壳式卷铁心三相立体变压器的制造方法
【专利摘要】壳式卷铁心三相立体变压器，三相铁心完全对称，与现有的三相立体变压器结构不同，采用开式卷铁心，铁心由宽度相等的硅钢带卷绕而成，硅钢带利用率达到100％。开式卷铁心有成熟的制造工艺和设备，不仅铁心制造和装配较容易，也给变压器维修带来方便。线圈单独卷绕成形，比穿绕效率更高。线圈截面和铁心窗口采用优化设计的长圆形，使变压器的结构更为紧凑，整体外形接近于圆柱体，不仅体积比同等功率容量的叠片式三相变压器要小很多，比现有三相立体变压器也更小、更轻，铁损和铜损更低。
【专利说明】壳式卷铁心三相立体变压器【技术领域】:
[0001]本发明涉及三相变压器，特别是壳式卷铁心三相变压器，具体地说是三相完全对称的立体壳式卷铁心变压器。
【背景技术】:
[0002]现有的壳式卷铁心三相变压器，虽然比叠铁心变压器节能，但铁心柱是在一个平面内，三相磁路不对称，会造成一定的附加损耗。
[0003]现有R型卷铁心三相立体变压器，是三相完全对称的立体变压器。节能效果显著；但所用硅钢带需数控开料机下料，加工成本高，而且会产生15%左右的边角余料，变压器维修也较困难。
[0004]已有专利技术“一种无缝卷铁心变压器”(专利号:ZL200910208868.X)是一种新型卷铁心三相立体变压器，三相磁路完全对称，节能效果显著；所用硅钢带不需数控开料 机下料，且不会产生边角余料，但卷铁心需要专用卷绕机穿绕，而且铁心穿绕好以后难于退火，限制了进一步降低铁损。
[0005]本发明是对专利技术“一种无缝卷铁心变压器”的改进和拓展:铁心不需要专用卷绕机穿绕，可以采用传统工艺卷绕，卷绕好以后再退火，得以进一步降低铁损；铁心设计采用优化的形状，使变压器 的铁心和铜线得到最大限度的节约，效率得以进一步提高；并使变压器的维修更为方便。
【发明内容】
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[0006]壳式卷铁心三相立体变压器，由线圈、开式卷铁心、变压器支架和底座构成；该变压器的铁心是由开式卷铁心构成的，每相的开式卷铁心由一个或数个卷铁心组成，卷铁心由宽度相等的硅钢带或非晶合金带卷绕而成，铁心都是水平安装的(窗口向上)；每相铁心如果由一个以上的卷铁心组成，则需上下对齐叠加在一起，铁心之间垫有柔性绝缘垫；线圈穿过各相卷铁心的窗口，因此线圈都是直立的，各相铁心的上下端面装有坚固的绝缘夹板，通过螺杆将上下夹板拉紧，夹紧各相卷铁心；上下夹板同时起到承托和固定线圈的作用，上下夹板和螺杆都是变压器支架的一部分，变压器铁芯和线圈通过上、下夹板固定在底座上。
[0007]壳式卷铁心三相立体变压器的每个线圈窗口是矩形的，线圈截面为半个长圆形；A相线圈的左边与B相线圈的右边并拢在一起，B相线圈的左边与C相线圈的右边并拢在一起，C相线圈的左边与A相线圈的右边并拢在一起，两两之间用绝缘垫隔离并用绝缘胶带包扎紧，并拢的线圈截面为 长圆形，并拢后的三相线圈呈三角形立体分布；三相开式卷铁心的窗口也是长圆形，分别套在AB、BC、CA三个并拢的绕组上。
[0008]与“一种无缝卷铁心变压器”不同的是，壳式卷铁心三相立体变压器的铁心是预先卷绕成形的开式卷铁心，其气隙呈阶梯型分布，既可以是对接式铁心也可以是搭接式铁心。由于气隙是分散在铁心的不同位置，并且气隙数量比叠铁芯少得多，因此磁阻和铁损都比叠铁芯低得多；开式卷铁心经过退火处理，铁心性能进一步提高，与闭铁心相当。装配时，将卷铁心打开，分别套在AB、BC、CA三个并拢的绕组上，然后将卷铁心闭合锁紧。“一种无缝卷铁心变压器”的卷铁心需要专用卷绕机穿绕，而且铁心穿绕好以后难于退火。
[0009]开式卷铁心有成熟的制造工艺和设备，不仅铁心制造和装配较容易，也给维修带来方便:变压器线圈损坏时，可以将卷铁心打开卸下，露出线圈维修。
【专利附图】
【附图说明】:
[0010]图1.线圈绕制胎具示意图。
[0011]图2.三相线圈拼接示意图。
[0012]图3a.搭接式卷铁心示意图。
[0013]3b.对接式卷铁心示意图。
[0014]图4a.打开的卷铁心示意图。
[0015]4b.卷铁心套入线圈的示意图。
[0016]图5.上夹板平面图。
[0017]图6.壳式卷铁心三相变压器顶视图。
[0018]图7.壳式卷铁心三相变压器侧视图。
[0019]图8.线圈截面或铁心窗口的不同形状:
[0020]a.椭圆形b.圆角扇形c.圆角菱形d.圆角三角形。
[0021]附图标志:(I)开式卷铁心(2)A相线圈(3)B相线圈
[0022](4) C相线圈(5)上夹板(6)螺栓(7)下夹板⑶绕线轴
[0023](9)次级线圈(10)绝缘层(11)初级线圈(12)搭接式卷铁心
[0024](13)对接式卷铁心(14)打开的卷铁心(15)胶带(16)线圈绕制胎具
[0025](17)变压器底座(18)绝缘垫(19)螺栓孔(20)圆盘
[0026](21)连接板
【具体实施方式】:
[0027]以下结合附图具体描述壳式卷铁心三相变压器的制造工艺和结构。
[0028]壳式卷铁心三相变压器的线圈和铁心是分别单独制造的，然后组装到一起。如图1所示，变压器的线圈是在绕制胎具(16)上完成的，:为了便于线圈脱模，绕制胎具(16)分为左右两半，线圈卷绕轴(8)从中间穿过，并将胎具锁紧。胎具(16)的上下两面为对称的弧形，与椭圆部分吻合。采用该胎具可以绕制出半椭圆截面的线圈。如图中所示:次级线圈
(11)紧贴胎具(16)绕制，在次级线圈(11)的外面包扎绝缘层(10)，在绝缘层外面再绕制初级线圈(11)。绕好的线圈脱模后，在外面用绝缘胶带缠紧。
[0029]采用上述工艺，将A、B、C三相线圈分别绕好，再两两拼拢在一起，如图2所示:A相线圈⑵的左边与B相线圈(3)的右边并拢在一起，B相线圈⑶的左边与C相线圈(4)的右边并拢在一起，C相线圈(4)的左边与A相线圈(2)的右边并拢在一起，两两之间用绝缘垫(18)隔离，然后用绝缘带将并拢的线圈包扎紧；并拢的线圈截面为长圆形，3个长圆形截面呈品字形分布。
[0030]壳式卷铁心三相变压器采用开式卷铁心。1.开式卷铁心分为搭接式卷铁心。2.对接式卷铁心。3.切铁心。本例中采用前两种方式，1.如图3a所示:搭接式卷铁心(12)中，每层硅钢带(或非晶合金带)都有一处是搭接的，搭接处在铁心中呈阶梯型分布，使铁损和温升最低。2.如图3b所示:对接式卷铁心(12)中，每层硅钢带(或非晶合金带)都有一处是对接的，对接处在铁心中呈阶梯型分布。无论是搭接式还是对接式卷铁心，都有成熟的制造工艺和设备，因此不再赘述。卷绕好的铁心再经过退火，以消除铁心内应力并进一步降低铁损。
[0031]退火以后，需要将卷铁心打开才能装入线圈:在卷铁心的搭接处(或对接处)将硅钢片逐层打开，并用胶带(15)固定住，如图4a所示，打开的卷铁心(14)适度张开，使卷铁心能够套入并拢的线圈。如图4b所示:打开的卷铁心(14)正在套入A、C两相并拢的线圈，(A、B相和B、C相并拢的线圈已套好铁心。)铁心到位后，将胶带(15)打开，把硅钢带逐层复位并用钢带扎紧。
[0032]线圈和卷铁心之间留有一定的间隙，间隙中插入绝缘撑条，以固定铁心和线圈的相对位置。(如果是干式变压器，间 隙中可灌注导热性良好的绝缘树脂；如果是油浸变压器，间隙中则充满变压器绝缘油。)
[0033]在将铁心套入线圈以前，可在拼接好的三相线圈内部下方安装下夹板(7)和底座
(17)。下夹板(7)和上夹板(5)形状完全相同，都是由三块120度的扇形绝缘板拼接而成，图5所示为上夹板:扇形的两侧留有线圈通过的缺口，扇面上留有多个螺栓孔(19)。上、下夹板都是高强度的绝缘板，例如玻璃纤维环氧板。铁心套入线圈以后，在铁心上面和线圈之间插入上夹板(5)，如图6所示:将三块扇形上夹板拼接为一体，再将上夹板与下夹板之间用螺栓拉紧。图6中的圆盘(20)和边沿的连接板(21)是用于拼接上夹板的。由图6中可见A相线圈(2)、B相线圈(3)和C相线圈(4)在上夹板(5)上面的走向；卷铁心⑴环绕在两两并拢的线圈周围，呈品字形分布，因处在上夹板(5)以下，故采用虚线表示。图中显示螺栓(6)的数量较少，实际上为了加强变压器的牢固性，可以采用更多螺栓加以紧固。
[0034]图7所示为壳式卷铁心三相变压器侧视图，开式卷铁心(I)夹在上夹板(5)和下夹板(7)之间，上、下夹板用多条螺栓(6)拉紧，A相线圈(2)、B相线圈(3)和C相线圈(4)，两两之间并拢在一起，分别穿过三副卷铁心的窗口。底座(17)安装在下夹板(7)的下面，与下夹板固定在一起。
[0035]壳式卷铁心三相变压器的整体外形接近于圆柱体，不仅比同等功率容量的叠片式三相变压器要小很多，比现有三相立体变压器也更小、更轻，铁损和铜损更低。如果是油浸变压器，所用油箱更小，用油更少。
[0036]上述长圆形(线圈截面或铁心窗口的形状)，包括以下多种形式，如图8a所示的椭圆形，图8b所示的圆角扇形，图8c所示的圆角菱形，图8d所示的圆角三角形；尽管线圈截面和铁心窗口的形状有所不同，但都在本发明的权利要求范围之内。
【权利要求】
1.壳式卷铁心三相立体变压器，由线圈三相卷铁心支架和底座构成，每相线圈窗口是矩形的，A相线圈的左边与B相线圈的右边并拢在一起，B相线圈的左边与C相线圈的右边并拢在一起，C相线圈的左边与A相线圈的右边并拢在一起，两两之间用绝缘垫隔离并包扎紧，形成三角形立体分布，其特征在于:三相卷铁心采用开式卷铁心，三相铁心的磁路完全对称，并且线圈和铁心是分别独立绕制的；每相线圈的截面都是半个长圆形，并拢后的线圈截面为三个品字形分布的长圆形，三个开式卷铁心分别包围着三相并拢的绕组；三相铁心由宽度相等的硅钢带或非晶合金带卷绕成。
2.根据权利要求1所述的壳式卷铁心三相变压器，其特征在于:所述的开式卷铁心是搭接式卷铁心。
3.根据权利要求1所述的壳式卷铁心三相变压器，其特征在于:所述的开式卷铁心是对接式卷铁心。
4.根据权利要求1所述的壳式卷铁心三相变压器，其特征在于:所述的三相卷铁心的每一相为一个开式卷铁心。
5.根据权利要求1所述的壳式卷铁心三相变压器，其特征在于:所述的三相卷铁心的每一相由多个开式卷铁心组成，每相的卷铁心上下对齐叠加在一起，铁心之间垫有柔性绝缘垫。
6.根据权利要求1所述的壳式卷铁心三相变压器，其特征在于:所述的开式卷铁心经过退火，将铁心打开，分别套在三个并拢的绕组上，再将铁心闭合锁紧。
7.根据权利要求1所述的壳式卷铁心三相变压器，其特征在于:所述的开式卷铁心的窗口为长圆形。
【文档编号】H01F30/12GK103730243SQ201210403327
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月14日 优先权日:2012年10月14日
【发明者】黄上立 申请人:黄上立