穿绕硅钢带磁芯的电力变压器及其制作方法与流程

本发明涉及30至1600kVA（千伏安）中等容量的单、三相电力变压器及其制作方法，尤其涉及先制作绕组、将其置于专用机床上穿绕硅钢带构成磁芯，再实施750℃至800℃整体退火的工艺方法。

背景技术：
现有技术电力变压器，无论是油浸的抑或是干式的，都必须裁剪或冲压诸多尺寸的硅钢片，将它们叠合成为横断面包络线是圆形的柱体，再组装成为铁芯结构。工序繁多、复杂，材料浪费也不少，而且制成的变压器漏磁大，变电效率低。长期以来，人们一直都在努力寻求一种新的电力变压器结构和工艺方法，但是成果有限。现有技术已经在生产的高效率电力变压器有多种形式，包括非晶铁芯变压器和R型变压器等。非晶铁芯变压器的铁损值低但体积大，铁芯制作工艺麻烦，退火后变脆，抗机械冲击性能差，性价比低，难以推广。R型变压器结构紧凑，占地面积小，布局合理、磁路优化、损耗低，节电效果显著，但是其生产工艺复杂、成本高，并且不能完全避免产生边角余料的缺点。本申请人/发明人在十多年前提出了一款名称为“变压器卷绕磁心绕制方法及专用机床”的中国发明专利，于2001年7月4日获授权公告，公告号为CN1068134C。所述专利公开了变压器穿绕硅钢带磁芯专用机床结构的技术方案，以及这种穿绕硅钢带磁芯变压器的基本构造。这款专利公开的技术明显简化了硅钢片材料的加工步骤，节约了原材料并大大提高了劳动生产率，产品变压器的性能也有很大提高。但是所述专利并没有公开该项技术用于电力变压器制造的具体工艺步骤，以及这种穿绕硅钢带磁芯的单相和三相电力变压器的具体实施例。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术高性能变压器生产工艺复杂、成本高的不足之处，而提出一种生产工艺简单又成本低廉的高性能穿绕磁芯电力变压器结构及其制作方法。本发明解决所述技术问题采用的技术方案是一种穿绕硅钢带磁芯的电力变压器，适用于30至1600kVA容量范围，至少包括一个绕组-磁芯模块和用于将其安装固定的绝缘支承装置;所述绕组-磁芯模块包括至少两个绕组组件；每一绕组组件包括共中轴线地套叠在一起的内、外层绕组；每个内、外层绕组包括内、外层瓷骨架，以及分别缠绕在内、外层瓷骨架上的材质为玻璃纤维绝缘铜线的内、外层线圈；所述内、外层绕组的横断面中央部位空腔呈近似矩形，用于容置穿绕的硅钢带以及让所述俩绕组套叠；所述绕组-磁芯模块由各该绕组组件的中心轴线首尾连接呈环形定位在专用机床上，从相邻俩绕组组件之间的间隙塞入硅钢带穿绕，直至塞满各内层绕组内空腔而构成各该绕组组件共同的环形磁芯；各绕组组件和由硅钢带穿绕成的环形磁芯共同组成绕组-磁芯模块；而且在该绕组-磁芯模块的外表面和其内诸缝隙中，还牢固地包覆和吸附有一层经整体退火和真空浸渍而形成的绝缘漆膜；各该绕组-磁芯模块的内、外层线圈各自分别以互相串联、并联或混联的方式电连接，分别用作为一次侧、二次侧线圈，或反之；所述绕组-磁芯模块上设置有用于分别同一次侧电网和二次侧电网电连接的输入接线装置和输出接线装置；安装固定于绝缘支承装置上的只有一个绕组-磁芯模块，就是单相电力变压器；安装固定于绝缘支承装置上的有三个绕组-磁芯模块，且各该绕组-磁芯模块的内层或外层线圈用作一次侧即高电压侧的，相互做星形或三角形连接，那就是三相电力变压器。所述绕组-磁芯模块包括3至4个绕组组件，各该绕组组件的中心轴线首尾连接呈环形，它们共同拥有同一个穿绕硅钢带的环形磁芯；各该外层绕组的外层线圈相互串联、并联或混联，用做高电压的一次侧线圈；各该内层绕组的内层线圈相互串联、并联或混联，或各自分别输出、独立供电，用做较低电压的二次侧线圈；如此安排是为了获得较好的磁耦合。所述内、外层瓷骨架的两端部分别有环绕其外表面径向突起并轴向延伸的、各自的突楞；所述内层绕组借助其自身的突楞卡接在外层绕组内的空腔中;所述各内、外层绕组分别通过各自的瓷骨架突楞互相嵌合固定。所述的穿绕硅钢带磁芯的电力变压器还包括置于所述绕组-磁芯模块中心轴线部位、用于各外层绕组之间绝缘的中心隔件，该中心隔件以其中央圆柱形通孔中心轴线为对称轴，均匀分布有至少俩隔片，所述各隔片嵌入相邻俩互相电连接的、用于高压侧的俩外层绕组之间，以提高其间的电绝缘强度。所述内、外层瓷骨架各自的内外环面上，等间隔地设置有用于方便缠绕内、外层线圈的、径向突起并轴向延伸的内、外层瓷骨架隔板。所述绝缘支承装置还包括与绕组组件数量相同的一组电工瓷材质的单相立柱和上下两块环形枕木；所述环形枕木上设有与绕组组件数量相同的用于同单相立柱固定连接的固定隔板，所述各绕组组件嵌置于上下两块所述环形枕木的各固定隔板之间；所述单相立柱上设置有用于同输入、输出接线装置连接的单相立柱连接耳。所述绝缘支承装置还包括与绕组组件数量相同的一组电工瓷材质的三相立柱和四块环形枕木；所述环形枕木上设有与绕组组件数量相同的用于同三相立柱固定连接的固定隔板；所述四块环形枕木两两之间各嵌置有一个绕组-磁芯模块所用的各绕组组件；所述绕组组件嵌置于上下两块所述环形枕木的各固定隔板之间；所述各三相立柱上设置有用于同输入、输出接线装置连接的三相立柱连接耳。所述各内层绕组通过钎焊跨接在内层瓷骨架突楞之间的连接铜片互相电连接；所述各外层绕组通过紧固件跨接在外层瓷骨架突楞之间的连接线互相电连接。所述输入接线装置包括用于高压输入电线绝缘的瓷瓶；所述输出接线装置包括位于内层绕组端部用于同内层线圈连接的连接槽、在连接槽和外部输出铜排之间使用连接铜排进行电连接。本发明解决所述技术问题采用的技术方案还可以是一种用于电力变压器的绕组-磁芯模块，包括至少两个绕组组件；每个绕组组件包括共中轴线地套叠在一起的内、外层绕组；每个内、外层绕组分别包括各自的内、外层瓷骨架，以及分别缠绕在各自瓷骨架上的、材质为玻璃纤维绝缘铜线的内、外层线圈；所述内、外层绕组的横断面中央部位空腔呈近似矩形，用于容置穿绕的硅钢带以及让所述俩绕组套叠；所述绕组-磁芯模块由各该绕组组件的中轴线首尾连接呈环形定位在专用机床上，从相邻俩绕组组件之间的间隙塞入硅钢带自动穿绕，直至塞满各内层绕组内空腔而构成各该绕组组件共同的环形磁芯；各绕组组件和由硅钢带穿绕成的环形磁芯共同组成绕组-磁芯模块；而且在该绕组-磁芯模块的外表面和其内诸缝隙中，还牢固地包覆和吸附有一层经整体退火和真空浸渍而形成的绝缘漆膜；各该内、外层线圈分别互相以串联、并联或混联的方式电连接，用作为一、二次侧线圈或反之；所述绕组-磁芯模块上设置有分别用于同一次侧、二次侧电网电连接的输入接线装置和输出接线装置。本发明解决所述技术问题采用的技术方案还可以是一种制作所述穿绕硅钢带磁芯的电力变压器的工艺方法，包括以下步骤：步骤A：在所述各内、外层瓷骨架上分别缠绕内、外层线圈制成各内、外层绕组；所述各内、外层线圈均由包覆或缠绕有无纬玻璃丝带的绝缘铜导线卷绕而成;步骤B：将所述各内层绕组分别共轴线地塞入各外层绕组内，制成绕组组件，再由至少两个绕组组件置于穿绕硅钢带专用机床上，以各该绕组组件的中心轴线首尾连接呈环形定位于其上，从相邻俩绕组组件之间的间隙塞入硅钢带穿绕，直至塞满各内层绕组内空腔而构成各该绕组组件共同的环形磁芯。在实施了所述步骤B之后还有步骤C：由所述共同的环形磁芯穿绕在一起的各绕组组件，包括它们的内、外层瓷骨架及其上缠绕的内、外层线圈一同投入退火炉内做调质处理12至24小时，退火温度750℃～800℃，以消除硅钢带在穿绕过程中积累内应力而对其导磁率造成的影响。在实施了步骤C之后还有步骤D：经步骤C退火后的所述由共同的环形磁芯穿绕在一起的各绕组组件，俟其冷却到5℃～40℃的环境温度时，将其整体放入真空容器中浸渍绝缘漆30分钟至5小时，取出烘干，制成待用的绕组-磁芯模块在实施了步骤D之后还有步骤E：经步骤D浸渍了绝缘漆的一个绕组-磁芯模块安装固定在由两块环形枕木和四个电工瓷材质的单相立柱组成的绝缘支承装置上组成一单相电力变压器。在实施了步骤D之后还有步骤F：经步骤D浸渍了绝缘漆的三个绕组-磁芯模块分层安装固定在由四块环形枕木和四个电工瓷材质的三相立柱组成的绝缘支承装置上；并且各该绕组-磁芯模块的内层或外层线圈各自分别做星形或三角形连接，组成三相电力变压器。同现有技术相比较，本发明的有益效果是：1、由于穿绕磁芯的磁化方向完全与硅钢片的轧制方向一致，且磁芯层间没有搭头接槰，磁路各处的磁通分布均匀，没有明显的高阻区、没有接缝处磁通密度的畸变现象；在材质相同的前提下，穿绕式磁芯与叠片式磁芯相比，可令磁芯损耗和漏磁都明显降低；2、穿绕磁芯的电力变压器工作磁通密度设计合理，在专用机床上穿绕的硅钢带极为致密，不会产生如叠片式磁芯那样因磁路不连续和叠压欠紧密而发出噪音，几乎达到环保静音状态，最适合室内和居民小区使用；3、穿绕硅钢带磁芯经高温退火处理，不仅消除了硅钢带因弯曲而产生的内应力，而且细化了硅钢带内的磁畴，提高了硅钢带二次再结晶能力，使硅钢带的磁性能大大优于其出厂时的水平；4、由于硅钢带本身的电阻率较大，且各层硅钢带之间涂覆有绝缘漆或通过热处理生成有氧化绝缘层，从而把涡流限制在各层薄片内，使涡流损耗大为减少，变压器本身发热量就很低了；5、变压器各绕组均匀分布包覆在环形磁芯各弧段，全部二次侧、一次侧线圈都充当散热体，可与外部做充分的热交换。附图说明图1是本发明穿绕硅钢带磁芯的电力变压器优选实施例之绕组-磁芯模块100移除部分绕组组件120后的轴测投影示意图；图2是所述优选实施例之绕组-磁芯模块100移除环形磁芯150后各绕组组件120组合状态的轴测投影结构示意图；图3是图2的正投影俯视结构示意图；图4是图2移除内、外层线圈125、126后的横断面轴测投影结构示意图；图5是单个绕组组件120在移除内、外层线圈125、126后的组合状态轴测投影结构示意图；图6是图5的正投影俯视结构示意图；图7是单个外层瓷骨架124的轴测投影结构示意图；图8是图7的正投影俯视结构示意图；图9是单个内层瓷骨架123的轴测投影结构示意图；图10是图9的正投影俯视结构示意图；图11是中心隔件140的轴测投影结构示意图；图12是各外层绕组122之间互相连接关系的轴测投影示意图；图13是各内层绕组121之间互相连接关系的轴测投影示意图；图14是内层线圈125和低压输出铜排196的连接关系示意图，图中省略了内层瓷骨架123；图15是外部输出铜排196和连接铜排192连接关系示意图，图中连接槽191处于分离状态；图16是环形枕...