带有干芯的中频变压器制造技术

提供一种变压器（1），所述变压器（1）包括具有带绝缘材料（13）的封闭容积（11）的箱体（10），箱体（10）包括贯穿箱体（10）的至少一个通道（25），其中至少一个通道（25）的内部与箱体（10）的封闭容积（11）由通道壁（17）分开。变压器芯（30）被提供在封闭容积（11）外，包括经由至少一个通道（25）贯穿箱体（10）的至少一个芯柱（32）。至少一个线圈（50、52）位于封闭容积（11）内，线圈（50、52）被卷绕在至少一个通道（25）周围，其中箱体（10）具有包括弱传导层（40）的内壁或外壁（16），所述弱传导层（40）包括嵌入在浸渍材料（44）中的纤维（42）。

Intermediate Frequency Transformer with Dry Core

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有干芯的中频变压器
本专利技术涉及用于高电压应用的变压器，特别是涉及具有干芯的液体绝缘或凝胶绝缘变压器，并且更加特别地，涉及是中频变压器的此类变压器。
技术介绍
预期固态变压器（SST）在将来的DC应用中起着重要的作用。示例是中电压DC（MVDC）网、用于离岸风电场的汇集网、用于光伏（PV）设备的汇集网及船上电网。用于MVDC应用的SST由在低电压（LV）侧并联连接和在高电压（HV）侧串联连接的多个单元（cell）组成。每个转换器单元通常包括DC到AC逆变器、中频变压器和AC到DC整流器。由于在HV侧的转换器单元的串联连接，至少在单元中的一部分中，全部量的（输出）DC高电压在变压器的HV绕组与接地的芯之间存在，这例如导致高绝缘要求。在诸如上面所展示的应用中和在许多其它应用中，带有干芯的液体绝缘或凝胶绝缘中频变压器（MFT）已显著增加了重要性。从特性上来说，仅绕组被浸没在箱体中的绝缘材料中，而芯被提供在箱体外。芯的柱经由未被通过流体连接到箱体容积（volume）的通道贯穿箱体。此概念使得需要最小量的绝缘介质的紧凑型变压器能实现。除低重量外，这还有助于降低火和烟气危害。在此类变压器中，油箱通常具有环形的形状并且形成围绕芯柱的回路。为避免箱体中高回路电流的感应，箱体必须不形成围绕芯的高导电率的回路。这排除全金属箱体的可能性。避免上面描述的箱体中不希望地高的电流的感应的选项是完全用介电材料建造箱体。因此，避免箱体中高电流的感应。然而，此类解决方案留有改进的空间。鉴于上文，存在对本专利技术的需要。
技术实现思路
鉴于上文，提供根据权利要求1所述的变压器。根据第一方面，提供一种变压器。它包括具有带绝缘材料的封闭容积的箱体，所述箱体包括贯穿箱体的至少一个通道，其中至少一个通道的内部与箱体的封闭容积由通道壁分开。变压器芯被提供在封闭容积外，包括经由至少一个通道贯穿箱体的至少一个柱。至少一个线圈位于封闭容积内，线圈被卷绕在至少一个通道周围，其中箱体具有包括弱传导层的箱体壁，所述弱传导层包括嵌入在浸渍材料中的纤维。本专利技术的另外的方面、优点和特征从从属权利要求、权利要求组合、描述和附图是显而易见的。附图说明在包含对附图的参照的说明书的剩余部分中，更具体陈述针对本领域技术人员的全面和使能的公开，包括其最佳模式，其中：图1示意地示出根据实施例的变压器的透视横截面视图，其中仅示出芯的一个柱；图2示意地示出图1的变压器的横截面视图，包含芯的横截面视图；图3到图5示意地示出各自根据实施例的沿线A-A的图1和图2的变压器的箱体的一部分的横截面视图；图6示意地示出根据另外的实施例的沿线A-A的图1和图2的变压器的箱体的一部分上的横截面视图。具体实施方式现在将详细作出对各个实施例的参照，各个实施例的一个或多个示例在每个附图中被图示。每个示例通过解释的方式被提供而不是意在作为限制。例如，图示或描述为一个实施例的部分的特征能够在其它实施例上或与其它实施例结合被使用以产生更进一步的实施例。意图是本公开包括此类修改和变化。在附图的以下描述中，相同的参考标号指代相同组件。一般地，只描述关于各个实施例的差别。当附图中出现若干相同项目或部分时，并非部分的全部具有参考标号以便简化外观。本文中描述的系统和方法不被限于描述的特定实施例，而是相反，系统的组件和/或方法的步骤可与本文中描述的其它组件和/或步骤独立且分开地被利用。相反，能够结合许多其它应用实现和使用示范实施例。虽然本专利技术的各种实施例的特定特征可在一些附图中被示出而未在其它附图中被示出，但这仅是出于方便。根据本专利技术的原理，可以与任何其它附图的任何特征组合来引用附图的任何特征和/或要求附图的任何特征的权利。如在本文中所使用的，“浸渍材料”意在意指如本文中所公开的可固化和被用来在固化后与各种类型的纤维一起形成基体的聚合材料。通常但不一定，浸渍材料是聚合可固化树脂，诸如环氧树脂或聚酯树脂。因此，用语“浸渍材料”和“树脂”可在本文中被可互换地使用，借此树脂应从最广的可能意义上来被理解，包含结合纤维可用作基体形成剂的其它可固化浸渍材料。如在本文中所使用的，“中频变压器”意在意指供在从大约1kHz到大约200kHz的范围中，更特定地在从大约4kHz到大约30kHz的范围中的频率使用的变压器。由此，频率能够与交流电流或者与脉冲式/开关式DC电流有关。如在本文中所使用的，用语“弱传导”与属性“导电率”有关，或者更精确地，与在变压器箱体壁中使用的材料的特定电阻或体积阻率（resistivity）有关，在变压器箱体壁中使用的材料的特定电阻或体积阻率在绝缘体的特定电阻或体积阻率与导体的特定电阻或体积阻率之间的某个范围中。更精确地，此范围在本文中被定义成从大约10Ωcm到大约106Ωcm，更特别地从大约102Ωcm到大约105Ωcm。本文中的传导率意指导电率，并且阻率意指电阻率。本文中描述的实施例主要关于用于带有高电压（意指从大约1kV和以上）的应用的带有干芯的液体绝缘或凝胶绝缘中频变压器来被描述，但不应被理解为限制性的。“干芯”意指仅线圈（绕组）被浸没在绝缘材料中，而芯是在箱体外。此概念使得带有最小量的像液体（例如，油）或凝胶的绝缘材料的紧凑型变压器能实现。除低重量外，这意味着降低的火和烟气危害。在此类变压器中，箱体基本上具有环形的形状，这包含箱体形成围绕芯的一部分的闭合回路。为避免箱体中高回路电流的感应，箱体必须不形成围绕芯的高导电率的回路，这排除了全金属箱体或更一般地说高传导箱体的可能性。用来说明以上内容的选项是例如用内圆筒和外圆筒及底板和顶板来建造聚合箱体。绝缘系统包括按顺序排列的绝缘材料（例如油）、通常为聚合物的作为固体绝缘的箱体壁以及空气。在DC电压下，在这些绝缘层中电场的分布由各个层的电阻率的相对量级确定。层的电阻率越高，在层中的电场也就越高。油的电阻率一般地低于固体绝缘材料和空气的电阻率。油（在80°C）的典型值是5*1011到1*1015Ωcm；并且填充的环氧树脂（在80°C）的典型值大约是1015Ωcm。因此，例如油的电阻率可比聚合箱体壁和空气的电阻率低几个数量级。电场将在此情况下几乎被全部集中在介电箱体壁中和/或在气隙（在存在的情况下）中，而不是在油或其它绝缘液体或凝胶中，这损害了箱体中的液体或凝胶作为绝缘材料的想法。壁和/或气隙的部分放电和随后的电击穿可产生。将这避免的一种方式将是更厚的箱体壁，然而，更厚的箱体壁昂贵、重、在冷却方面差，并且要求增大的芯窗口，增大的芯窗口又将增大芯的成本和重量。增加箱体与芯之间的气隙的步骤具有有些类似的缺点。以上可通过根据本专利技术及其实施例的箱体来被有效地解决，所述箱体是适度传导（即弱传导）和接地的。这避免了围绕箱体的空气中电晕放电的发生并且也避免了箱体壁的潜在击穿。此外，电场在很大程度上保持在箱体中的液体或凝胶中。提供适度导电率，因为高传导率可能导致大的环电流的感应。根据实施例，箱体壁因此配置成具有弱传导属性。不待言，箱体壁的此弱传导层的单独设计和属性可显著变化，并且因此箱体壁的弱传导层的要求的特定电阻可取决于特定用例、中频变压器的设计和其它参数而变化很大。一般地，如在本文中所使用的，用语“弱传导”作为层的属性可采用功能方式被理解为如下：弱传导层应具有特定电阻，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中频变压器（1），包括：‑箱体（10），所述箱体（10）具有带绝缘材料（13）的封闭容积（11），所述箱体包括贯穿所述箱体（10）的至少一个通道（25），其中所述至少一个通道（25）的内部与所述箱体（10）的所述封闭容积（11）由通道壁（17）分开，‑变压器芯（30），所述变压器芯（30）被提供在所述封闭容积（11）外，包括经由所述至少一个通道（25）贯穿所述箱体（10）的至少一个芯柱（32），‑至少一个线圈（50、52），所述至少一个线圈（50、52）位于所述封闭容积（11）内，所述至少一个线圈（50、52）被卷绕在所述至少一个通道（25）周围，其中所述箱体（10）具有包括弱传导层（40）的箱体壁（16、17），所述弱传导层包括嵌入在浸渍材料（44）中的纤维（42）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.17 EP 17156713.41.一种中频变压器（1），包括：-箱体（10），所述箱体（10）具有带绝缘材料（13）的封闭容积（11），所述箱体包括贯穿所述箱体（10）的至少一个通道（25），其中所述至少一个通道（25）的内部与所述箱体（10）的所述封闭容积（11）由通道壁（17）分开，-变压器芯（30），所述变压器芯（30）被提供在所述封闭容积（11）外，包括经由所述至少一个通道（25）贯穿所述箱体（10）的至少一个芯柱（32），-至少一个线圈（50、52），所述至少一个线圈（50、52）位于所述封闭容积（11）内，所述至少一个线圈（50、52）被卷绕在所述至少一个通道（25）周围，其中所述箱体（10）具有包括弱传导层（40）的箱体壁（16、17），所述弱传导层包括嵌入在浸渍材料（44）中的纤维（42）。2.如权利要求1所述的变压器（1），其中所述弱传导层（40）具有在大约10Ωcm到大约106Ωcm的范围中的体传导率。3.如权利要求1或2所述的变压器（1），其中所述箱体壁（16、17）进一步包括层（50），所述层（50）包括绝缘纤维（52）。4.如权利要求1到3所述的变压器（1），其中在所述箱体壁（16、17）的内侧上提供所述弱传导层（40），并且从所述弱传导层（40）向外提供包括绝缘纤维（52）的层（50）。5.如权利要求1到4所述的变压器（1），其中所述箱体壁（16、17）包括层（50），所述层（50）包括绝缘纤维（52），其中外弱传导层（60）被提供在包括绝缘纤维（52）的所述层（50）的外侧上并且弱传导层（40）被提供在包括绝缘纤维（52）的所述层（50）的内侧上。6.如前述权利要求中任一项所述的变压器（1），其中所述弱传导层（40）的所述传导率，以及可选地，所述外弱传导层（60）的所述传导率被配置使得由涡电流对所述箱体壁（16、17）的加热在所述变压器（1）的操作期间被保持低于定义的阈值，优选地所述加热消耗少于由所述变压器（1）传...

【专利技术属性】
技术研发人员：L东泽尔，R维尔蒂斯，T格拉丁格，F格罗伊特，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH