用于變壓器的壓制框架結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于變壓器的壓制框架結(jié)構(gòu)，它有一些受拉構(gòu)件（302），它們安裝在變壓器的繞組（201）外部以及通過(guò)斜撐（301）與拉壓板（304）連接。拉壓板（304）安裝在變壓器的鐵芯附近或安裝在鐵芯上。受拉構(gòu)件（302）和/或拉壓板（304）可以選擇用電絕緣材料制成。在這種情況下帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是，一方面可以減小變壓器工作時(shí)的渦流并因而降低損失，以及另一方面為變壓器的設(shè)計(jì)提供了附加的自由度。本發(fā)明可以例如應(yīng)用于大功率變壓器。
【專利說(shuō)明】用于變壓器的壓制框架結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于變壓器，尤其大功率變壓器的壓制框架結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁交變場(chǎng)在(功率)變壓器的壓制框架和拉壓板或拉桿內(nèi)感應(yīng)生產(chǎn)渦流。這導(dǎo)致顯著增大附加損失和有可能導(dǎo)致熱力學(xué)問(wèn)題。
[0003]已知，用芯板磁性地屏蔽壓制框架。還已知，采用無(wú)磁性的鋼制造的壓制框架。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，減小變壓器內(nèi)不希望的渦流，并與此同時(shí)提供一種設(shè)計(jì)功率變壓器結(jié)構(gòu)，尤其功率變壓器的壓制框架的新的設(shè)計(jì)方法。
[0005]上述技術(shù)問(wèn)題按獨(dú)立權(quán)利要求的所述特征部分得以解決。尤其由從屬權(quán)利要求可得知優(yōu)選的實(shí)施形式。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種用于變壓器的壓制框架結(jié)構(gòu)，它包括多個(gè)受拉構(gòu)件、多個(gè)設(shè)計(jì)為至少部分從變壓器鐵芯傾斜伸出的斜撐、多塊拉壓板，它們安裝在變壓器鐵芯上或其附近，其中，受拉構(gòu)件設(shè)置在變壓器的繞組外部，以及其中，借助斜撐連接受拉構(gòu)件與拉壓板。
[0007]這種壓制框架結(jié)構(gòu)為變壓器的設(shè)計(jì)提供了附加的自由度，以及可以將力從鐵芯邊緣再分配到繞組外部的區(qū)域內(nèi)。由此，可以在鐵芯上或其附近減少需要的拉壓板磁性有效的份額，其結(jié)果是明顯減少因渦流引起的損失以及在拉壓板上的力矩。
[0008]在這里建議了一種壓制框架結(jié)構(gòu)，它例如不沿整個(gè)長(zhǎng)度貼靠在變壓器鐵芯上。盡管如此，這種壓制框架結(jié)構(gòu)仍用于水平支承例如由芯板疊構(gòu)成的變壓器鐵芯。在這種情況下帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是，在上部與下部壓制框架之間的軸向繞組力也能傳入在相鄰鐵芯柱上繞組之間的空隙內(nèi)。如果能利用變壓器周圍的空間，則例如借助斜撐可以通過(guò)壓制框架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)必要的攏固。
[0009]所述壓制框架結(jié)構(gòu)例如包括一些斜撐，所以這種壓制框架結(jié)構(gòu)(尤其斜撐)提供了橫截面積盡可能小的磁場(chǎng)力線，在這種橫截面積內(nèi)會(huì)誘發(fā)渦流。借助數(shù)字磁場(chǎng)計(jì)算，可以將壓制框架結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化為，能達(dá)到降低附加損失。
[0010]與此同時(shí)可以按力學(xué)有利的分布來(lái)確定沿軸向的力傳遞的出發(fā)點(diǎn)，這導(dǎo)致減小作用在壓制框架結(jié)構(gòu)上的力矩。也可以選擇與已知壓制框架的高度相比減小壓制框架結(jié)構(gòu)的高度，這使得對(duì)于變壓器需要的位置是有利的。
[0011]一項(xiàng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)是，斜撐設(shè)計(jì)為以這樣的方式傾斜，亦即使磁通量通過(guò)斜撐而減小，尤其降為最低值。
[0012]因此壓制框架結(jié)構(gòu)的幾何形狀基于各種場(chǎng)景的具體尺寸優(yōu)化為，使渦流損失減至最低程度或至少顯著減小。
[0013]另一項(xiàng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)是，斜撐用薄板制成。作為替代方式，斜撐也可以用塑料或碳制成。組合不同的材料也是可能的。
[0014]一項(xiàng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)尤其是，拉壓板連接變壓器的上部壓制框架與變壓器的下部壓制框架。
[0015]在上部與下部壓制框架之間的這種(最短的)連接，還表征在這里所說(shuō)明的軸向方向。
[0016]還有一項(xiàng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)是，受拉構(gòu)件連接所述變壓器的上部壓制框架與變壓器的下部壓制框架。
[0017]此外一項(xiàng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)是，受拉構(gòu)件至少部分用電絕緣材料制成。
[0018]按一項(xiàng)附加的進(jìn)一步發(fā)展，拉壓板至少部分用電絕緣材料制成。
[0019]這樣做帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是，受拉構(gòu)件和/或拉壓板可以任意定位，因?yàn)椴捎秒娊^緣材料對(duì)于磁通量沒(méi)有值得一提的影響。
[0020]下一項(xiàng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)在于，拉壓板至少部分置入繞組內(nèi)。
[0021 ] 一種擴(kuò)展設(shè)計(jì)是，拉壓板至少部分安裝在變壓器的散射信道(Streukanal)內(nèi)。
[0022]一種作為替代的實(shí)施形式在于，拉壓板至少部分安裝在變壓器的一個(gè)在相鄰鐵芯柱的繞組之間的空間內(nèi)以及在變壓器的這些鐵芯柱與箱壁之間的區(qū)域內(nèi)。
[0023]下一種擴(kuò)展設(shè)計(jì)是，拉壓板至少部分安裝在變壓器的鐵芯內(nèi)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]結(jié)合下面借助附圖詳細(xì)闡述的實(shí)施例，可以更清楚和明確地理解本發(fā)明的上述性質(zhì)、特征和優(yōu)點(diǎn)以及如何達(dá)到這些的方式和方法。為了能一目了然，附圖中相同或作用相同的部分采用同樣的附圖標(biāo)記。
[0025]附圖中:
[0026]圖1示意表示變壓器的鐵芯，包括上部和下部壓制框架以及多塊連接上部與下部壓制框架的拉壓板；
[0027]圖2示意表示從上方看變壓器的俯視圖，其中變壓器具有圖1所示的鐵芯、壓制框架和拉壓板；以及
[0028]圖3表示一種與圖1和圖2不同的壓制框架結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)受拉構(gòu)件和斜撐，它們?cè)O(shè)置在變壓器繞組的外部。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1示意表示一種已知的處于裝配狀態(tài)的變壓器鐵芯101，變壓器包括多個(gè)鐵芯柱以及下部磁軛(沒(méi)有表示已裝上的上部磁軛)。這些鐵芯柱用箍包扎，繞組在此裝配狀態(tài)還不存在。變壓器具有上部和下部壓制框架102和多塊拉壓板103，它們連接上部與下部壓制框架102。鐵芯101優(yōu)選地由多層芯板構(gòu)成。通過(guò)壓制框架102和拉壓板103保證鐵芯101的機(jī)械穩(wěn)定性。拉壓板103與壓制框架102保證，變壓器即使在完成裝配的狀態(tài)也能沿鐵芯柱(軸向)固定。
[0030]圖2示意表示從上方看已知變壓器的俯視圖，其中類似于圖1，變壓器有鐵芯101、壓制框架102和拉壓板103。此外，在圖2中象征性表示變壓器繞組201。與圖1中表示的變壓器不同，圖2所示的變壓器包括三個(gè)鐵芯柱，以及在圖2的視圖中示意性表示出，繞組已經(jīng)安置在鐵芯柱上。
[0031]圖2所示的壓制框架102可設(shè)計(jì)為在變壓器的上部和下部區(qū)(參見(jiàn)圖1)內(nèi)基本連續(xù)的；為了說(shuō)明，圖2在這里選擇了一個(gè)象征性的剖視圖，其中除壓制框架102外，按規(guī)定的距離和大體在繞組201的每個(gè)中心內(nèi)，分別安裝一塊拉壓板103，它們?cè)谧儔浩鞯纳隙伺c下端連接壓制框架102。
[0032]壓制框架102為磁通量提供了一個(gè)大的橫截面，這導(dǎo)致巨大損失。
[0033]圖3用俯視圖表示按本發(fā)明與圖1和圖2不同的壓制框架結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)受拉構(gòu)件302和斜撐301，它們安裝在繞組201外部，尤其在繞組旁或與之側(cè)向錯(cuò)開(kāi)。此外，圖3還表示多塊拉壓板304。受拉構(gòu)件302和拉壓板304分別固定在變壓器上部區(qū)內(nèi)及變壓器的下部區(qū)內(nèi)，從而將鐵芯有效地沿軸向固定并將芯板攏固在一起。借助斜撐301至少局部地連接受拉構(gòu)件302與拉壓板304。
[0034]這種壓制框架結(jié)構(gòu)為磁通量提供一種與按圖2的設(shè)計(jì)相比明顯減小的橫截面，這導(dǎo)致降低因渦流造成的損失。
[0035]所述壓制框架結(jié)構(gòu)可以將軸向力從鐵芯邊緣再分配到在繞組201外部的區(qū)域內(nèi)。受拉構(gòu)件302優(yōu)選地也與上部和下部壓制框架(在圖3中沒(méi)有表示)固定在一起。因此與拉壓板304 —樣，受拉構(gòu)件302也沿軸向沿變壓器延伸，并尤其在上部和下部固定在變壓器上(例如固定在壓制框架上)。例如受拉構(gòu)件302可以在下部懸掛以及在上部用螺釘與變壓器連接。
[0036]攏固變壓器繞組201所需要的軸向力，按圖3分配給拉壓板304、受拉構(gòu)件302和斜撐301。優(yōu)選地，將這種結(jié)構(gòu)的尺寸確定為，使鐵芯和繞組201 (至少)用與如在傳統(tǒng)的壓制框架結(jié)構(gòu)中那樣相同的力攏固。
[0037]因此采用所建議的設(shè)計(jì)方案，一方面保證，具有所需要的機(jī)械穩(wěn)定性，以及另一方面減小拉壓板304在鐵芯橫截面內(nèi)的份額。由此在拉壓板304內(nèi)造成較小的損失。還可以減小鐵芯的體積，這對(duì)于變壓器的成本是有利的。由此也減小作用在拉壓板304上的力矩。
[0038]有一種選擇是，在上部與下部壓制框架(圖3沒(méi)有表示)之間軸向的力傳遞通過(guò)受拉構(gòu)件302和/或拉壓板304實(shí)現(xiàn)，它們例如至少部分地用電絕緣材制制成。
[0039]在這種情況下帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是，允許拉壓板304有較低的機(jī)械強(qiáng)度，于是它們也可以使用在變壓器的一些對(duì)于導(dǎo)電的拉壓板304不利的位置上，并因而可以為拉壓板304提供更多的使用空間。尤其是，軸向力(預(yù)壓力、短路力)由受拉構(gòu)件302承受。
[0040]例如，用電絕緣材制成的例如拉壓板形式的受拉構(gòu)件302，可以沿軸向裝入或卷繞在繞組內(nèi)、處于散射信道內(nèi)和/或處于變壓器的鐵芯柱繞組之間的空間內(nèi)、以及處于變壓器的這些鐵芯柱與箱壁之間的區(qū)域內(nèi)。
[0041]在這里應(yīng)當(dāng)注意，變壓器處于例如充填一種液體的箱體內(nèi)部。
[0042]散射信道主要有以下兩個(gè)功能:
[0043]( I)在兩個(gè)繞組之間傳遞的功率在散射信道中的磁場(chǎng)內(nèi)傳輸。
[0044](2)散射信道的幾何形狀對(duì)于變壓器的短路阻抗是決定性的。這種短路阻抗限制了在故障情況下(亦即在短路時(shí))的電流。所述短路阻抗可例如在變壓器設(shè)計(jì)的框架內(nèi)，例如以電網(wǎng)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)預(yù)先給定。
[0045](主)散射信道相應(yīng)于兩個(gè)繞組之間的空隙，例如在初級(jí)繞組與次級(jí)繞組之間或高壓與低壓之間的空隙。
[0046]若變壓器有兩個(gè)以上繞組，則它可以有更多個(gè)散射信道。在多重同心設(shè)計(jì)的情況下，它也可以在兩個(gè)(分離的)繞組之間有一個(gè)以上散射信道，例如從里到外:低壓、高壓、低壓(與內(nèi)部的低壓串聯(lián))。
[0047]例如改進(jìn)的板條可以在多層繞組、散射信道、繞組空隙內(nèi)設(shè)計(jì)為絕緣的受拉構(gòu)件。這種受拉構(gòu)件也可以安裝在變壓器本身的鐵芯容積內(nèi)。
[0048]上部和下部壓制框架可分別基本上按慣例制造。然而在壓制框架內(nèi)的損失幾乎可以完全避免:通過(guò)將軸向壓力有利地分布在多個(gè)絕緣的受拉構(gòu)件上，與此同時(shí)還可以達(dá)到對(duì)上部和下部壓制框架的體積優(yōu)化。
[0049]選擇用電絕緣材料制的受拉構(gòu)件，可以減小在壓制框架內(nèi)損失的功率，并與此同時(shí)允許獲得壓制框架的機(jī)械穩(wěn)定性。
[0050]相應(yīng)地，用電絕緣材料制成的受拉構(gòu)件在圖2所示的例子中可以幾乎到處安裝或添加在區(qū)域401內(nèi)。通過(guò)為受拉構(gòu)件使用絕緣材料得到變壓器設(shè)計(jì)時(shí)附加的自由度；尤其是，拉壓板103可以完全用由電絕緣材料制成的拉壓板代替。
[0051]雖然通過(guò)至少一種示出的實(shí)施例詳細(xì)圖示并說(shuō)明了本發(fā)明，但本發(fā)明不受此限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以由此導(dǎo)出其他方案，并不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于變壓器的壓制框架結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)受拉構(gòu)件(302)、多個(gè)設(shè)計(jì)為至少部分從變壓器鐵芯傾斜伸出的斜撐(301)、多塊拉壓板(304)，它們安裝在變壓器鐵芯上或其附近，其中，受拉構(gòu)件(302)設(shè)置在變壓器的繞組(201)外部，以及其中，借助所述斜撐(301)連接所述受拉構(gòu)件(302)與拉壓板(304)。
2.按照權(quán)利要求1所述的壓制框架結(jié)構(gòu)，其中，斜撐(301)設(shè)計(jì)為以這樣的方式傾斜，亦即使磁通量通過(guò)斜撐(301)減小。
3.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的壓制框架結(jié)構(gòu)，其中，所述斜撐(301)用薄板制成。
4.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的壓制框架結(jié)構(gòu)，其中，所述拉壓板(304)連接所述變壓器的上部壓制框架與變壓器的下部壓制框架。
5.按照權(quán)利要求4所述的壓制框架結(jié)構(gòu)，其中，所述受拉構(gòu)件(302)連接所述變壓器的上部壓制框架與變壓器的下部壓制框架。
6.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的壓制框架結(jié)構(gòu)，其中，所述受拉構(gòu)件(302)至少部分用電絕緣材料制成。
7.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的壓制框架結(jié)構(gòu)，其中，所述拉壓板(304)至少部分用電絕緣材料制成。
8.按照權(quán)利要求7所述的壓制框架結(jié)構(gòu)，其中，所述拉壓板(304)至少部分置入繞組內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求7或8之一所述的壓制框架結(jié)構(gòu)，其中，所述拉壓板(304)至少部分安裝在所述變壓器的散射信道內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求7至9之一所述的壓制框架結(jié)構(gòu)，其中，所述拉壓板(304)至少部分安裝在所述變壓器的一個(gè)在相鄰鐵芯柱的繞組(201)之間的空間內(nèi)以及在變壓器的這些鐵芯柱與箱壁之間的區(qū)域內(nèi)。
11.按照權(quán)利要求7至10之一所述的壓制框架結(jié)構(gòu)，其中，所述拉壓板(304)至少部分安裝在變壓器的鐵芯內(nèi)。
【文檔編號(hào)】H01F27/26GK103827995SQ201280047299
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月27日
【發(fā)明者】S.沃思 申請(qǐng)人:西門子公司