电力传输系统的单相芯式变压器技术方案

本实用新型专利技术提供一种用于电力传输系统的单相芯式变压器。该变压器包括铁芯、主绕组和辅绕组。铁芯包括主芯柱、第一旁柱和第二旁柱。主芯柱位于第一旁柱与第二旁柱之间，并且主芯柱与第一旁柱之间、以及主芯柱与第二旁柱之间间隔预定距离。主绕组是缠绕在主芯柱上的，并且主绕组具有垂直于主芯柱轴向的圆形截面，辅绕组是缠绕在第一旁柱上的，并且第一旁柱具有垂直于第一旁柱轴向的椭圆形截面，辅绕组在垂直于第一旁柱轴向的方向上具有长圆形截面。上述单相芯式变压器采用长圆形截面的辅绕组与椭圆形截面的第一旁柱适配能够显著降低变压器的制造成本和材料成本。器的制造成本和材料成本。器的制造成本和材料成本。

【技术实现步骤摘要】
电力传输系统的单相芯式变压器


[0001]本文公开的实施例涉及变压器，尤其涉及一种电力传输系统的单相芯式变压器。

技术介绍

[0002]电力传输(即通常简称的输变电)是电能从诸如发电厂的发电站到变电站的大量移动。电力传输系统不同于变电站和客户(诸如居民楼或超市)之间的本地布线，其通常称为电力分配(即通常简称的配电)。电力的高效长距离传输需要高传输电压，这可以降低由大电流产生的损耗。因此，电力传输系统主要以高压来传输电力。施加到传输系统的高压由例如设置在变电站或发电厂处的变压器来改变。
[0003]在电力传输系统中使用的变压器，被本领域技术人员广泛称为“电力变压器”，通常为高压或超高压变压器，例如，额定电压为35kV或以上，以减少功率损耗。(相比之下，配电变压器的额定电压电平通常为10kV或以下。)电力变压器例如为额定电压为380kV或500kV的液压(例如油浸式)变压器。高压变压器可包括称为机箱的箱体、铁芯和一层层缠绕在铁芯上的线圈(即绕组)。
[0004]变压器的铁芯通常是承载耦合到绕组的磁通量的叠层铁芯。叠层铁芯可以由通常由薄硅钢叠层制成的高渗透性材料构成。这些薄叠层组装在一起，以提供所需的磁路，其中磁损耗最低。铁芯通常包括两个或多个平行的柱和连接了柱以形成变压器的磁路的铁轭。铁芯决定了变压器绕组的形状。芯式(或芯型)变压器和壳式(壳型)变压器广泛应用于电力传输领域。在壳式(壳型)变压器中，主绕组和辅绕组在磁路内部通过，该磁路在绕组上形成将绕组包裹起来的外壳。然而，在芯式变压器中，主绕组和辅绕组缠绕在铁芯柱上。与壳型变压器相比，芯式变压器的制造成本较低。
[0005]人们希望优化单相芯式变压器，使其具有较低的制造成本和较紧凑的尺寸。

技术实现思路

[0006]在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对一些实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践一些实施例。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、程序、组件、单元和/或电路，以免混淆讨论。
[0007]对“一个实施例”、“实施例”、“一个或多个实施例”、“各种实施例”等的引用表明如此描述的(多个)实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是并非每个实施例都必须包括特定的特征、结构或特性。此外，重复使用短语“在一个实施例中”不一定指相同的实施例，尽管它可能指相同的实施例。
[0008]如本文所用，除非另有说明，否则使用序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等来描述共同对象仅表明相同对象的不同实例被指代，并且并非意在暗示如此描述的对象必须处于给定的顺序，无论是时间上、空间上、排名上还是以任何其他方式。
[0009]一些实施例可以与各种设备和系统结合使用，例如，电网和类似系统等。
[0010]图1为电力传输系统中使用的示例性单相芯式变压器的示意性平面图。该单相芯
式变压器包括主芯柱12和两个旁柱:第一旁柱14和第二旁柱16，两个旁柱相对于主芯柱12在相对/相反的方向上间隔开设置。主绕组20缠绕在主芯柱12上，辅绕组30可以缠绕在第一、第二旁柱14、16二者之一上(在图1所示的示例性变压器中，辅绕组30是缠绕在第一旁柱14上的)。如图1所示，主芯柱12是圆柱形的，即具有圆形截面，主绕组20也具有圆形截面。这样，主芯柱12和主绕组20的形状非常适配，从而使得主芯柱12和主绕组20之间填充绝缘材料的第一间隙18较窄。同时，第一旁柱14和第二旁柱16具有如图1所示的椭圆形截面，这使得第一旁柱14和第二旁柱16的椭圆截面面积是主芯柱12圆形截面面积的一半，从而，当电源电压(诸如由AC电源生成的AC电压)施加到主绕组20时，主芯柱12和主绕组20产生的磁通量的一半被施加到如图1所示的缠绕第一旁柱14的辅绕组30。第一旁柱14的椭圆形截面面积为主芯柱12的圆形截面面积的一半使得具有辅绕组30的第一旁柱14接收具有主绕组20的主芯柱12中生成的磁通量的一半。与具有椭圆截面的辅绕组不同，辅绕组30具有圆形截面，以便适配第一旁柱14并减小辅绕组30的长度。
[0011]但是，椭圆形第一旁柱14和圆形辅绕组30的组合会导致形成如图1所示的尺寸较大的第二间隙19。并且，如图1所示，第二间隙19在第一旁柱14的短轴方向上的尺寸远大于第二间隙19在长轴方向上的尺寸。因此，需要大量的绝缘材料来填充第二间隙19，特别是在沿短轴的空间中需要填充大量的绝缘材料，这会导致变压器的尺寸和成本显著增加。
[0012]基于图1所示的上述变压器，本公开的一个或多个实施例公开了一种被配置为在电力传输系统中使用的具有低成本和紧凑尺寸的单相芯式变压器。
[0013]根据本公开的一个或者多个实施例，一种用于电力传输系统的单相芯式变压器包括铁芯、主绕组和辅绕组。铁芯包括主芯柱、第一旁柱和第二旁柱。主芯柱位于第一旁柱与第二旁柱之间，并且主芯柱与第一旁柱之间、以及主芯柱与第二旁柱之间间隔预定距离。主绕组是缠绕在主芯柱上的，并且主绕组具有垂直于主芯柱轴向的圆形截面，辅绕组是缠绕在第一旁柱上的，并且第一旁柱具有垂直于第一旁柱轴向的椭圆形截面，辅绕组在垂直于第一旁柱轴向的方向上具有长圆形截面。
[0014]根据本公开的一个或者多个实施例，辅绕组的长圆形截面包括：矩形部和两个半圆形部，矩形部具有平行于第一旁柱椭圆形截面短轴的两个第一边和平行于第一旁柱椭圆形截面长轴的两个第二边；两个半圆形端部在矩形部的两个第一边处与所述矩形部接合。
[0015]根据本公开的一个或者多个实施例，矩形部第二边的长度L为：
[0016]L＝A+2Ca
‑
2R，
[0017]其中，A为第一旁柱椭圆形截面长轴的长度，Ca为第一旁柱的外缘与辅绕组的内缘之间沿第一旁柱椭圆形截面长轴的第一距离，R为半圆形端部的半径；并且，第一旁柱的外缘与辅绕组的内缘之间沿第一旁柱椭圆形截面长轴的第一距离Ca等于第一旁柱的外缘与辅绕组的内缘之间沿第一旁柱椭圆形截面短轴的第二距离。
[0018]根据本公开的一个或者多个实施例，第一旁柱椭圆形截面短轴的长度B为：
[0019][0020]其中，D是主芯柱圆形截面的直径。
[0021]根据本公开的一个或者多个实施例，主芯柱与第一旁柱之间在垂直于主芯柱轴向上的第一距离大于主芯柱与第二旁柱之间在垂直于主芯柱轴向上的第二距离；并且，第一
旁柱的外缘与辅绕组的内缘之间沿第一旁柱椭圆形截面长轴的第一距离等于第一旁柱的外缘与辅绕组的内缘之间沿第一旁柱椭圆形截面短轴的第二距离。
[0022]根据本公开的一个或者多个实施例，第一旁柱的外缘和辅绕组的内缘之间设有用于填充绝缘材料的间隙，第一旁柱的外缘和辅绕组的内缘之间沿第一旁柱椭圆形截面长轴的第一距离大于或等于第一预定阈值，并且第一旁柱的外缘和辅绕组的内缘之间沿所述第一旁柱椭圆形截面短轴的第二距离大于或等于第二预定阈值，以使得所述第一旁柱和辅绕组被所述绝缘材料电绝缘。
[0023]根据本公开的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电力传输系统的单相芯式变压器，其特征在于，包括铁芯(10)、主绕组(20)和辅绕组(30)，所述铁芯(10)包括主芯柱(12)、第一旁柱(14)和第二旁柱(16)，所述主芯柱(12)位于所述第一旁柱(14)与第二旁柱(16)之间，所述主芯柱(12)与所述第一旁柱(14)之间、以及所述主芯柱(12)与第二旁柱(16)之间间隔预定距离，所述主绕组(20)是缠绕在所述主芯柱(12)上的，并且所述主绕组(20)具有垂直于所述主芯柱(12)轴向的圆形截面，所述辅绕组(30)是缠绕在所述第一旁柱(14)上的，并且所述第一旁柱(14)具有垂直于所述第一旁柱(14)轴向的椭圆形截面，所述辅绕组(30)在垂直于所述第一旁柱(14)轴向的方向上具有长圆形截面。2.根据权利要求1所述的用于电力传输系统的单相芯式变压器，其特征在于，所述辅绕组(30)的长圆形截面包括：矩形部和两个半圆形部，所述矩形部具有平行于所述第一旁柱(14)椭圆形截面短轴的两个第一边和平行于所述第一旁柱(14)椭圆形截面长轴的两个第二边，所述两个半圆形端部在矩形部的两个第一边处与所述矩形部接合。3.根据权利要求2所述的用于电力传输系统的单相芯式变压器，其特征在于，所述矩形部第二边的长度L为：L＝A+2Ca
‑
2R，其中，A为所述第一旁柱(14)椭圆形截面长轴的长度，Ca为所述第一旁柱(14)的外缘与所述辅绕组(30)的内缘之间沿所述第一旁柱(14)椭圆形截面长轴的第一距离，R为所述半圆形端部的半径；并且，所述第一旁柱(14)的外缘与所述辅绕组(30)的内缘之间沿所述第一旁柱(14)椭圆形截面长轴的第一距离Ca等于所述第一旁柱(14)的外缘与所述辅绕组(30)的内缘之间沿所述第一旁柱(14)椭圆形截面短轴的第二距离。4.根据权利要求1所述的用于电力传输系统的单相芯式变压器，其特征在于，所述第一旁柱(14)椭圆形截面短轴的长度B为：其中，D是所述主芯柱(12)圆形截面的直径。5.根据权利要求1所述的用于电力传输系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永慈，李林达，刘虹，夏勇，张顺理，
申请(专利权)人：广州西门子能源变压器有限公司，
类型：新型
国别省市：