空心变压器绕组的单线圈结构制造技术

单线圈（２７）具有基本方形或矩形形状的横截面，并包括封装由带有绝缘皮（３）的导线（２）形成的连续线匝（３０）的组件的绝缘树脂壳（２９），以纵向或径向线匝层进行缠绕，其数量根据绝缘皮（３）的厚度而定，从而对于线圈的设定输入电压，电气距离最大的两个邻接线匝之间的电压不超过应用空气中的Ｐａｓｃｈｅｎ原理对所述铠装导体施加的击穿电压值（Ｔｄ）。特别是空心变压器的完整绕组（３８）可通过这种类型的单线圈的简单叠加而形成，同时保留空气作为线匝之间空间的绝缘介质。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于配电的空心变压器。特别是，本专利技术涉及该装置设有的称为M.V.绕组的“中压”绕组(或高压绕组)的实现。构成配电变压器的初级线圈的“中或高压”绕组，即设计为每相输入20000伏以上电压的绕组，通常由带绝缘皮(通常为漆包膜)的金属导线连续缠绕而形成。大致分成两种类型的线圈绕组，两者都是在空气中形成的。最常见的类型是将线匝绕在沿线圈轴纵向延伸的并列的同心圆柱条或层上。这种工艺受到纺织工业中常用的“卷绕”工艺的启发，通过以下方式完成当金属线在支承心轴上根据平行于线圈轴的“来回”运动而绕成紧密连续的匝时，金属线处于拉伸状态，在一个方向上完成的前后运动可以获得一个层面。另一种工艺是将线匝绕在径向延伸的并列的螺旋扁平盘上。这种工艺在申请人提交的欧洲专利申请0,081,446中进行了详细描述，该工艺是使导线在填充容器重量的单一作用下输入填充容器的输入速率与该容器的旋转速度同步。随后在形成过程中，线圈通过垂直于线圈轴的“来回”运动附着，在一个方向上完成的来回运动可以获得一个层面。在本专利技术涉及的空心变压器领域中，即由空气进行冷却的变压器领域中，一旦线圈完成，空气就被吸入只有线的端部露出的模制电绝缘树脂块，这些端部形成线圈的输入/输出连接器。该树脂覆层的作用除了为线圈提供机械强度之外，还使线圈匝之间相互绝缘。无论线圈采用何种缠绕方式，是缠绕在径向扁平盘上或是缠绕在纵向层上，仍然存在无法满意解决的问题，即令绝缘材料渗进绕组使各线匝得以单独涂覆。事实上，在进行缠绕时，模制塑料从外部封装一束线匝比占据线匝之间内部形成的空间的难度要小。很容易理解，所用材料的粘度越高，这些困难就越大。通过与热固性塑料相比说明热塑性材料在这方面的不足，尽管热塑性材料具有易于加工(不会硬化)并可通过简单的再次热熔而无限地复原等优点。本方面的目的在于提出解决上述问题的方案。为此，本方面的目的在于获得一种大致环形的单独的电线圈，其设计来形成空心变压器的“中(或高)压”绕组；一种由金属导线形成的带绝缘皮的线圈，在空气中绕成设置在并列纵向或径向层上的多个串联线匝，随后被电绝缘塑性材料包裹，线圈的输入/输出端从中露出，线圈的特征在于对于所述端子之间施加的任何给定电压，线匝层的数目使得在两个相邻层的电气距离最远的两邻接线匝之间的电压不超过根据Paschen原理在空气中作用在铠装导体上的电压值。参照Paschen原理限定本专利技术的等效方式是参考所附图2所示的曲线，该曲线是根据导线的绝缘皮厚度给出的，绕组中相邻线匝之间的电压不能被超过，以防止线匝之间局部电弧放电现象。本专利技术基于已发现的Paschen原理适用于这一具体情况的事实，并构成所涉及问题的明确答案的基础。回顾一下在上世纪末建立的Paschen原理，其内容是在给定的气态介质中，例如空气中，两个具有不同电势的物体之间的击穿电压为分隔导体的距离和外界环境压力之间乘积的连续函数。如果需要进一步的细节，可以参考有关主题的文章和著作，例如，Pierre SEGUR在“工程技术”中“绝缘气体”标题下的D2350-4至7；或由EYROLLES，Paris编辑出版的RobertFOURNIER的名为“电气工程中的绝缘体-定理和原理”著作中9.5部分，其中的内容引用作为本专利技术的参考。为解决出现的问题，本专利技术将Paschen原理用于在空气中缠绕但涂覆有绝缘皮的导体的情况，由其建立了图2中的曲线，图中给出根据绝缘皮的厚度的邻接线匝之间的击穿电压，建立曲线所用的参数是线圈匝之间空间的空气压力。将会理解，本专利技术并非通过喷射绝缘材料而填满线圈匝之间的空缺空间，而是限定了使空气自然存在于这些封闭空间内的缠绕条件，以在导电绕组内起到绝缘作用，该导电绕组构成设计为放置于每相几万伏的电压处的变压器。在用绝缘塑性材料进行简单封装后就不再有任何危险。根据本专利技术的优选实施例，线匝组的横截面具有基本方形或略微拉长的矩形形状。因此，本专利技术具有能够根据可变尺寸通过标准单线圈的叠加而构成空心变压器的初级绕组的优点，串联相连的单线圈的数量将依赖于施加到初级绕组端子的电压值。事实上，目前在电气工程工业和所有的制造工业中还存在使原料和购买的管理有更大的灵活性的模件生产以及减少制造时间的需要。根据下面参照附图的描述，将会更好地明白本专利技术以及其它特征和优点，其中附图说明图1从上述R.FOURNIER的文章中摘选出来，纯粹资料性地给出空气中的PASCHEN曲线；图2给出根据包络形成线匝的金属导线的绝缘皮的厚度并根据压力在空气中相接触的两个线匝之间的击穿电压图；图3a为示出通过沿纵向层缠绕线匝而形成的绕组的示意图；图3b与其类似，但为沿径向层缠绕的情况；图4根据图4a至4e的五个连续图示出本专利技术的单线圈及其形成的“中压”绕组的实现阶段，其设计为装备多相空心变压器。图1中的曲线清楚地示出，对于给定的外部环境，在此为空气，击穿电压Ud仅是分隔两个置于不同电压下的物体的距离d和它们之间的空气压力p之间的乘积d*p的函数。可以看出该关系在非常低和非常高的d*p值下不再有效。在其有效范围内(即约3×10-3至4×102bar*mm)，击穿电压Ud随距离(及/或压力)的增加而线性增大，除了在低值(乘积d*p小于8×10-3)情况下产生相反现象。此处示出的通常适于任意Paschen曲线的该曲线示出击穿电压总是在随乘积d*p增大之前首先通过快速达到的最小值处。由此现象得出的本专利技术的结论是，在由绝缘导线以相互接触的线匝缠绕形成的导电绕组的情况下，防止局部放电现象的线匝之间的最大容许电压必须小于Paschen曲线给出的最低限度的电压，当沿从接触点离开的方向在线匝之间的空间越过电线表面时其总是在该曲线的上升部，并且其总是在击穿电压仅随导体间的距离增加而增加处的位置。因此，对于给定性能和厚度的电线的绝缘涂层，可确定构成绕组所需以耐受施加于其端部的给定电压的线匝层的数量。换言之，可以通过选择构成该绕组的线匝的层数调整可施加到该绕组端部的最大电压值。然后通过简单叠加根据这些设置构成的标准单线圈而实现所需的适于任何高电压的绕组。应注意这些设置是“冷的”，即在外界温度下，将其放置于仅在绕组内产生电流时线匝间的空间的压力才增加的位置。刚才所介绍的内容由图2中的曲线族进行量化解释。这些曲线以占据线匝之间空间的空气压力为参数，给出作为距离“Ep”的函数的击穿电压Td的值(单位为伏)，距离“Ep”分隔两个金属导线，每个导线均涂敷有相同的普通绝缘漆包层并相互接触。换句话说，“Ep”是线圈导线的绝缘涂层厚度的两倍。例如可以看出，如果线匝之间的空间中的空气压力是0.2 bar，或在任何不低于此值的情况下，只要在漆包涂层的厚度是0.15mm或更大(图中A点)时这些线匝之间的电压不超过550伏，则邻接线匝之间不会有局部放电的危险。另一实例对于绝缘厚度为0.025mm，在压力为0.5 bar(或更大)时，只要邻接线匝之间的电压Td不超过400伏(B点)或在0.2 bar的压力下不超过330伏(C点)，则在线匝之间的空间内不会有局部放电的危险。在0.2bar的压力下，对于0.06mm的漆包厚度(D点)可达到400伏击穿电压的同样值。此处所指压力是绝对压力，线匝之间的空间通常在冷却相期间进行降压并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大致环形的单独的电线圈，其设计为由配对线圈间的叠加而形成空心变压器的“中（或高）压”绕组（３１）；一种由带绝缘皮（３）的金属导线（２）形成的线圈（２７），在空气中绕成设置在并列层（６，７…）上的多个串联线匝（３０），随后被电绝缘塑性材料（２９）包裹，线圈的输入／输出端（９，１０）从中露出，线圈的特征在于：对于所述端子（９，１０）之间施加的任何给定电压，线匝（３０）的层（６，７）的数目使得在两个相邻层（６，７…）的电气距离最远的两邻接线匝（２２，２３）之间的电压不超过根据Ｐａｓｃｈｅｎ原理在空气中作用在铠装导体（２，３）上的电压值（Ｔｄ）。

【技术特征摘要】
1.一种大致环形的单独的电线圈，其设计为由配对线圈间的叠加而形成空心变压器的“中(或高)压”绕组(31)；一种由带绝缘皮(3)的金属导线(2)形成的线圈(27)，在空气中绕成设置在并列层(6，7...)上的多个串联线匝(30)，随后被电绝缘塑性材料(29)包裹，线圈的输入/输出端(9，10)从中露出，线圈的特征在于对于所述端子(9，10)之间施加的任何给定电压，线匝(30)的层(6，7)的数目使得在两个相邻层(6，7...)的电气距离最远的两邻接线匝(22，23)之间的电压不超过根据Paschen原理在空气中作用在铠装导体(2，3)上的电压值(Td)。2.一种基本环形的单独的电线圈，其设计为由配对线圈间的叠加而形成空心变压器的“中(或高)压”绕组(31)；一种由带绝缘皮(3)的金属导线(2)形成的线圈(27)，在空气中绕成设置在并列层(6，7...)上的多个串联线匝(30)，随后被电绝缘塑性材料(29)包裹，线圈的输入/输出端(9，10)从中露出，线圈的特征在于对于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：布里吉特洛扬特，雅克怀尔德，
申请(专利权)人：施耐德电器工业公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]