作效率,降低工时成本,直接冷压连接,无焊接工艺需求,避免了焊接“毛刺”现象,保证变压器质量,无明火操作,无需防火配置,避免了气体污染和噪声污染,绿色环保,适合于变压器噪音和损耗要求较低的城市户内使用。
参见图13,该变压器以等宽导电排的嵌入排本体4嵌入导电排嵌入条(可参见图4所示的右侧豁口),该等宽导电排冷压连接箔式线圈,其作为起绕引出排103,出线延伸段3连接变压器电气母排;
以导电箔板另一端裁剪翻折层叠的导电箔条作为绕制结束引出排104,并将绕制结束引出排在导电箔板外的一端用于并网连接,且直接弯折为软连接结构,形成一体式软连接,使用于对变压器噪音和损耗要求较低的城市户内使用场合。
显然,本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种变压器箔式线圈绕制出线方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1.导电箔板的一端以等宽导电排作为起绕引出排,沿绕制器具的圆周方向绕制,直至绕制至设定线圈匝数;
S2.导电箔板的另一端按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出若干片导电箔条,设置绕制器具的轴向中心线与裁剪终点所在的同一直线平行,已裁剪出的每一片导电箔条均沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕制器具外侧翻折β度,翻折的导电箔条依次层叠,以层叠的导电箔条作为绕制结束引出排;
所述等宽导电排冷压连接导电箔板,包括出线延伸段(3)及嵌入排本体(4),嵌入排本体(4)与出线延伸段(3)一体成型,嵌入排本体(4)的底面为矩形状,嵌入排本体(4)的厚度自嵌入排本体(4)与出线延伸段(3)的连接处开始,向嵌入排本体(4)的另一端依次降低,嵌入排本体(4)的宽度不变,嵌入排本体(4)嵌入绕制器具的垂直挡条内;导电排的嵌入排本体(4)在宽度方向上的两边均是竖直边,在导电箔板绕制时,嵌入排本体(4)在宽度方向上的两个竖直边均嵌入绕制器具的垂直挡条内,绕制时起绕引出排不发生倾斜。
2.根据权利要求1所述的变压器箔式线圈绕制出线方法,其特征在于,所述裁剪距离l 1大于导电箔板的宽度。
3.根据权利要求2所述的变压器箔式线圈绕制出线方法,其特征在于,所述导电箔板采用铜箔或铝箔,翻折的度数β为45度。
4.根据权利要求2所述的变压器箔式线圈绕制出线方法,其特征在于,导电箔板的宽度根据绕制器具的规格以及变压器的规格需求选定,设选定的导电箔板的宽度为w 1,裁剪出导电箔条的片数为k,则每一片导电箔条的宽度e为w 1/k,裁剪出的每一片导电箔条的长度为l 1;层叠的导电箔条自内向外,第i片导电箔条翻折形成的绕制结束引出排在导电箔板外的长度为:
h i =l 1-i*(w 1/k);
其中,h i 表示第i片导电箔条翻折形成的绕制结束引出排在导电箔板外的长度,i=1,2,3,…,k,层叠的导电箔条自内向外,随着i的增大,h i 逐渐减小;当i取k时,位于层叠最外侧的导电箔条在导电箔板外的长度为l 1-w 1。
5.根据权利要求4所述的变压器箔式线圈绕制出线方法,其特征在于,根据所需引线长度,将导电箔条翻折层叠在导电箔板外的部分裁剪,得到由所有导电箔条的裁剪顶端平齐、片身层叠形成的绕制结束引出排。
6.根据权利要求1~5任意一项所述的变压器箔式线圈绕制出线方法,其特征在于,翻折的导电箔条依次层叠形成的绕制结束引出排的直流电阻,由翻折的导电箔条的片数决定,设裁剪出的导电箔条的片数为k,导电箔板的宽度为w 1,导电箔板的厚度为h,则导电箔板的横截面积为w 1 h,每一片导电箔条的宽度为w 1/k,当翻折的导电箔条的片数为k时,翻折层叠的导电箔条总的横截面积表示为:(w 1/k)*k*h=w 1 h,翻折层叠的导电箔条总的横截面积和导电箔板的横截面积相同,即电流密度相同。
7.根据权利要求6所述的变压器箔式线圈绕制出线方法,其特征在于,变压器箔式线圈绕制时,将导电箔板的另一端已裁剪出的导电箔条中若干片导电箔条沿裁剪终点所在的同一直线方向裁减掉,减小翻折并层叠的导电箔条的片数,使得翻折层叠导电箔条的总片数小于k,绕制结束引出排的直流电阻增大;当翻折层叠的导电箔条的片数为k时,在层叠的导电箔条中依实际需要引入若干片与层叠的导电箔条宽度、厚度相同的导电箔条,绕制结束引出排的直流电阻减小。
8.根据权利要求1所述的变压器箔式线圈绕制出线方法,其特征在于,在步骤S1中,以等宽导电排作为起绕引出排,导电箔板的一端沿绕线器具的圆周方向绕制时,导电箔板的绕制匝间交替设置空心弹性气道管(1)和实心钢性气道条(2),绕制结束后,将实心钢性气道条(2)从导电箔板匝间拨除。
9.根据权利要求1所述的变压器箔式线圈绕制出线方法,其特征在于,等宽导电排在导电箔板外的一端,连接变压器电气母排;由翻折层叠的导电箔条形成的绕制结束引出排在导电箔板外的一端用于并网连接,且直接弯折为软连接结构,形成一体式软连接。
10.一种变压器绕组,其特征在于,所述绕组由导电箔板绕制形成,所述绕组的起绕引出排为等宽导电排,所述绕组的绕制结束引出排由导电箔板的另一端按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出的若干片导电箔条沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕制器具外侧翻折45°后层叠形成;等宽导电排包括出线延伸段(3)及嵌入排本体(4),嵌入排本体(4)与出线延伸段(3)一体成型,嵌入排本体(4)的底面为矩形状,嵌入排本体(4)的厚度自嵌入排本体(4)与出线延伸段(3)的连接处开始,向嵌入排本体(4)的另一端依次降低,嵌入排本体(4)的宽度不变,嵌入排本体(4)嵌入绕制器具的垂直挡条内。
11.一种节能环保变压器,其特征在于,所述变压器的绕组采用导电箔板绕制形成的箔式线圈,导电箔板绕制时利用权利要求1~5、7~9任意一项所述的变压器箔式线圈绕制出线方法绕制出线。
12.根据权利要求11所述的节能环保变压器,其特征在于,所述变压器采用等宽导电排作为起绕引出排,起绕引出排所在的导电箔板的一端不裁剪,等宽导电排冷压连接导电箔板形成起绕线,导电箔板的另一端按设置的裁剪宽度e和裁剪距离l 1,裁剪出若干片导电箔条,已裁剪出的每一片导电箔条均沿裁剪终点所在的同一直线、面向绕线模具外侧翻折45°,翻折的导电箔条依次层叠,以层叠的导电箔条作为绕制结束引出排;
所述等宽导电排包括出线延伸段(3)及嵌入排本体(4),嵌入排本体(4)与出线延伸段(3)一体成型,嵌入排本体(4)的底面为矩形状,嵌入排本体(4)的厚度自嵌入排本体(4)与出线延伸段(3)的连接处开始,向嵌入排本体(4)的另一端依次降低,嵌入排本体(4)的宽度不变,嵌入排本体(4)嵌入绕制器具的垂直挡条内。
13.根据权利要求12所述的节能环保变压器,其特征在于,所述变压器以等宽导电排的嵌入排本体(4)嵌入绕制器具的垂直挡条内,等宽导电排冷压连接箔式线圈,该等宽导电排作为起绕引出排,等宽导电排的出线延伸段(3)连接变压器电气母排;
以导电箔板另一端裁剪翻折层叠的导电箔条作为绕制结束引出排,并将绕制结束引出排在导电箔板外的一端用于并网连接,且直接弯折为软连接结构,形成一体式软连接。
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