CN203277040U

CN203277040U - 具有层叠型铁芯的配电变压器

Info

Publication number: CN203277040U
Application number: CN2011900005378U
Authority: CN
Inventors: C·萨韦尔; W·E·波利
Original assignee: ABB T&D Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2021-04-14
Also published as: WO2011133391A3; US20130147588A1; US9576709B2; US20170221629A1; WO2011133391A2; CA2797071A1

Abstract

本实用新型公开了一种具有层叠型铁芯的配电变压器，其具有层叠型铁芯。该层叠型铁芯具有在一对磁轭之间延伸的一对外支柱。铁芯布置为多层。每层包括一对磁轭板和一对外支柱板。在最内层中，每个磁轭板的宽度小于每个外支柱板的宽度。在每层中，外支柱板的内点基本上与磁轭板相接触。内支柱和外支柱的横截面可以是矩形或十字形。

Description

具有层叠型铁芯的配电变压器

技术领域

本实用新型涉及变压器并且更具体地，涉及具有层叠型铁芯的变压器以及以减小浪费的方式制造具有层叠型铁芯的变压器的方法。

背景技术

层叠型变压器铁芯由薄的金属层压板(诸如晶粒取向的硅钢)组成。使用这种类型的材料是因为钢的晶粒可以在某些方向上培养以减少的磁场损失。将该板层叠在彼此的顶部以形成多个层。层叠型铁芯通常形状为矩形并且可以具有矩形横截面或十字形横截面。传统的层叠型式变压器铁芯的实例包括Winter的美国专利No.3157850、Maezima的美国专利No.4200854以及DeLaurentis等人的美国专利No.4136322。

传统的层叠型铁芯的制造典型地导致巨大数量的钢被切掉并丢弃。因此，期望提供一种用于降低被丢弃并且从而被浪费的钢数量的层叠型变压器铁芯和制造层叠型的变压器铁芯的方法。本实用新型是针对这样的变压器铁芯和方法。

实用新型内容

传统的层叠型铁芯的制造典型地导致巨大数量的钢被切掉并丢弃。因此，根据本实用新型，提供了一种层叠型的变压器铁芯，其降低被丢弃并且从而被浪费的钢数量。

根据本实用新型，提供了一种具有层叠型铁芯的变压器和一种制造该具有层叠型铁芯的变压器的方法。该变压器包括具有第一磁轭、第二磁轭和一对外支柱的铁磁芯。第一磁轭和第二磁轭中的每一个包括连续的磁轭板的层叠，该层叠型中的每个磁轭板具有整体结构。所述第一外支柱和所述第二外支柱中的每一个包括外支柱板的层叠。每个外支柱板具有整体结构和具有内纵向边缘、外纵向边缘、以及在该内纵向边缘和该外纵向边缘之间延伸的斜接边缘的梯形形状。该斜接边缘在内点处分别与该内纵向边缘相交。该铁芯布置成多层，每层包括一对磁轭板和一对外支柱板。在最内层，每个磁轭板的宽度小于每个外支柱板的宽度。在每层中，外支柱板的内点基本上与所述磁轭板相接触。将至少一个线圈绕组装配到所述外支柱之一。

附图说明

本实用新型的特征、方面和优点参照下文描述、所附权利要求和以下附图将变得被更好地理解：

图1示出具有根据本实用新型实现的铁芯的变压器的示意性的主视图；

图2示出了铁芯的主视图；

图3示出了变压器铁芯的第一外支柱和上磁轭之间的连接的特写视图；

图4示出了裁剪了外支柱的外端的铁芯的主视图；

图5示出了在变压器铁芯的下磁轭之上间隔开的内支柱的一部分的放大图；

图6示出了磁轭板的主视图；

图7示出了外支柱板的主视图；

图8示出了示出磁通传播路径的变压器铁芯的主视图；

图9示出了变压器铁芯的主视图，其中去除了板的最外层，并且示出了磁通传播路径；

图10示出了根据本实用新型的第二实施方式构造的变压器铁芯的主视图；

图11示出了根据本实用新型的第三实施方式构造的变压器铁芯的主视图；

图12示出了根据第三实施方式构造的变压器铁芯的外支柱的横截面；以及

图13示出了根据第三实施方式构造的变压器铁芯的磁轭的横截面。

具体实施方式

应当注意在下文具体描述中，相同部件无论是否在本实用新型的不同实施方式中示出它们都具有相同附图标记。也应当注意为了清楚而简洁地公开本实用新型，附图可能没有必要按比例并且可以用一些示意形式示出本实用新型的某些特征。

现在参照图1，示出了包含根据本实用新型实现的层叠型铁芯的三相变压器10的内部视图。变压器10包括装配到层叠型铁芯18的三个绕组组件12(每相一个)。铁芯18由铁磁金属组成并且形状通常为矩形。铁芯18包括在一对磁轭24之间延伸的一对外支柱22。内支柱26也在磁轭24之间延伸并且设置于外支柱22之间而且与外支柱22基本上均匀间隔。绕组组件12分别装配到外支柱22和内支柱26并且分别绕外支柱22和内支柱26布置。每个绕组组件12包括低电压绕组和高电压绕组，每个绕组组件形状为圆柱形。在每个绕组组件12中，可以共心地装配高电压绕组和低电压绕组，并且低电压绕组被布置在高电压绕组内并且从高电压绕组径向地向内布置，如图1所示。备选地，可以装配高电压绕组和低电压绕组使得轴向分开，而将低电压绕组装配在高电压绕组的上方或下方。

该变压器10可以是充油型变压器(即，通过油冷却)，或干式变压器(即，通过空气冷却)。然而，铁芯18的构造特别适合于在干式变压器中使用。变压器10可以是具有范围从约26.5kVA至约15,000kVA的kVA额定值的配电变压器。高电压绕组的电压可以在从约600V至约35kV的范围中，并且低电压绕组的电压可以在从约120V至约15kV的范围中。

每个外支柱22包括外支柱板50的层叠型。在每个外支柱22中，外支柱板50布置成组。在本实用新型的一个示例性实施方式中，该组各自包括七个外支柱板50。当然可以使用不同数目的组，例如四个一组，其是本文为了便于描述和说明而使用。每个外支柱板50由晶粒取向的硅钢组成并且具有范围从约7密耳(mil)至约14密耳的厚度，其中具体厚度基于变压器10的应用来选择。外支柱板50各自具有整体结构(即，是单片的或者不分割的)并且形状为梯形。在每个外支柱板50中，该板50的相对端以约45°的反向角度斜接，从而使得板50具有内(次要的)纵向边缘51和外(主要的)纵向边缘52。外支柱板50在内纵向边缘51和外纵向边缘52之间具有相同的宽度(W1)，从而使得每个外支柱22具有矩形横截面。然而，外支柱板50的长度各不相同。更具体地，每个外支柱板50的组内的长度是不同的。对于个外支柱板50的组，不同长度的模式是相同的。如将在下文更充分地描述地，每个组内的长度差异允许与磁轭板的多阶梯接头的形成。

每个磁轭24具有内侧和外侧。每个磁轭24包括磁轭板54的层叠，其被布置成与外支柱22的外支柱板50的数量相同的组。每个板54由晶粒取向的硅钢组成并且具有范围从约7密耳(mil)至约14密耳的厚度，其中具体厚度基于变压器10的应用来选择。磁轭板54各自具有整体结构(即，是单片的或者不分割的)并且形状为梯形。在每个磁轭板54中，该板54的相对端以约45°的反向角度斜接，从而使得该板54具有内(次要的)纵向边缘和外(主要的)纵向边缘。磁轭板54在它的内纵向边缘和外纵向边缘之间具有相同的宽度(W2)，从而使得每个磁轭24具有矩形横截面。然而，磁轭板54的长度各不相同。更具体地，每个磁轭板54组内的长度是不同的。对于每个磁轭板54的组，不同长度的模式是相同的。如将在下文更充分地描述，每个组内的长度差异允许与外支柱22的外支柱板50的多阶梯搭叠接头的形成。

在每个磁轭板54的内纵向边缘中形成V形切口60(在图6中示出)。如将在下文更充分地描述，在每个磁轭24中，切口60具有不同的深度，以便形成与内支柱26的内支柱板70的端的垂直搭叠接头。在每个磁轭24中，切口60在磁轭24中形成槽66。槽66从磁轭24的外纵向侧向内定位。槽66在磁轭24的层叠型方向中延伸。

内支柱26包括内支柱板70的层叠型，其被布置成与磁轭24的磁轭板54的数量相同的组。内支柱板70的上端布置在上磁轭24的槽66中，并且内支柱板70的下端布置在下磁轭24的槽66中。如将在下文进一步描述，内支柱板70形成与上磁轭24和下磁轭24的磁轭板54的垂直多阶梯搭叠接头。内支柱板70在其纵向边缘之间具有相同的宽度(W1)，从而使得内支柱26具有矩形横截面。如果通过垂直移位内支柱板70偏移接头，则内支柱板70可以都具有相同长度。备选地，如果通过相邻内支柱板70的不同长度来偏移接头，则内支柱板70可以具有多个不同长度。每个内支柱板70具有整体结构(即，是单片的或者不分割的)并且形状为梯形。每个内支柱板70的每个端是尖的，即，V形的，使之能配合到相应的磁轭板54的切口60中。每个内支柱板70由晶粒取向的硅钢组成并且具有范围从约7密耳(mil)至约14密耳的厚度，其中具体厚度基于变压器10的应用来选择。

如上所述，在铁芯18中，外支柱板50具有与内支柱板70相同的宽度(W1)。因此，外支柱22具有与内支柱26相同的宽度(W1)。磁轭板54具有宽度(W2)，其小于外支柱板50和内支柱板54的宽度(W1)的宽度，因此，磁轭24具有宽度(W2)，其小于外支柱22和内支柱26的宽度。W2可以小于W1从约1％至约50％，更具体是小于W1从约1％至约35％，进而更具体是小于W1从约1％至约15％。在本实用新型的一个实施方式中，W2是7英寸并且W1是8英寸。

现在参照图3，示出了第一外支柱22的上端和上磁轭24之间的连接74的一部分的放大图。更具体地，第一外支柱22的第一外支柱板50a、第二外支柱板50b、第三外支柱板50c和第四外支柱板50d 的端分别抵接或紧密靠近(即，形成接头)上磁轭24的第一磁轭板54a、第二磁轭板54b，第三磁轭板54c和第四磁轭板54d的端。依次地(在铁芯18的层叠型方向中)更向内地布置第一外支柱22的第一外支柱板50a到第四外支柱板50d与上磁轭24的第一磁轭板54a到第四磁轭板54d。第一外支柱板50a到第四外支柱板50d具有依次更长的长度，而第一磁轭板54a到第四磁轭板54d具有依次更短的长度。采用这种结构，第一磁轭板54a搭接第二磁轭板54b和第二外支柱板50b之间的接头，第二磁轭板54b搭接第三磁轭板54c和第三外支柱板50c之间的接头，并且第三磁轭板54c搭接第四磁轭板54d和第四外支柱板50d之间的接头。如图所示，第一外支柱22的外支柱板50a-d的外端点从上磁轭24向外(向上)定位。如图4(具有附图标记18′的铁芯)所示，这些外端点可以被去除以改善铁芯的外观。虽然未示出，但提供了四个板114、120的额外的组并且重复第一磁轭板54a到第四磁轭板54d和第一外支柱板50a到第四外支柱板50d的模式。在这种方式中，在上磁轭24的磁轭板54和第一外支柱22的外支柱板50之间形成多阶梯搭叠接头，同时上磁轭24的磁轭板54搭接第一外支柱22的外支柱板50。

可以用与连接74相同的方式构造第一和第二外支柱22与上磁轭24和下磁轭24之间的其他连接以具有多阶梯搭叠接头。然而，应该理解的是，所有的连接可以具有不同的结构类型。例如，取代具有四阶梯搭叠接头模式的连接(如图所示)，连接可以具有七个、八个或其他数目阶梯搭叠接头模式。

现在参照图5，示出了与下磁轭24间隔开的内支柱26的下端的一部分的放大图。当将内支柱26的下端布置在下部槽66中时，内支柱26的第一内支柱板70a、第二内支柱板750b、第三内支柱板70c和第四内支柱板70d的端分别抵接或靠近下磁轭24的第一磁轭板54a、第二磁轭板54b，第三磁轭板54c和第四磁轭板54d的下内边缘(即，与之形成接头)。第一内支柱板70a、第二内支柱板750b、第三内支柱板70c和第四内支柱板70d垂直偏移使得其下端依次更向上定位。为了容纳这些长度的差异，依次更浅地切割磁轭板54a-d的下内边缘。采用这种结构，第一板70a搭接第二内支柱板70b和第二板54b之间的接头，第二板70b搭接第三内支柱板70c和第三板54c之间的接头，并且第三板70c搭接第四内支柱板70d和第四板54d之间的接头。虽然未示出，但提供了磁轭板54和内支柱板70的额外的组并且重复第一板70a到第四板70d和第一磁轭板54a到第四磁轭板54d的模式。在这种方式中，在下磁轭24的磁轭板54和内支柱26的内支柱板70之间形成多阶梯搭叠接头。

如果内支柱板70是相同长度，则由于内支柱26的第一内支柱板70a到第四内支柱板70d的下端依次更向上定位，因此内支柱26的第一内支柱板70a到第四内支柱板70d的上端依次更向上定位。结果是，各组内的磁轭板54的上内边缘(并且，因此，上切口60)是依次更深，这是与下磁轭24相反的。采用这种结构，上磁轭24的磁轭板54和内支柱26的第一内支柱板70之间形成垂直阶梯搭叠接头，同时上磁轭24的磁轭板54搭接内支柱板70。如果内支柱板70不是相同长度，则内支柱板70和上磁轭24之间的接头的布置可以与内支柱板70和下磁轭24之间的接头的布置相同。

现在参照图6-7，分别示出了其中一个磁轭24的磁轭板54的其中之一和其中一个外支柱22的外支柱板50的其中之一。如上文所述，板50具有内侧纵向边缘51和外侧纵向边缘52。在板的每端，斜接边缘76在内侧纵向边缘51和外侧纵向边缘52之间延伸。斜接边缘76的内端在内点78分别与内纵向边缘51的端相交。斜接边缘76的外端在外点80分别与外纵向边缘52的端相交。铁芯18构造为使得在每个层叠层中，板50的内点78分别接触或紧密靠近磁轭24的对应的磁轭板54。例如，如图8所示，在最外、第一层叠层中，第一板50a的内点78分别接触或紧密靠近磁轭24的磁轭板54a的内点84。如图9所示，在第二层叠型层中，第二板50b的内点78分别接触或紧密靠近磁轭24的第二磁轭板54b的斜接边缘86，该斜接边缘86从磁轭板54b的内点84向外。在每个层叠型层中将外支柱板50的内点78接触或紧密靠近磁轭板54被认为是有助于最小化铁芯损耗。在这方面，如图8-9所示，在铁芯18中的磁通量传播路径(由箭头线90表示)从外支柱22到内支柱26循环。据认为通量传播路径更集中在铁芯18的最内部分，朝向外支柱22和磁轭24之间形成的内角，即，内点78位于的地方。磁通量的这种内集中允许磁轭24的宽度减小。磁轭24的宽度的减小以及外支柱板50的内点78接触/紧密靠近磁轭板54的的结果是外支柱板50的外点80都从磁轭板54间隔开(即，不是紧密靠近)。

现在参照图10，示出了根据本实用新型的第二实施方式实现的变压器100一部分。除了下文所述差异，变压器100具有与变压器10基本相同的结构。变压器100具有铁芯102，铁芯102具有由内支柱板110的两个层叠型106、108组成的内支柱104。此外，铁芯102具有由磁轭板114组成的磁轭112。除了磁轭板114可以具有减小的宽度外，磁轭板114具有与磁轭板54基本相同的结构。磁轭112以和上文描述的关于铁芯18相同的方式形成与外支柱22的接头。

在第一层叠106和第二层叠108的每个中，内支柱板110被布置成与磁轭板114的数量相同的组。第一层叠106和第二层叠108沿在内支柱104的长度方向中延伸的接缝120相互抵接。第一层叠106和第二层叠108的上端布置在上磁轭112的上槽中并且第一层叠106和第二层叠108的下端布置在下磁轭112的下槽中。内支柱板110形式与上磁轭112和下磁轭112的磁轭板114的垂直多阶梯搭叠接头。如果通过垂直移动内支柱板110来偏移接头，则内支柱板110可以都具有相同长度。备选地，如果通过相邻内支柱板110的不同长度来偏移接头，则内支柱板110可以具有多个不同长度。每个内支柱板110具有整体结构并且形状为梯形。在每个内支柱板中，内支柱板110的相对端以约45°的反向角度斜接，从而使得内支柱板具有主要侧边缘和次要侧边缘。内支柱板110的长度由主要侧边缘确定。每个内支柱板110由晶粒取向的硅钢组成并且具有范围从约7密耳(mil)至约14密耳的厚度，其中具体厚度基于变压器10的应用来选择。每个内支柱板110具有宽度(W3)，其是外支柱22的外支柱板50的宽度(W1)的一半。以这种方式中，内支柱104具有与外支柱22的宽度基本相同的宽度。

在本实用新型的一个实施方式中，磁轭112的磁轭板114可以具有与内支柱板110的宽度(W3)相同的宽度。以这种方式中，磁轭板114和内支柱板110可以由相同金属卷形成。

在上述实施方式中，支柱和磁轭具有矩形横截面。然而，应该理解，可以提供本实用新型的如下实施方式，在实施方式中提供至少具有十字形横截面的支柱。在图11中示出这样的实施方式。

现在参考图11，示出了具有铁芯122的变压器120的一部分。铁芯122包括磁轭126、内支柱128和外支柱130。取代具有矩形横截面，每个内支柱128和外支柱130具有近似于圆的十字形横截面(参见图12)。这些组件的十字形横截面增加铁芯122的强度并且给内支柱128和外支柱130提供了用于支撑线圈的更大的表面区域。通过提供具有不同宽度的组件组分板形成了铁芯的这些组件的十字形横截面。例如，每个外支柱可以具有不同宽度的截面134、136、138、140、142、144、146。如上面对于铁芯18所述，每个截面134-146包括一组或多组具有不同长度的板以形成阶梯搭叠接头。每个外支柱130的截面134-140分别具有不同的宽度。截面142-146分别具有与截面134-138相同的宽度。截面140具有最大宽度(由W4表示)并且也可以具有最大厚度或深度(在层叠方向中)。

每个磁轭126可以具有不同宽度的截面148、150、152、154、156、158、160。如图13所示，横截面148-160可以具有这样的宽度，使得每个磁轭126具有半十字形截面。这个半十字形横截面具有近似于半圆的基本平的外侧和不规则的内侧。如上面对于铁芯18的描述，每个截面148-160包括一组或多组具有不同长度的板以形成阶梯搭叠接头。每个磁轭126的截面148-154分别具有不同的宽度。截面156-160分别具有与截面148-152相同的宽度。截面154具有最大宽度(由W5表示)并且也可以具有最大厚度或深度(在层叠方向中)。

外支柱130的截面134-146分别对应于磁轭的截面148-160，例如，截面134的板形成与截面148的板的阶梯搭叠接头。在磁轭126和外支柱130的相应的截面中，取代两个或两个以上的外截面，磁轭126的板相比外支柱130的板具有更窄的宽度。例如，如图12-13所示，外支柱130的最内截面140具有宽度W4，其大于相应的磁轭126的最内截面154的宽度W5，而外支柱130的最外截面134、146具有与磁轭126的最外截面148、160相同的宽度(W6)。

虽然仅示出并且描述了三相变压器，但是本实用新型不限于三相变压器。也可以提供根据本实用新型构造的单相变压器。单相变压器除了下文描述的不同之外可以分别具有与变压器10和变压器120基本相同的构造。单向变压器的铁芯无内支柱(26或28，视情况而定)。此外，在每个单相变压器的铁芯中，磁轭板不具有V形切口并且在长度上更短，从而外支柱(22或130，视情况而定)更近地定位在一起。在每个单相变压器中，仅提供一个绕组组件12，并且该组件装配到外支柱(22或130，视情况而定)之一。

虽然本实用新型已相对于其特定实施方式示出和描述，这些实施方式是用于说明的目的而不是限制的，并且本文所描述的特定实施方式的其它变化和修改对那些本领域技术人员将是显而易见的，都在本实用新型的预期的精神和范围之内。因此，本实用新型不限制本文所描述的具体实施方式的范围和效力，也不会限制与到达通过本实用新型已经发展的本领域中的进步的程度不一致的任何其他方式。

Claims

1.一种具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其包括：

(a)铁磁芯，所述铁磁芯包括：

第一磁轭和第二磁轭，每个磁轭具有内纵向侧和外纵向侧，并且每个磁轭包括连续的磁轭板的层叠，每个所述磁轭板具有整体结构；以及

第一外支柱和第二外支柱，每个外支柱包括外支柱板的层叠，每个外支柱板具有整体结构和具有内纵向边缘、外纵向边缘、以及在所述内纵向边缘和所述外纵向边缘之间延伸的斜接边缘的梯形形状，所述斜接边缘在内点处分别与所述内纵向边缘相交；

其中所述铁磁芯布置成多层，每层包括一对磁轭板和一对外支柱板；

其中在最内层，每个磁轭板的宽度小于每个外支柱板的宽度；以及

其中在每层中，所述外支柱板的内点基本上与所述磁轭板相接触；以及

(b)装配到所述外支柱之一的至少一个线圈绕组。

2.根据权利要求1所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中在每个所述外支柱板中，所述斜接边缘在外点分别与所述外纵向边缘相交，所述外点从所述磁轭向外设置。

3.根据权利要求1所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中在所述最内层，每个磁轭板的宽度比每个外支柱板的宽度小从约1％到约15％。

4.根据权利要求1所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中每个所述外支柱具有十字形横截面。

5.根据权利要求4所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中所述第一磁轭和所述第二磁轭各具有半十字形横截面，所述半十字形横截面具有接近半圆的内侧和基本上平的外侧。

6.根据权利要求4所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中在最外层中在所述铁磁芯的相对侧，所述磁轭板与所述外支柱板具有相同的宽度。

7.根据权利要求1所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中所述外支柱和所述磁轭各具有矩形横截面。

8.根据权利要求7所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中在每层中，每个磁轭板具有小于每个外支柱板的宽度的宽度。

9.根据权利要求8所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中在每层中，每个磁轭板的宽度比每个外支柱板的宽度小从约1％到约15％。

10.根据权利要求1所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中所述变压器是三相位变压器并且每个磁轭板包括具有形成于其中的V形切口的内纵向边缘，所述磁轭板的V形切口在每个磁轭形成槽，所述槽在所述磁轭板的层叠方向中延伸并且从所述磁轭的所述外纵向侧向内定位；以及

其中所述铁磁芯还包括内支柱，所述内支柱具有分别设置在所述磁轭的所述槽中的端，所述内支柱包括内支柱板的层叠；

其中在所述铁磁芯的每层中，所述层包含所述内支柱板之一。

11.根据权利要求10所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中所述内支柱板的层叠是内支柱板的第一层叠，并且其中所述内支柱还包括与所述内支柱板的第一层叠抵接的内支柱板的第二层叠，并且其中所述铁磁芯的每层包括一对沿其内纵向边缘相互接合的内支柱板。

12.根据权利要求11所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中在每层中，每个所述内支柱板的宽度与每个所述磁轭板的宽度相同。

13.根据权利要求1所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中所述磁轭板形成与所述外支柱板的多阶梯搭叠接头。

14.根据权利要求1所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中所述磁轭板与所述外支柱板中的每一个由晶粒取向的硅钢组成。

15.根据权利要求1所述的具有层叠型铁芯的配电变压器，其特征在于，其中所述变压器是干式变压器。