一种多晶硅变流变压器的制作方法

1.本发明涉及变流变压器的技术领域，具体涉及一种多晶硅变流变压器。


背景技术：

2.随着国家节能降耗的政策要求的不断提高，实现低能耗、低成本、高质量的多晶硅清洁生产工艺迫在眉睫、势在必行。根据目前情况，要实现多晶硅行业的节能降耗，以“优化还原工艺，降低还原电耗”的发展方向为首，从而针对多对棒大功率还原炉开展了众多研究。多晶硅变流变压器特点是每个副边绕组单独运行，分别为一台还原炉的不同硅棒组合供电，通过控制晶闸管的触发角来改变负载电流大小，在供电过程中，由于晶闸管的“开-断”操作，在绕组中会产生约30％～75％的3次电流和不定量的7次谐波；另外，在运行过程中，由于各相的硅棒生长速度可能不一致，就会导致变压器三相长时间的不平衡运行，甚至有可能缺相运行；因此，在设计变压器的过程中，需要考虑到变压器的上述运行特点。
3.现有传统技术不足之处：
4.1、随着多晶硅行业的高速发展，用电量增加迅猛，负荷密度不断增加，采用10kv供电，从供电能力、供电距离及线路损耗等方面已难以适应负荷发展的要求，提高多晶硅行业配电系统电压等级的需求日益显现。
5.2、传统技术中多晶硅变流干式变压器副边绕组全部采用“箔绕”结构，箔式绕组是由极薄的箔片绕制而成，每匝线可视为一张面积较大的铜板(或铝板)，具有很强的抗磁作用，这种抗磁作用把副边绕组两端的横向漏磁极力向绕组的两端部推，减小了绕组端部的横向漏磁量，箔绕低压绕组端部磁场分布见图1，由于其结构特点，在漏磁场的影响下箔式绕组会出现不均匀电流密度分布，即挤流效应，沿绕组高度方向产生极不均匀的电流密度和涡流损耗，损耗密度分布非常不均匀，最大损耗密度有时会达到中部位置的几十倍之多，而且变压器容量越大，绕组损耗密度的分布越不均匀，如果不能准确把握，可能会变压器负载损耗的超标和局部涡流损耗集中而造成局部温升过高，甚至烧毁事故，尤其是随着变压器容量的不断增加，问题愈加严重。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种多晶硅变流变压器，所述多晶硅变流变压器可实现在10、20kv两种电压系统下切换受电，同时解决现有技术中漏磁在穿过副边绕组端部时引起局部涡流损耗集中而造成局部温升过高等难题。
7.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
8.第一方面，本发明提供了一种多晶硅变流变压器，包括：
9.三相铁心、以及分别套设在所述三相铁心上的三相原边绕组和三相副边绕组；
10.其中，每相所述副边绕组均为单相副边绕组，三相所述单相副边绕组之间相互电气独立，且彼此绝缘；或每相所述副边绕组沿所述铁心轴向方向分裂为第一副边绕组和第二副边绕组，共形成六个单相副边绕组，且六个所述单相副边绕组之间相互独立，且彼此绝
缘；
11.每相所述原边绕组沿所述铁心轴向方向分裂为两个绕组，分别为第一原边绕组和第二原边绕组；所述多晶硅变流变压器处于第一状态时，每相中分裂的所述第一原边绕组和所述第二原边绕组之间并联，所述多晶硅变流变压器处于第二状态时，每相中分裂的所述第一原边绕组和所述第二原边绕组之间串联。
12.进一步地，所述第一原边绕组与所述第二原边绕组沿所述铁心轴向方向呈中心对称分布；且所述第一原边绕组和所述第二原边绕组中均包括多段绕组。
13.进一步地，所述第一原边绕组和所述第二原边绕组中包括多个分接抽头。
14.进一步地，所述第一原边绕组的首端和尾端分别设置有一个分接抽头，所述第二原边绕组的首端和尾端分别设置有一个分接抽头；所述多晶硅变流变压器处于第一状态时，所述第一原边绕组首端的分接抽头与所述第二原边绕组首端的分接抽头连接，所述第二原边绕组尾端的分接抽头与所述第二原边绕组尾端的分接抽头连接；所述多晶硅变流变压器处于第二状态时，所述第一原边绕组尾端的分接抽头与所述第二原边绕组首端的分接抽头连接。
15.进一步地，各相所述原边绕组采用三角形接线方式。
16.进一步地，所述第一原边绕组和所述第二原边绕组中均包括4段绕组。
17.进一步地，所述副边绕组中至少有一部分第一分线圈为箔式绕制，至少有一部分第二分线圈为导线绕制，所述第一分线圈与所述第二分线圈之间串联。
18.进一步地，所述箔式绕制的第一分线圈选用铜箔或铝箔，所述导线绕制的第二分线圈选用铜导线或铝导线。
19.进一步地，所述副边绕组中包括多个档位出头。
20.进一步地，以靠近所述铁心的一侧为内侧，由内向外设置的所述档位出头的输出电压依次降低。
21.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
22.本发明提供了一种多晶硅变流变压器，包括：三相铁心、以及分别套设在所述三相铁心上的三相原边绕组和三相副边绕组；其中，每相所述副边绕组均为单相副边绕组，三相所述单相副边绕组之间相互电气独立，且彼此绝缘；或每相所述副边绕组沿所述铁心轴向方向分裂为第一副边绕组和第二副边绕组，共形成六个单相副边绕组，且六个所述单相副边绕组之间相互独立，且彼此绝缘；每相所述原边绕组沿所述铁心轴向方向分裂为两个绕组，分别为第一原边绕组和第二原边绕组；所述多晶硅变流变压器处于第一状态时，每相中分裂的所述第一原边绕组和所述第二原边绕组之间并联，所述多晶硅变流变压器处于第二状态时，每相中分裂的所述第一原边绕组和所述第二原边绕组之间串联。
23.本发明中提供的多晶硅变流变压器至少具有以下优势：
24.(1)本发明中提供的多晶硅变流变压器可同时当成10kv或者20kv产品使用，相当于一台双电压产品实现两台产品功能，因而大大降低了用户的投资成本，特别适用于从10kv改造成20kv电网的多晶硅生产企业，同时，用20kv作为配电电压，可以取消35/10kv级降压方式，直接采用110(66)/20/0.4kv供电方式，降低了送变电工程投资和线路损耗，改善多晶硅生产工艺布局，特别是在负荷密度大、线路长(注：一般多晶硅企业生产基地均建设远离城区的偏远地带)的情况下，经济效益更为显著。同时，本发明中多晶硅变流变压器的
原边绕组无论工作在10kv级或者20kv级受电状态，都能最大限度地获取最佳的电磁安匝平衡，绕组所处漏磁场参数都关于轴向电抗高度中心对称、内部无环流产生。
25.(2)针对此问题，本发明中提供的多晶硅变流干式变压器，其中的副边绕组采用“箔线混绕式”结构，解决了现有技术中漏磁在穿过副边绕组端部时引起局部涡流损耗集中而造成局部温升过高等难题。
附图说明
26.图1现有技术中箔绕低压绕组端部磁场分布图；
27.图2为本发明中“箔线混绕”式低压绕组端部磁场分布图；
28.图3为一种原边绕组和副边绕组的绕制方案的原理示意图；
29.图4a为图3中绕制方案的主视图；
30.图4b为图3中绕制方案的侧视图；
31.图5为另一种原边绕组和副边绕组的绕制方案的原理示意图；
32.图6a为图5中绕制方案的主视图；
33.图6b为图5中绕制方案的侧视图；
34.图7为多晶硅变流变压器中原边绕组的绕制示意图；
35.图8a为图7中原边绕组中分接抽头的一个出头位置示意图；
36.图8b为图7中原边绕组中分接抽头的另一个出头位置示意图；
37.图9为图7中原边绕组中分接抽头的出头位置的俯视图；
38.图10为10kv受电时原边绕组的接线原理图；
39.图11为20kv受电时原边绕组的接线原理图。
40.附图标记：
41.原边绕组1、副边绕组2、铁心3、分接抽头4、档位出头5；
42.第一分线圈21、第二分线圈22。
具体实施方式
43.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。
44.以下结合附图1～11对本发明提供的多晶硅变流变压器进一步解释说明。
45.第一方面，本发明提供了一种多晶硅变流变压器，包括：
46.三相铁心3、以及分别套设在所述三相铁心3上的三相原边绕组1和三相副边绕组2；其中，每相所述副边绕组2均为单相副边绕组，三相所述单相副边绕组2之间相互电气独立，且彼此绝缘；或每相所述副边绕组2沿所述铁心3轴向方向分裂为第一副边绕组和第二副边绕组，共形成六个单相副边绕组，且六个所述单相副边绕组之间相互独立，且彼此绝缘；每相所述原边绕组1沿所述铁心3轴向方向分裂为两个绕组，分别为第一原边绕组和第二原边绕组；所述多晶硅变流变压器处于第一状态时，每相中分裂的所述第一原边绕组和所述第二原边绕组之间并联，所述多晶硅变流变压器处于第二状态时，每相中分裂的所述第一原边绕组和所述第二原边绕组之间串联。
47.根据本发明的一些实施例，所述第一原边绕组与所述第二原边绕组沿所述铁心3
轴向方向呈中心对称分布；且所述第一原边绕组和所述第二原边绕组中均包括多段绕组。
48.根据本发明的一些实施例，所述第一原边绕组和所述第二原边绕组中包括多个分接抽头4。
49.针对背景技术中记载的采用10kv供电，从供电能力、供电距离及线路损耗等方面已难以适应负荷的技术问题，本发明中提供了一种能够实现双电压转换的多晶硅变流变压器，所述多晶硅变流变压器中包括三相铁心3、以及分别套设在所述三相铁心3上的三相原边绕组1和三相副边绕组2。其中，每相所述原边绕组1沿所述铁心3轴向方向分裂为两个绕组，分别为第一原边绕组和第二原边绕组。每相所述副边绕组2均为单相副边绕组，三相所述单相副边绕组2之间相互电气独立，且彼此绝缘，此绕制方案如图3、图4a和图4b所示。或者，每相所述原边绕组1沿所述铁心3轴向方向分裂为两个绕组，分别为第一原边绕组和第二原边绕组。每相所述副边绕组2沿所述铁心3轴向方向分裂为第一副边绕组和第二副边绕组，共形成六个单相副边绕组，且六个所述单相副边绕组之间相互独立，且彼此绝缘，此绕制方案如图5、图6a和图6b所示。
50.对于目前是10kv多晶硅配电网而将来要改造成20kv多晶硅配电网新增加的多晶硅项目建设来说，本发明中提供的多晶硅变流变压器可以实现非同期接至10、20kv级两种电压系统受电交替场合。本发明中的多晶硅变流变压器将三相原边绕组1均沿所述铁心3轴向方向分裂为两个绕组，分别记为第一原边绕组和第二原边绕组，所述第一原边绕组与所述第二原边绕组沿所述铁心3轴向方向呈中心对称分布；且所述第一原边绕组和所述第二原边绕组中均包括多段绕组，多段绕组中包括多个分接抽头4。本发明中通过改变所述第一原边绕组与所述第二原边绕组之间的联结关系，从而实现在10、20kv两种电压系统下切换受电。具体的，所述原边绕组1中所有的绕组中导线的线规相同，导线的截面积按20kv级电流要求选取，当所述多晶硅变流变压器处于第一状态时，多晶硅变流变压器受电为10kv，此时所述第一原边绕组和所述第二原边绕组之间并联，当所述多晶硅变流变压器处于第二状态时，多晶硅变流变压器受电为20kv，此时所述第一原边绕组和所述第二原边绕组之间串联。
51.本发明中提供的多晶硅变流变压器可同时当成10kv或者20kv产品使用，相当于一台双电压产品实现两台产品功能，因而大大降低了用户的投资成本，特别适用于从10kv改造成20kv电网的多晶硅生产企业，同时，用20kv作为配电电压，可以取消35/10kv级降压方式，直接采用110(66)/20/0.4kv供电方式，降低了送变电工程投资和线路损耗，改善多晶硅生产工艺布局，特别是在负荷密度大、线路长(注：一般多晶硅企业生产基地均建设远离城区的偏远地带)的情况下，经济效益更为显著。
52.根据本发明的一些实施例，所述第一原边绕组的首端和尾端分别设置有一个分接抽头4，所述第二原边绕组的首端和尾端分别设置有一个分接抽头4；所述多晶硅变流变压器处于第一状态时，所述第一原边绕组首端的分接抽头4与所述第二原边绕组首端的分接抽头4连接，所述第二原边绕组尾端的分接抽头4与所述第二原边绕组尾端的分接抽头4连接；所述多晶硅变流变压器处于第二状态时，所述第一原边绕组尾端的分接抽头4与所述第二原边绕组首端的分接抽头4连接。
53.根据本发明的一些实施例，所述第一原边绕组、所述第二原边绕组首端和尾端设置的分接抽头4，设置在所述多晶硅变流变压器的高压侧；其余分接抽头4设置在所述多晶
硅变流变压器的低压侧。其中，当所述多晶硅变流变压器受电为10kv，所述第一原边绕组和所述第二原边绕组的首端分接抽头4均为或10kv的输入端，尾端分接抽头4均为10kv的输出端。当所述多晶硅变流变压器受电为20kv，所述第一原边绕组首端分接抽头4为或20kv的输入端，所述第二原边绕组尾端分接抽头4为20kv的输出端。
54.根据本发明的一些实施例，各相所述原边绕组1采用三角形接线方式。
55.根据本发明的一些实施例，所述第一原边绕组和所述第二原边绕组中均包括4段绕组。
56.参见附图7、8a、8b和附图9，本发明中提供了一种具有8段绕组的原边绕组1作为示例，进一步对本发明中提供的多晶硅变流变压器进行解释说明。由附图7可见，所述原边绕组1采用多分段层式结构，第一原边绕组中包括4段绕组(图7中上部分4段绕组)，第二原边绕组中也包括4段绕组(图7中下部分4段绕组)。其中，所述第一原边绕组的首端设置有分接抽头a，所述第一原边绕组的尾端设置有分接抽头x。所述第一原边绕组的首端设置有分接抽头a'，所述第一原边绕组的尾端设置有分接抽头x'。通过改变引至原边绕组外部接线端子的联结方式实现双电压转换：
57.在接20kv级电网受电时所有段数中的匝数上、下串联使用(即：在图7中将原边绕组1的上半部的x与下半部的a'相连)；在接10kv级电网受电时所有段数中的匝数上、下并联使用(即：在图7中将原边绕组1的上半部的a与下半部的a'相连、上半部的x与下半部的x'相连)。
58.参见附图7，所述第一原边绕组和所述第二原边绕组中包括多个分接抽头4。具体地，所述原边绕组1采用分段层式的绕制方法，使得绕组的热点温升比较接近平均温升，通过精确计算10kv及20kv电压等级下绕组各段间和层间的电场强度，结合树脂绝缘干式变压器的爬电距离及降低绕组外部的局放，将输入端子和20kv与10kv出线端放在高压侧，第一原边绕组、第二原边绕组1
±
2x2.5％分接出线端放在低压侧，见图8a、8b及图9(图8a、8b中abc分别为三相中三个首端的分接抽头，xyz为对应的三个尾端的分接抽头)。合理改善线圈布置形式，有效地规避由于分接和出头引线的跨段问题造成的局部电场薄弱环节，均匀电场分布；绕组无论工作在10kv还是20kv电压下都能获得最佳的电磁安匝平衡，内部无环流产生且获得最优合理的空间利用。同时也提高了产品运行可靠性及稳定性，为进一步释放多晶硅产能提供可靠电源保障。
59.本发明中提供的可双电压转换的多晶硅变流变压器具有以下特点：
60.(1)在两种电压下，变压器的容量不变；
61.(2)在两种电压下，变压器的联结组别不变；
62.(3)在两种电压下，变压器的阻抗不变；
63.(4)在两种电压下，变压器的性能数据不变；
64.(5)在两种电压下，变压器不存在空匝运行的情况，即安匝平衡；
65.(6)从一种电压转换成另一种电压时操作方便。
66.进一步地，在接10kv级电网受电时，原边绕组1的接线原理图见图10，连接不同的分接抽头4时，输出的具体档位电压见表1。在接20kv级电网受电时，原边绕组1的接线原理图见图11，连接不同的分接抽头4时，输出的具体档位电压见表2。
67.表1
68.分接档位分接抽头4位置高压电压vⅰ2-3/2'-3'10500ⅱ3-4/3'-4'10250ⅲ4-5/4'-5'10000ⅳ5-6/5'-6'9750
ⅴ
6-7/6'-7'9500
69.表2
70.分接档位分接抽头4位置高压电压vⅰ2-3/2'-3'21000ⅱ3-4/3'-4'20500ⅲ4-5/4'-5'20000ⅳ5-6/5'-6'19500
ⅴ
6-7/6'-7'19000
71.根据本发明的一些实施例，所述副边绕组2中至少有一部分第一分线圈21为箔式绕制，至少有一部分第二分线圈22为导线绕制，所述第一分线圈21与所述第二分线圈22之间串联。在本发明中，可以通过对产品设计模型结构研究和专业磁场软件仿真分析以及实际产品运行状况设置第二分线圈22的位置，以解决由于传统技术中副边绕组全部采用箔式绕组存在的质量隐患。
72.根据本发明的一些实施例，所述箔式绕制的第一分线圈21选用铜箔或铝箔，所述导线绕制的第二分线圈22选用铜导线或铝导线。
73.根据本发明的一些实施例，所述副边绕组2中包括多个档位出头5。
74.根据本发明的一些实施例，以靠近所述铁心3的一侧为内侧，由内向外设置的所述档位出头5的输出电压依次降低。
75.针对现有技术中多晶硅变流干式变压器副边绕组全部采用“箔绕”结构，存在挤流现象的问题。此外，在现有技术中，将每相所述副边绕组沿所述铁心轴向方向分裂为第一副边绕组和第二副边绕组，共形成六个单相副边绕组，这样的绕制方案在产品运行时会存在第一副边绕组和第二副边绕组不同时运行，即变压器半穿越的运行状态，此时变压器负载严重不平衡，漏磁产生涡流损耗突然剧增，引起变压器副边绕组首末端部局部过热问题。
76.针对此问题，本发明中提供的多晶硅变流干式变压器，其中的副边绕组2采用“箔线混绕式”结构，即在副边绕组2中至少有一部分线圈(即第一分线圈21)采用箔式绕制，还有一部分线圈(即第二分线圈22)采用导线绕制，第一分线圈21和第二分线圈22在档位出头5处用螺栓将两者连接，使它们逐级串联在一起，输出所需的电流、电压。具体的结构和连接参见附图3和附图5，其中1u4与1u3相连、1u4'与1u3'相连；2u4与2u3相连、2u4'与2u3'相连；3u4与3u3相连、3u4'与3u3'相连。在本发明中第二分线圈22采用导线绕制而成，由于单根导线轴向尺寸较小(3～14mm)，横向漏磁可以顺利穿透绕组，且在导线上产生的涡流损耗较小。再者，本发明中还设置所述副边绕组2中的最小电流(即最高电压)档绕组设置在内侧(靠近铁心3侧)，其余绕组由内向外依次排布且电压等级依次降低，电流依次增大(即：形成具有多个输出档位多容量段输出)。上述结构和绕制的绕制方法解决了现有传统技术中漏磁在穿过副边绕组端部时引起局部涡流损耗集中而造成局部温升过高等难题，改善后的副
边绕组端部磁场分布见图2。另外，第一分线圈21和第二分线圈22采用内、外分开绕制然后再组装结构，还可解决由于产品容量大而造成的线圈绕制难度大、效率低的问题。本发明中提供的绕组结构具有很好的工艺性和效率、提高了变压器整体稳定性，设计和制造工艺难度大大降低，提高了产品的生产效率降低了产品的整体制造难度和成本。
77.下面通过一些具体实施例对本发明作进一步说明。
78.实施例1
79.本实施例中提供了一种双电压转换多晶硅变流变压器，参见附图7，所述原边绕组1与副边绕组2如下所示：
80.所述原边绕组1中的(一、四、五、八)段匝数相等，所述原边绕组1中的(二、三、六、七)段匝数相等；在接20kv级电网受电时所有段数上、下串联使用(即：段数一到八串联在一起)；在接10kv级电网受电时所有段数上、下并联使用(即：段数一到四串联形成上半部、段数五到八串联形成下半部，再将上半部与下半部并联在一起)。所述原边绕组1所有段数中的导线线规相同，导线截面积按20kv级电流要求选取(注：在10kv级受电时，电流是20kv的两倍，故所有段数上、下并联使用，可承受10kv级的电流)。另外，在设计副边绕组2输出工艺参数时将最大电流档与最小电流档的电流及电压按倍数关系考虑，在多晶硅变流变压器设计时可将所述副边绕组2选用铜导体，可用最少规格的线材单线(箔)单绕、双线(箔)并绕方式优化，降低生产中加工工艺难度及采购成本。
81.除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
82.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。