专利名称：变压器绕组的制造方法
技术领域：
本发明主要涉及用于电源变换的变压器。更具体地，本发明涉及制造变压器绕组的方法。
背景技术：
通常通过连续缠绕导电体，例如铜或铝线，形成变压器绕组。可在芯棒或直接在变压器的绕组腿上缠绕导电体。将该导电体缠绕为相邻的许多线匝，以形成第一层线匝。接着用第一层绝缘材料包围该第一层线匝。在第一层绝缘材料上将导电体缠绕为第二重多个线匝，因此形成第二层线匝。
接着在第二层线匝上放置第二层绝缘材料。然后在第二绝缘层上将导电体缠绕为第三重多个线匝，因此形成第三层线匝。可重复上述过程，直至形成预定数量的线匝层。
涂覆有热固性环氧树脂菱形图案的牛皮纸(通常称为“DPP纸”)通常用作变压器绕组中的绝缘材料。包括DPP纸的变压器绕组通常在以上述方式缠绕后加热。温度需熔化并固化粘附于DPP之上的环氧树脂，并因此使DPP纸与相邻的(各)导电体层结合。可通过将变压器绕组置于热空气对流加热炉(hot-air convection oven)(或其它合适的加热设备)中将变压器绕组加热预定的时间段。
将变压器绕组转移至热空气对流加热炉以及后续的热处理可增加与制造变压器绕组关联的周期。此外，热空气对流加热炉的能量需求可增加变压器绕组的整体制造成本。另外，使用热空气对流加热炉难以在变压器绕组中实现均匀的加热(和固化粘合剂)。因此，难以获得绝缘材料的各个特定层与导电体间的充分接合(特别是在绝缘材料和导电体的最里层之间)。
发明内容
制造变压器绕组的优选方法包括将导电体缠绕为第一重多个线匝，在第一重多个线匝上放置其上具有粘合剂的电绝缘材料，并且在该电绝缘材料上将导电体缠绕为第二重多个线匝。该优选方法还包括通过为导电体加电使大于变压器绕组额定电路的电流流过该导电体，熔化并固化粘合剂。
变压器绕组的优选制造方法包括将导电体与电源电气连接，并用该电源为该导电体加电，使电流流过导电体并加热导电体，因此导致粘合剂的熔化或固化，其中变压器绕组包括第一和第二层导电体线匝，以及位于第一与第二层线匝之间并在其至少一面上具粘合剂的电绝缘材料。
固化变压器绕组中的绝缘材料上的粘合剂的优选方法包括使大于变压器绕组额定电流的电流通过该变压器绕组，以将该变压器绕组加热至适合固化粘合剂的温度范围中的温度，以及调节大于变压器绕组额定电流的电流，以在适合固化该粘合剂的温度范围中将变压器绕组的温度保持预定时段。
当结合附图阅读时，可更好地理解前述内容和后面的优选方法的详细说明。出于说明发明的目的，各附图表示目前优选的实施例。然而，本发明并不限于图中公开的具体手段。在图中图1为具有初级绕组和次级绕组的变压器的侧视图，其遵照制造变压器绕组的优选方法制造；
图2为图1中所示的初级绕组和绕组腿的侧视图；图3为图1和图2中所示的初级绕组和绕组腿的放大剖面图；沿图2的线“A-A”方向；图4为图2中由“B”表示的区域的放大视图，其显示了图1-3中所示的变压器绝缘纸的细节；图5为图1-4中所示的初级绕组的示意图，其电气连接至直流(DC)电源，可变功率调节器，电压计以及电流计。
具体实施例方式
此处说明制造变压器绕组的优选方法。结合圆柱形变压器绕组说明该优选方法。该优选方法也可应用于其它形状的绕组，例如圆形、具有弯曲侧边的矩形、椭圆形等。
该优选方法可用于制造图1所示的三相变压器100的绕组。该变压器100包括常规的层叠铁芯102。该铁芯102可由适当的磁性材料形成，例如，纹理硅钢或非晶态合金。铁芯102包括第一绕组腿104、第二绕组腿106以及第三绕组腿108。铁芯102还包括上铁轭110和下铁轭112。使用例如合适的粘合剂，第一、第二和第三绕组腿104、106、108中每一个的相对端固定连接至上下铁轭110、112。
初级绕组10a、10b、10c分别围绕第一、第二和第三绕组腿104、106、108。次级绕组11a、11b、11c同样分别围绕第一、第二和第三绕组腿104、106、108。各个初级绕组10a、10b、10c基本相同。各个次级绕组11a、11b、11c也基本相同。
初级绕组10a、10b、10c可以按照“三角形”结构电气连接，如在变压器设计与制造领域的技术人员所公知。次级绕组11a、11b、11c可以按照“三角形”或“Y形”结构电气连接，这取决于变压器100的电压需求。(为了简明起见，初级绕组10a、10b、10c和次级绕组11a、11b、11c间的电气连接未在图1中示出。)当使用变压器100时，初级绕组10a、10b、10c可电气连接至三相交流(AC)电源(未示出)。次级绕组11a、11b、11c可电气连接至负载(也未示出)。当初级绕组10a、10b、10c由负载激励时，初级绕组10a、10b、10c通过铁芯102感应耦合到次级绕组11a、11b、11c。更具体地，初级绕组10a、10b、10c上的AC电压在铁芯102中建立了交变磁通量。该磁通量在次级绕组11a、11b、11c(和与其相连的负载)上感应出AC电压。
变压器100的附加结构元件说明和功能细节对于理解本发明并不是必要的，因此在这里不提供。此外，提供变压器100的上述说明仅用于示例目的。该优选方法实际上可在任何类型的变压器的绕组上执行，包括单相变压器和具有同心绕组的变压器。
初级绕组10a包括在第一绕组腿104上连续缠绕的导电体16(参见图2)。该导电体16可为，例如，矩形、圆形或扁圆形的铝或铜导线。初级绕组10a还包括表面宽度纸层绝缘。更具体地，该初级绕组10a包括绝缘纸18(参见图2-4)。绝缘纸18可由例如涂覆有热固性环氧树脂菱形图案的牛皮纸(通常称为“DPP纸”)形成。
每一绝缘纸18包括原纸18a(参见图4)。每个绝缘纸18还包括在原纸上淀积的“B”级环氧树脂粘合剂18b的多个相对较小的菱形区域，或点，如图4所示。粘合剂18b位于原纸18a的两面上。还可使用仅在该原纸的一面上淀积有粘和剂的绝缘纸实现该优选方法。此外，还可使用其它类型的绝缘实现该优选方法，例如完全涂覆有热固性环氧树脂的牛皮纸。
初级绕组10a包括导电体16的各个线匝的多个重叠层。绝缘纸18的每一层位于各个重叠线匝层之间(参见图3)。每层中的线匝逐步向前跨过初级绕组10a的宽度。换言之，通过将导电体16跨过第一绕组10a的宽度缠绕为并排的多个线匝，可形成初级绕组10a的每一重叠层。
通过将绝缘纸18中的一个放置在第一绕组腿104的外表面上，使该绝缘纸18覆盖该外表面的一部分，形成初级绕组10a。
然后将第一层线匝20缠绕在第一绕组腿104上。更具体地，用导电体16缠绕绕组腿104，并位于该绝缘纸18上，直到形成预定数量的相邻(一个挨着一个)线匝。可手工进行该绕线操作，或使用常规的自动绕线机，例如可从BR Technologies GmbH获得的AM型3175层绕线机。
以上述方法形成第一层线匝20后形成第二层线匝22。具体地，将另一张绝缘纸18置于第一层线匝20上，使该绝缘纸18的边缘在第一层线匝20上延伸(参见图2)。可裁剪该绝缘纸18，使该绝缘纸18的相对端达到如图2中所示。
接下来按照上述对于第一层线匝20说明的方式，在第一层线匝20缠绕导电体16并覆盖绝缘纸18，以形成第二层线匝22(参见图3)。换言之，通过将导电体16缠绕为一系列向后跨过第一层线匝20的相邻线匝，直到预定的匝数，可形成第二层线匝22。
可重复上述过程，直到在初级绕组10a中形成所需数量的线匝层(为了简明起见，仅在图3中示出了三个线匝层)。
应当注意，可使用连续的绝缘材料带(未示出)代替绝缘纸18。具体地，可在导电体16之前连续缠绕该连续的绝缘材料带，以提供和绝缘纸18基本相同的绝缘特性。该绝缘带可围绕导电体16的特定层，然后使用变压器设计和制造领域的技术人员公知的常规技术在该层的末端将其剪裁至合适的长度。
此外，可在芯棒上缠绕初级绕组10a，并随后将其安装至第一绕组腿104上，代替直接在第一绕组腿104上缠绕初级绕组10a。
然后可以按照上述对于初级绕组10a说明的方法在第一绕组腿104上缠绕次级绕组11a。初级和次级绕组10a、11a中每一层导电体16的线匝数并不相同。初级和次级绕组10a、11a在别的方面基本相同。
初级绕组10b、10c和次级绕组11b、11c可以按照上述方式同时或顺序地与初级和次级绕组10a、11a一起缠绕。
在缠绕初级绕组10a、10b、10c和次级绕组11a、11b、11c后，可将上铁轭100固定至第一、第二和第三绕组腿104、106和108。
接着如下熔化和固化初级绕组10a的绝缘纸18上的粘合剂。初级绕组10a的导电体16的相对端可电气连接至常规的DC电源120(该DC电源120和和初级绕组10a在图5中示意性地示出)。该DC电源120应当能够在初级绕组10a中提供大于初级绕组10a额定电流的DC电流。优选地，该DC电源120电气连接至可变功率调节器121，以便于控制DC电源120施加到导电体16上的电流。(该可变功率调节器121可以是，也可以不是该DC电源120的一部分。)应当调节可变功率调节器121使一开始流过导电体16的DC电流大于初级绕组10a的额定电流。导电体16对于流过其的电流的电阻导致在其每层内导电体16的温度升高。这样，各层导电体16加热相邻的各个绝缘纸18(包括粘合剂18b)。
优选地，调节可变功率调节器121，使流过导电体16的DC电流初始约为初级绕组10a额定电流的三倍至五倍。相信有必要使导电体16经历这样大小的电流，有助于快速转换到粘合剂18b开始熔化的温度范围(约60℃至约100℃)。
粘合剂18b的所需固化温度约为130℃±约15℃。应当监控初级绕组10a的温度，并应当逐步地调节流过初级绕组10a的DC电流，直到初级绕组10a的温度稳定在所需范围内。更具体地，应当将流过初级绕组10a的DC电流保持在其初始水平，直到初级绕组10a的温度约等于目标值130℃。接着降低该DC电流，以约为1℃的增量直到初级绕组10a的温度稳定在所需的范围内。
应当注意，粘合剂18b的熔化与固化温度与应用场合有关，也与供应商有关，并且仅处于示例的目的包括这些参数的具体值。
然后监控初级绕组10a的温度，并按照需要调节可变功率调节器121，以将初级绕组10a的温度保持在足够熔化粘合剂18b的所需范围内。
初级绕组10a在某给定时刻的温度(Td)可基于导电体16在该时刻的电阻值Rd估计出来，如下Td(in℃)＝(Rd/Ro)(235+To)-235其中，To与Ro分别为导电体16的初始温度与电阻值。
通过导电体16上的电压除以其电流可计算电阻值Rd。(能够提供所述的电压和电流测量值的常规电压计122和常规电流计124在图5中示意性地示出)。
基于环境温度，或通过使用诸如RTD的常规测温装置获得的测量值可估计导电体16的初始温度To。通过导电体16上的初始电压除以其初始电流可计算该导电体的初始电阻值Ro。
在粘合剂18b熔化后，将初级绕组10a的温度在约130℃±约15℃的目标范围内保持预定时间段导致该粘合剂18b固化。(该预定时间段可为，例如二十至九十分钟，这取决于初级绕组10a的大小。)当到达预定时段的终点时，可中断流过导电体16的电流，并将该导电体16与DC电源120和可变功率调节器121断开。
这样可无需将初级绕组10a置于热空气对流加热炉内即可熔化并固化粘合剂18b。因此，通过使用该优选方法，可消除与将初级绕组10a向或从热空气对流加热炉转移相关联的时间。
此外，相信当使用该优选方法代替热空气对流加热炉时，熔化与固化该粘合剂18b所需的周期实际上较低。具体地，使用导电体16作为热源，相信可更快地加热初级绕组10a，并且比热空气对流加热炉的方式更加均匀。从而初级绕组10a的温度可比使用热空气对流加热炉更快地稳定在所需值。因此，使用该优选方法可潜在地实现与制造初级绕组10a相关的周期时间的减少。
另外，使用导电体16作为热源可实现更均匀的加热，相信这也可以在绝缘纸18和相邻的各导电体16间产生更均匀的机械接合。改善的接合对于最里层的初级绕组10特别重要，使用热空气对流加热炉难于加热此处的绕组。
此外，相信使用流过导电体16的电流加热初级绕组10a的所需能量实际上要少于使用热空气对流加热炉加热初级绕组的所需能量。因此，通过使用该优选方法可潜在地获得由于使用更少能量带来的成本节约。
接下来可以按照对于初级绕组10a说明的方法熔化并固化初级绕组10b、10c和次级绕组11a、11b、11c中的粘合剂18b。可替换地，初级绕组10a、10b、10c和次级绕组11a、11b、11c可电气串联至DC电源120和可变功率调节器121，并且可基本上同时熔化和固化每个初级绕组10a、10b、10c和次级绕组11a、11b、11c中的粘合剂18b。
需要理解，尽管在前述说明中阐述了本发明的大量特性与优势，以及本发明结构与功能的细节，但本公开仅是说明性的，可在本发明原理的范围内进行细节上的改动，特别是在零件的形状、大小和布局方面。
例如，尽管优选使用直流电加热初级绕组10a，但也可替换使用交流电。交流电，如果使用的话，应为较低频率交流电，或应当结合直流电使用，以便于按照上述方法计算导电体16的温度。
权利要求
1.一种制造变压器绕组的方法，包括将导电体缠绕为第一重多个线匝；将其上具有粘合剂的电绝缘材料置于该第一重多个线匝之上；在该电绝缘材料上将导电体缠绕为第二重多个线匝；以及通过为导电体加电，使大于该变压器绕组额定电流的电流流过该导电体，熔化并固化粘合剂。
2.权利要求1所述的方法，还包括提供电源，电气连接该导电体与该电源，以及使用该电源为该导电体加电。
3.权利要求2所述的方法，其中该电源为直流电源。
4.权利要求2所述的方法，还包括提供可变功率调节器，电气连接该可变功率调节器与该电源和该导电体，以及使用该电压调节器调节大于该变压器绕组额定电流的电流。
5.权利要求1所述的方法，其中，通过为导电体加电，使大于该变压器绕组额定电流的电流流过该导电体，以熔化并固化该粘合剂，包括通过为该导电体加电使大于该变压器绕组额定电流的直流电流流过该导电体，熔化并固化该粘合剂。
6.权利要求1所述的方法，其中，通过为导电体加电，使大于该变压器绕组额定电流的电流流过该导电体，熔化并固化该粘合剂包括为该导电体加电，使大于该变压器绕组额定电流的电流初始为该变压器绕组额定电流的约三倍至约五倍。
7.权利要求6所述的方法，还包括从初始值逐步地降低该大于该变压器绕组额定电流的电流，直到该导电体的温度稳定在预定范围之内。
8.权利要求1所述的方法，还包括调节该大于该变压器绕组额定电流的电流，使得该导电体的温度保持在预定范围内。
9.权利要求8所述的方法，其中，调节该大于该变压器绕组额定电流的电流，使得该导电体的温度保持在预定范围内包括调节该大于该变压器绕组额定电流的电流，使得该导电体的温度在预定范围内保持预定时间段。
10.权利要求1所述的方法，通过为导电体加电，使大于该变压器绕组额定电流的电流流过该导电体，以熔化并固化该粘合剂，包括通过为该导电体加电，使大于该变压器绕组额定电流的电流流过该导电体来加热该粘合剂。
11.权利要求2所述的方法，其中，电气连接导电体与电源，并用该电源为该导电体加电包括将该导电体和第二变压器绕组的第二导电体电气连接至该电源，并且使用该电源同时对该导电体和该第二导电体加电。
12.权利要求1所述的方法，还包括提供电压计和电流计，将该电压计和电流计电气连接至该导电体，以及使用该电压计和电流计测量该导电体上的电压和该大于该变压器绕组额定电流的电流。
13.权利要求12所述的方法，还包括基于该导电体在给定时间的电阻值、该导电体的初始电阻值以及该导电体的初始温度，计算该导电体的温度。
14.权利要求13所述的方法，还包括基于该导电体在给定时间的电压和在该给定时刻大于该变压器绕组额定电流的电流，计算该导电体在给定时间的电阻值。
15.权利要求8所述的方法，其中，该预定范围为约130℃±约15℃。
16.权利要求9所述的方法，其中，该预定时间段为约20至约90分钟。
17.权利要求7所述的方法，其中，从初始值逐步地降低该大于该变压器绕组额定电流的电流，直到该导电体的温度稳定在预定范围之内，包括以约为1℃的增量，降低该大于变压器额定电流的直流电流。
18.权利要求1所述的方法，其中，该电绝缘材料为涂覆有热固性环氧树脂菱形图案的牛皮纸。
19.权利要求1所述的方法，其中，将该导电体缠绕成第一重多个线匝包括围绕该变压器铁芯的绕组腿缠绕该导电体。
20.权利要求1所述的方法，其中，粘合剂为“B”级环氧树脂粘合剂。
21.一种变压器绕组的制造方法，该变压器绕组包括第一和第二层导电体线匝，以及位于第一和第二层线匝间并在其至少一侧上具有粘合剂的电绝缘材料，该方法包括将该导电体电气连接至电源，以及用该电源为该导电体加电，使电流流过该导电体并加热该导电体，因此导致该粘合剂熔化或/和固化。
22.权利要求21所述的方法，其中，该电源为直流电源。
23.一种用于固化变压器绕组中绝缘材料上的粘合剂的方法，该方法包括使大于该变压器绕组额定电流的电流通过过该变压器绕组，以将该变压器绕组加热至适合固化该粘合剂的温度范围内，以及调节该大于该变压器绕组额定电流的电流，以将该变压器绕组的温度在适合固化该粘合剂的温度范围中保持预定时间段。
24.权利要求23所述的方法，还包括提供电源，将该变压器绕组电气连接至该电源，以及使用该电源为该变压器绕组加电，以使大于该变压器绕组额定电流的电流通过该变压器绕组。
25.权利要求24所述的方法，其中，该电源为直流电源。
全文摘要
一种制造变压器绕组的优选方法，包括将导电体缠绕为第一重多个线匝，将其上具有粘合剂的绝缘材料置于第一重多个线匝上，以及在该电绝缘材料上将该导电体缠绕为第二重多个线匝。该优选方法还包括通过为该导电体加电使大于该变压器绕组额定电流的电流流过该到导电体，熔化并固化该粘合剂。
文档编号H01F41/12GK1813321SQ200480018146
公开日2006年8月2日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年6月27日
发明者哈罗德·R·扬格, 埃吉尔·斯特里肯, 约翰·瓦伦罗德 申请人:Abb技术公开股份有限公司