專利名稱：緊湊的干式變壓器的制作方法
技術領域：
本發明涉及緊湊的干式變壓器。
背景技術：
電變壓器通常為充油的或者是干式的。在充油式變壓器中，變壓器油是用于冷卻變壓器的芯部和線圈組的冷卻劑。充油式變壓器在成本效果上是合算的，并且通常在70至90攝氏度數量級的溫度下操作。然而，它們需要定期維修、換油并且容易遭受火災。變壓器油會污染環境并且會對健康造成危害。
干式變壓器包括磁性材料芯部和線圈組，該線圈組包括繞組，繞組在匝和層之間具有絕緣體。對于每個相位，線圈組浸漬和/或封裝有樹脂，線圈組裝配到芯部上并且位于保護性的金屬箱中。這種變壓器通常用于戶外應用。或者，芯部和浸漬和/或封裝的線圈組一起還使用樹脂封裝并且用于室內或戶外應用，帶有或不帶有保護性的金屬箱均可。
干式變壓器比較緊湊，與環境相容并且可以防火。它們不需要定期維修，并且優選用在危險區域例如礦山、人口稠密的住宅區或醫院中。干式變壓器通常在120至180攝氏度數量級的溫度下操作。溫度上升到環境溫度之上是繞組導體的電阻和通過繞組的電流導致的繞組中的損失以及磁性材料芯部中損失的效應。為了減小損失，繞組通常設計為具有較低的電流密度并且設置了較大的導體橫截面積。這可以減小繞組的電阻并且因此減小損失。對于給定的設計變量，較低的電流密度會增大芯部的尺寸和重量。芯部重量越高，無載損失就越高。這也會增大變壓器的成本。因此，如果必須在成本效果上是合算的話，就不能允許干式變壓器的操作溫度下降到某些極限值以下。冷卻管路已知設置在內部或者繞組和芯部之間以便于冷卻劑例如用于熱量耗散的空氣通過以及變壓器在較低的溫度下操作。管路增大了變壓器的尺寸和成本。
發明內容
本發明的目的是提供一種緊湊的干式變壓器，該緊湊的干式變壓器具有改進的熱量耗散效率并且能在更高的電流密度下操作。
本發明的另一個目的是提供一種緊湊的干式變壓器，該緊湊的干式變壓器包括橫截面減小的繞組，并且由此減小了變壓器的尺寸和重量。
本發明的另一個目的是提供一種具有減小的無載損失的緊湊的干式變壓器。
本發明的另一個目的是提供一種緊湊的干式變壓器，該緊湊的干式變壓器可以消除保護性的金屬箱，并且可以用于室內和戶外應用。
依照本發明，提供了緊湊的干式變壓器，該緊湊的干式變壓器包括磁性材料芯部和線圈組，該線圈組包括樹脂填充和/或封裝的繞組，并且在繞組匝和層之間具有絕緣體，繞組裝配到芯部上，其中，芯部包括第一散熱器和線圈組包括第二散熱器。
依照本發明的實施例，第一散熱器包括滑動配合在芯部上的蓋子以及設置在其外表面上的冷卻翼片。
依照本發明的實施例，第二散熱器包括外殼，每個外殼沿著其長度設置有狹縫并且在其外表面上設置有冷卻翼片。
依照本發明的另一個實施例，第二散熱器包括護套和多個熱管，其中每個護套沿著其長度設置有狹縫，每個熱管包括蒸發器部分和冷凝器部分以及在真空下具有低沸點的熱力液體，其中蒸發器部分位于沿著護套徑向隔開地設置的槽或孔中，冷凝器部分在其外表面上設置有冷卻翼片。
依照本發明的另一個實施例，第二散熱器包括套管，每個套管沿著其長度設置有狹縫并且在其置于繞組外部的一端處設置有冷卻翼片。
依照本發明的實施例，第二散熱器包括外殼，該外殼滑動配合在芯部管柱上樹脂填充和/或封裝的繞組上，并且沿其長度設置有狹縫并且在其外表面上設置有冷卻翼片，第二散熱器還包括護套和多個熱管，其中護套插入到芯部管柱上方并且沿著其長度設置有狹縫，每個熱管包括蒸發器部分和冷凝器部分并且包含在真空下具有低沸點的熱力液體，其中蒸發器部分位于沿著護套徑向隔開地設置的槽或孔中，冷凝器部分在其外表面上設置有冷卻翼片。
依照本發明的另一個實施例，第二散熱器包括外殼，每個外殼滑動配合在芯部管柱上樹脂填充和/或封裝的繞組之上，每個外殼沿著其長度設置有狹縫并且在其外表面上設置有冷卻翼片。第二散熱器還包括套管，套管布置在繞組之間并且在其置于繞組外部的一端處設置有冷卻翼片。
依照本發明的另一個實施例，第二散熱器包括外殼，外殼滑動配合在芯部管柱上樹脂填充和/或封裝的繞組之上，每個外殼沿著其長度設置有狹縫并且在其外表面上設置有冷卻翼片。
下面是參照附圖對本發明進行的詳細說明，其中圖1是依照本發明的實施例的緊湊的干式變壓器的正視圖；圖2是圖1的變壓器的頂視圖；圖3是圖2中沿A-A的剖面圖；圖4是圖1、2和3的變壓器的第一散熱器的蓋子的等角視圖。
圖5是圖1、2和3的變壓器的第二散熱器的外殼的等角視圖。
圖6是圖1、2和3的變壓器的第二散熱器的護套的等角視圖。
圖7是圖1、2和3的變壓器的第二散熱器的熱管的等角視圖。
圖8是圖1、2、3的變壓器的芯部管柱上安裝的繞組之一的局部剖視圖。
圖9是依照本發明的另一個實施例的緊湊的干式變壓器的剖視圖；圖10是依照本發明的另一個實施例的緊湊的干式變壓器的剖視圖；圖11是圖10的變壓器的第二散熱器的套管的等角視圖；并且圖12是依照本發明的另一個實施例的緊湊的干式變壓器的剖視圖。
具體實施例方式
如附圖中的圖1至8所示的緊湊的干式變壓器1A包括磁性材料芯部2和線圈組，該線圈組包括初級繞組或低壓繞組3和次級繞組或高壓繞組4，以及用于每個相位的繞組匝和層之間的絕緣體5。初級和次級繞組浸漬和/或封裝有樹脂6并且裝配到芯部的三個管柱7、8和9上。芯部包括第一散熱器，該第一散熱器包括滑動配合在芯部上的蓋子10并且在其外表面上設置了冷卻翼片11。線圈組包括第二散熱器，第二散熱器包括外殼12，其中每個外殼12沿著其長度設置有狹縫13并且在其外表面上設置有冷卻翼片14。外殼滑動配合在芯部管柱上的由樹脂填充和/或封裝的繞組上。第二散熱器還包括護套15，每個護套15沿著其長度設置有狹縫16。多個熱管標記為17，每個都包括蒸發器部分18和冷凝器部分19。熱管的蒸發器部分位于筒或者孔20中，其中孔20沿著護套徑向隔開地設置。熱管的冷凝器部分布置在護套外部并且在其外表面上設置有冷卻翼片21。護套插入到芯部2的管柱上方。熱管包含在真空下具有較低沸點的熱力液體(未顯示)，諸如水。線圈蓋標記為22。變壓器的接線端標記為23。
附圖中圖9的變壓器1B與圖1-8所示的變壓器相同，除了帶有熱管的護套插入到在芯部2的管柱上樹脂填充的和/或封裝的繞組之間之外。
除了包括外殼12和套管24和冷卻翼片26的第二散熱器之外，附圖中圖10和11的變壓器1C與圖1-8的變壓器相同，其中外殼12滑動配合在芯部的管柱上的樹脂填充和/或封裝的繞組之上，每個套管24都沿其長度設置有狹縫25和在繞組外部在其一端設置的冷卻翼片26。套管插入到在芯部2的管柱上由樹脂填充和/或封裝的繞組之間。
除了第二散熱器包括滑動配合在芯部2的管柱上樹脂填充和/或封裝的繞組之上的外殼12之外，附圖的圖12中的變壓器1D與圖1-8的變壓器相同。
變壓器的蓋子、外殼、護套或者套管由具有良好的熱導率的非磁性材料例如鋁或者銅形成。優選對于蓋子、外殼、護套或者套管使用鋁，因為它具有經濟性、容易獲得、并且具有良好的鑄造性能以及易于成批生產。對于蓋子、外殼、護套或者套管優選具有2-5毫米的典型的厚度，以便使渦流損失減到最少。蓋子、外殼、護套或者套管中的狹縫相對于電流設置成非連續的，由此防止變壓器中發生短路。
在變壓器的操作期間，在其芯部和繞組中都產生熱量。芯部中的熱量通過蓋子傳導出去并且通過其外表面上的冷卻翼片經由輻射和對流耗散到環境中。繞組和芯部中的熱量通過外殼傳導出去并且通過其外表面上的冷卻翼片經由輻射和對流耗散到環境中。類似地，繞組和芯部中的熱量也通過套管傳導出去并且通過其一端處的冷卻翼片經由輻射和對流耗散到環境中。由于繞組和芯部中的熱量，熱管的蒸發器部分中的熱力液體發生蒸發，并且蒸汽行進到其冷凝器部分而帶走了繞組和芯部中的熱量。蒸汽在熱管的冷凝器部分中冷凝，從而將熱量給到環境中。熱管冷凝器部分外表面上的翼片促使熱量通過輻射和對流傳送到環境中。因此，就提高了變壓器的熱量耗散效率。
在傳統的干式變壓器和依照本發明的變壓器之間進行了相比較的計算機模擬研究，結果顯示在下面的表中。
表
從表中可以看出，本發明的變壓器中的芯部和繞組的溫度升高與同等級別的傳統變壓器的芯部和繞組中的溫度升高是相當的。該表還顯示了本發明的變壓器繞組的橫截面積比傳統變壓器的小。因為本發明的變壓器具有提高的熱量耗散效率，所以能夠在更高的電流密度下操作。由于繞組減小的橫截面積，所以芯部和線圈組的尺寸和重量減小。因此，變壓器比較緊湊并且無載損失減小。本發明消除了保護性的金屬箱。蓋子和外殼為芯部和繞組提供了免受環境影響的保護。因此，本發明的變壓器可以用于室內和戶外的應用。
變壓器可以是單相或者多相位并且因此線圈組可以包括繞組。本發明的這種變體應該解釋并且理解為在其范圍內。
權利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種緊湊的干式變壓器，包括磁性材料芯部和線圈組，該線圈組包括樹脂填充和/或封裝的繞組，并且在繞組匝和層之間具有絕緣體，繞組裝配到芯部上，其中，芯部包括第一散熱器，所述第一散熱器包括蓋子，所述蓋子由具有良好的熱導率的非磁性材料制成并且滑動配合在芯部上以及在其外表面上設置有冷卻翼片，以及線圈組包括第二散熱器，所述第二散熱器包括外殼，該外殼由具有良好的熱導率的非磁性材料制成并且滑動配合在芯部管柱上樹脂填充和/或封裝的繞組上，并且沿其長度設置有狹縫并且在其外表面上設置有冷卻翼片，第二散熱器還包括護套和多個熱管，其中護套由具有良好的熱導率的非磁性材料制成并且插入到芯部的管柱上方并且沿著其長度設置有狹縫，每個熱管包括蒸發器部分和冷凝器部分并且包含在真空下具有低沸點的熱力液體，其中蒸發器部分位于沿著護套徑向隔開地設置的槽或孔中，并且冷凝器部分設置在護套的外側并且在其外表面上設置有冷卻翼片。
2.一種緊湊的干式變壓器，包括磁性材料芯部和線圈組，該線圈組包括樹脂填充和/或封裝的繞組，并且在繞組匝和層之間具有絕緣體，繞組裝配到芯部上，其中，芯部包括第一散熱器，所述第一散熱器包括蓋子，所述蓋子由具有良好的熱導率的非磁性材料制成并且滑動配合在芯部上以及在其外表面上設置有冷卻翼片，以及線圈組包括第二散熱器，所述第二散熱器包括外殼，該外殼由具有良好的熱導率的非磁性材料制成并且滑動配合在芯部管柱上樹脂填充和/或封裝的繞組上，并且沿其長度設置有狹縫并且在其外表面上設置有冷卻翼片，第二散熱器還包括由具有良好的熱導率的非磁性材料制成的布置在繞組之間的套管，并且套管沿其長度設置有狹縫以及在置于繞組外部的一端處設置有冷卻翼片。
3.一種緊湊的干式變壓器，包括磁性材料芯部和線圈組，該線圈組包括樹脂填充和/或封裝的繞組，并且在繞組匝和層之間具有絕緣體，繞組裝配到芯部上，其中，芯部包括第一散熱器，所述第一散熱器包括蓋子，所述蓋子由具有良好的熱導率的非磁性材料制成并且滑動配合在芯部上以及在其外表面上設置有冷卻翼片，以及線圈組包括第二散熱器，所述第二散熱器包括外殼，該外殼由具有良好的熱導率的非磁性材料制成并且滑動配合在芯部管柱上樹脂填充和/或封裝的繞組上，并且沿其長度設置有狹縫并且在其外表面上設置有冷卻翼片。
4.如權利要求1，2或3所述的緊湊的干式變壓器，其特征在于，所述蓋子、外殼、護套或套管的厚度為2至5毫米。
權利要求
1)一種緊湊的干式變壓器，包括磁性材料芯部和線圈組，該線圈組包括樹脂填充和/或封裝的繞組，并且在繞組匝和層之間具有絕緣體，繞組裝配到芯部上，其中，芯部包括第一散熱器和線圈組包括第二散熱器。
2)如權利要求1所述的緊湊的干式變壓器，其特征在于，所述第一散熱器包括滑動配合在芯部上的蓋子以及設置在其外表面上的冷卻翼片。
3)如權利要求1或2所述的緊湊的干式變壓器，其特征在于，所述第二散熱器包括外殼，每個外殼沿著其長度設置有狹縫并且在其外表面上設置有冷卻翼片。
4)如權利要求1或2所述的緊湊的干式變壓器，其特征在于，所述第二散熱器包括護套和多個熱管，其中每個護套沿著其長度設置有狹縫，每個熱管包括蒸發器部分和冷凝器部分并且包含在真空下具有低沸點的熱力液體，其中蒸發器部分位于沿著護套徑向隔開地設置的槽或孔中，冷凝器部分在其外表面上設置有冷卻翼片。
5)如權利要求1或2所述的緊湊的干式變壓器，其特征在于，所述第二散熱器包括套管，每個套管沿著其長度設置有狹縫并且在其置于繞組外部的一端處設置有冷卻翼片。
6)如權利要求1或2所述的緊湊的干式變壓器，其特征在于，所述第二散熱器包括外殼，該外殼滑動配合在芯部管柱上樹脂填充和/或封裝的繞組上，并且沿其長度設置有狹縫并且在其外表面上設置有冷卻翼片，第二散熱器還包括護套和多個熱管，其中護套插入到芯部的管柱上方并且沿著其長度設置有狹縫，每個熱管包括蒸發器部分和冷凝器部分并且包含在真空下具有低沸點的熱力液體，其中蒸發器部分位于沿著護套徑向隔開地設置的槽或孔中，冷凝器部分設置在護套的外側并且在其外表面上設置有冷卻翼片。
7)如權利要求1或2所述的緊湊的干式變壓器，其特征在于，所述第二散熱器包括外殼和套管，其中外殼滑動配合在芯部管柱上樹脂填充和/或封裝的繞組之上，沿其長度設置有狹縫并且在其外表面上設置有冷卻翼片，第二散熱器還包括布置在繞組之間的套管，并且套管沿其長度設置有狹縫以及在置于繞組外部的一端處設置有冷卻翼片。
8)如權利要求1或2所述的緊湊的干式變壓器，其特征在于，所述第二散熱器包括外殼，所述外殼滑動配合在芯部管柱上樹脂填充和/或封裝的繞組之上并且沿著其長度設置有狹縫以及在其外表面上設置有冷卻翼片。
9)如權利要求2至8任意一項所述的緊湊的干式變壓器，其特征在于，所述蓋子、外殼、護套或套管由具有良好的熱導率的非磁性材料制成。
10)如權利要求9所述的緊湊的干式變壓器，其特征在于，所述蓋子、外殼、護套或套管由鋁形成。
11)如權利要求9或10所述的緊湊的干式變壓器，其特征在于，所述蓋子、外殼、護套或套管的厚度為2至5毫米。
12)一種尤其是參照附圖中的圖1至8或圖9或圖10和11或圖12在此描述的緊湊的干式變壓器。
全文摘要
一種緊湊的干式變壓器(1A)包括磁性材料芯部(2)，芯部設置有第一散熱器，第一散熱器包括蓋子(10)，蓋子(10)在其外表面上具有冷卻翼片(11)。變壓器還包括設置有第二散熱器的線圈組(3，4)，第二散熱器包括在其外表面上具有冷卻翼片(14)的外殼(12)。第二散熱器還包括具有熱管(17)的護套(15)，其中熱管(17)包含在真空下具有低沸點的熱力液體，例如水。包括蒸發器部分和冷凝器部分的熱管在其外表面上具有冷卻翼片(21)。由于散熱器，所以提高了變壓器的熱量耗散效率。
文檔編號H01F27/28GK101015026SQ200480043772
公開日2007年8月8日 申請日期2004年8月10日 優先權日2004年8月10日
發明者阿倫·達塔特拉亞·亞爾戈萊, 基肖爾·烏德夫·喬希 申請人:克朗普頓·格里夫斯有限責任公司