單相變壓器的制作方法

本發明涉及變壓器技術領域，具體涉及一種單相變壓器。

背景技術：

超高壓、大容量的單相電力變壓器，三相電力變壓器組以及換流變壓器等某些大型特種變壓器受到運輸尺寸的限制，變壓器鐵心往往采用單相多柱并聯鐵心。圖1和圖2分別為包括單相四柱鐵心的變壓器的兩種不同結構，圖1和圖2的變壓器均形成并聯的多個框形結構，包括兩個旁框和兩個旁框之間的一個中框。在圖1和圖2兩種結構的變壓器中，根據安培環路定律，旁框回路L1中的勵磁磁動勢為NI，而中框回路L2中的勵磁磁動勢為2NI，其中，N為初級繞組31的線圈匝數，I為流過初級繞組31的電流。又因為旁框回路L1和中框回路L2中的磁阻相近，因此，由磁路歐姆定律Φ＝F_m/R_m可知，在中框回路L2中流通的磁通要比旁框回路L1中的磁通要多很多，但由于兩個回路的截面相同，因此旁框回路L1存在欠激磁，而中框回路L2存在過激磁。

電力變壓器所用的鐵心硅鋼片具有非線性磁化特性，對于這樣一個具有零序磁通自由通路的非線性磁路系統，在磁路中將產生大量的附加零序諧波磁通。以分框結構為例，如圖3所示，波形v1表示旁框的磁通感應電壓波形，波形v2表示中框的磁通感應電壓波形，根據圖3的數據可以得出：中框基波磁通是旁框基波磁通的1.88倍，三次諧波含有率達到31.4％,容易造成中框局部過熱。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種單相變壓器，以使得變壓器鐵心中的各框內的磁通分布更加均勻，減少中框磁路出現的過磁現象。

為了實現上述目的，本發明提供一種單相變壓器，包括單相多柱鐵心，所述單相多柱鐵心包括兩個旁柱以及兩個所述旁柱之間并聯的至少兩個心柱，兩個相鄰的心柱通過兩個軛部相連以形成中框，所述心柱和與其相鄰的旁柱通過兩個軛部相連以形成旁框，所述單相變壓器還包括至少一個穩壓繞組，所述穩壓繞組包括第一線圈和第二線圈，所述第一線圈和所述第二線圈的同名端相連，所述第一線圈繞設在所述旁框的任意一個軛部或旁柱上，所述第二線圈繞設在與該旁框相鄰的中框的任意一個軛部上。

優選地，所述單相多柱鐵心包括兩個所述心柱，所述單相變壓器包括一個所述穩壓繞組；在所述旁框中，其中一個軛部連接在所述心柱的頂端與所述旁柱的頂端之間，另一個軛部連接在所述心柱的底端與所述旁柱的底端之間；在所述中框中，其中一個軛部連接在兩個所述心柱的頂端之間，另一個軛部連接在兩個心柱的底端之間，所述第一線圈和所述第二線圈均繞設在與所述心柱的頂端相連的軛部上。

優選地，所述單相多柱鐵心包括三個所述心柱，所述單相多柱變壓器包括兩個所述穩壓繞組；兩個所述穩壓繞組中的兩個第一線圈設置不同的旁框上，兩個所述穩壓繞組中的兩個第二線圈設置在不同的中框上。

優選地，所述第一線圈和所述第二線圈的匝數相同。

優選地，所述第一線圈的導線和所述第二線圈的導線的橫截面積相等。

優選地，每個所述心柱上設置有油道，以將所述心柱分為兩部分。

優選地，各個所述心柱的橫截面積相等，兩個所述旁柱的橫截面積也相等，所述旁柱的橫截面積為所述心柱的橫截面積的0.5倍。

優選地，與其中一個旁柱相鄰的心柱上繞設有初級繞組，與另一個旁柱相鄰的心柱上繞設有次級繞組。

優選地，所述單相多柱鐵心為疊片式鐵心。

在本發明中，單相多柱鐵心上設置有穩壓繞組，所述穩壓繞組包括并聯的第一線圈和第二線圈，由于第一線圈和第二線圈上的感應 電壓相同，因而可以起到對旁框磁通和中框磁通的平衡作用，防止中框出現過激磁、旁框出現欠激磁。并且，通過穩壓繞組的設置，減少了旁框和中框中所出現的高次諧波，從而減少了因高次諧波造成的鐵心局部過熱的情況，降低了空載損耗和空載電流。

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1是現有技術中采用單相四柱鐵心的變壓器的第一種結構示意圖；

圖2是現有技術中采用單相四柱鐵心的變壓器的第二種結構示意圖；

圖3是圖2所示的變壓器中旁框和中框的感應電壓波形圖；

圖4是本發明提供的設置有穩壓繞組的單相多柱鐵心的第一種結構示意圖；

圖5是本發明提供的設置有穩壓繞組的單相多柱鐵心的第二種結構示意圖；

圖6是本發明提供的設置有穩壓繞組的單相多柱鐵心的第三種結構示意圖；

圖7是本發明提供的設置有穩壓繞組的單相多柱鐵心的第四種結構示意圖。

其中，附圖標記為：

11、旁柱；12、心柱；13、軛部；14、油道；20、穩壓繞組；21、第一線圈；22、第二線圈；31、初級繞組。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。

本發明提供一種單相變壓器，如圖4至圖7所示，包括單相多柱鐵心，所述單相多柱鐵心包括兩個旁柱11，兩個旁柱11之間并聯有至少兩個心柱12，兩個相鄰的心柱12通過兩個軛部13相連以形成中框，心柱12和與其相鄰的旁柱11通過兩個軛部13相連以形成旁框。并且，所述單相變壓器還包括至少一個穩壓繞組20，穩壓繞組20包括第一線圈21和第二線圈22，第一線圈21和第二線圈22的同名端相連，第一線圈21繞設在所述旁框的任意一個軛部或旁柱11上，第二線圈22繞設在與該旁框相鄰的中框的任意一個軛部13上。

在現有技術中未設置穩壓繞組的情況下，中框中產生的磁動勢是旁框中產生的磁動勢的2倍，導致流過的磁通比流過旁框的磁通大很多，從而使中框出現過激磁，且中框中含有較多的三次諧波，導致鐵心局部過熱。而本發明中，由于鐵心上設置有穩壓繞組20，穩壓繞組20中的第一線圈21和第二線圈22是并聯的，因此，第一線圈21和第二線圈22上的感應電壓相等，即，當勵磁電壓為U、第一線圈21兩端的電壓為U1、第二線圈22兩端的電壓為U2時，U＝U1+U2，U1＝U2＝U/2。而電壓等于磁通量對時間的導數，在兩個線圈上的電壓相等的這一限制下，使得流過旁框的磁通Ф1和流過中框的磁通Ф2也相等，從而防止中框出現過激磁、旁框出現欠激磁。

另外，在未設置所述穩壓繞組的情況下，盡管勵磁電壓U中不含高次諧波，而由于單相變壓器本身為非線性器件，因此，旁框的感應電壓和中框的感應電壓中一者會產生正向的高次諧波，另一者產生負向的高次諧波，以使二者之和等于不含諧波的勵磁電壓。而本發明中由于穩壓繞組的設置，第一線圈21兩端的電壓U1和第二線圈22兩端的電壓U2相等，勵磁電壓U也不含高次諧波，因此，旁框和中框的感應電壓中也不含一正一負的高次諧波，從而減少了因高次諧波造成的鐵心局部過熱的情況，同時降低了空載損耗和空載電流。

在所述單相變壓器中，與其中一個旁柱11相鄰的心柱12上繞設有初級繞組，與另一個旁柱11相鄰的心柱12上繞設有次級繞組。初級繞組兩端加載電壓后，所述旁框和所述中框內均有磁通流過，形 成磁通回路。

具體地，在所述旁框中，其中一個軛部13連接在心柱12的頂端與旁柱11的頂端之間，另一個軛部13連接在心柱12的底端與旁柱11之間，在所述中框中，其中一個軛部13連接在兩個心柱12的頂端之間，另一個軛部13連接在兩個心柱12的底端之間。優選地，如圖4至圖7所示，將第一線圈21繞設在與心柱12頂端相連的軛部13上；將第二線圈22繞設在與心柱12頂端相連的軛部13。以便于第一線圈21和第二線圈22的安裝。

對于單相四柱鐵心和單相五柱鐵心，均可以設置上述穩壓繞組。作為本發明的一種具體實施方式，如圖4和圖5所示，所述單相多柱鐵心包括兩個旁柱11和位于兩個旁柱11之間的兩個心柱12，這種情況下，所述單相變壓器包括一個穩壓繞組20。同時為了便于穩壓繞組20的設置，該穩壓繞組20中的第一線圈21可以位于左側旁框中與心柱12頂端相連的軛部13上，也可以位于右側旁框中與心柱12頂端相連的軛部13上；第二線圈22可以位于中框中與心柱12頂端相連的軛部13。

當左側旁框中流過的磁通為Ф1，中框流過的磁通為Ф2，右側旁框中流過的磁通為Ф3時，Ф1+Ф2＝Ф2+Ф3＝Ф；由于第一線圈21兩端的電壓U1等于第二線圈22兩端的電壓，因此，左側旁框中流過的磁通Ф1、中框流過的磁通Ф2和右側旁框中流過的磁通Ф3相等。

作為本發明的另一種具體實施方式，所述單相多柱鐵心為單相五柱鐵心，如圖6和圖7所示，所述單相多柱鐵心包括兩個旁柱11和位于該兩個旁柱11之間的三個心柱12，所述單相多柱變壓器包括兩個穩壓繞組20，兩個穩壓繞組20中的兩個第一線圈21設置在不同的旁框上，兩個穩壓繞組20中的兩個第二線圈22設置在不同的中框上。

在所述單相五柱鐵心中，也可以僅設置一個穩壓繞組20，例如，穩壓繞組20的第一線圈21繞設在左側旁框的旁柱11或軛部13，第二線圈22繞設在與左側旁框相鄰的中框的軛部13。

當左側旁框中流過的磁通為Ф1，左側中框流過的磁通為Ф2， 右側中框流過的磁通為Ф3，右側旁框中流過的磁通為Ф4時，Ф1+Ф2＝Ф2+Ф3＝Ф3+Ф4＝Ф；設置一個穩壓繞組20和設置兩個穩壓繞組20的情況下，均可以使得左側旁框中流過的磁通Ф1、左側中框流過的磁通Ф2、右側中框流過的磁通Ф3和右側旁框中流過的磁通為Ф4相等。

具體地，第一線圈21和第二線圈22的匝數相同，第一線圈21和第二線圈22的導線的橫截面積相同，因此二者并聯時，流過第一線圈21和第二線圈22電流相同，第一線圈21和第二線圈22產生的磁動勢也相同。

在實際中，可以根據所需要的磁動勢確定第一線圈21和第二線圈22的匝數以及導線的橫截面積。并且，對于單相五柱鐵心，當設置兩個穩壓繞組20時，每個線圈上所流過的電流較小，這時，可以將第一線圈21和第二線圈22的導線的橫截面設置得較小；當設置一個穩壓繞組20時，每個線圈上流過的電流較大，這時，可以將第一線圈21和第二線圈22的導線的橫截面積設置得較大。

本發明對心柱12的結構不作具體限定，如圖4和圖6所示，心柱12可以為整體結構；或者如圖5和圖7所示，每個心柱上設置有油道14，油道14將心柱12分為兩部分。

進一步地，各個心柱12的橫截面積相等，兩個旁柱11的橫截面積也相等，旁柱11的橫截面積為心柱12的橫截面積的0.5倍。當心柱12被分為兩部分后，左半個心柱與其左側的旁柱/半個心柱以及兩個軛部構成一個磁路，右半個心柱與其右側的旁柱/半個心柱以及兩個軛部構成一個磁路。由于左半個心柱和右半個心柱之間具有空氣間隙，左半個心柱和右半個心柱中的磁通不會相交，當旁柱11的橫截面積為心柱12的橫截面積的0.5倍時，可以保證旁柱的磁密和心柱的磁密度相同。

本發明中的單相多柱鐵心為疊片式鐵心，在實施工序中，將初級繞組和次級繞組分別繞設在兩個心柱上，將第一線圈和第二線圈繞設在相應的軛部，然后將多個軛部與旁柱、心柱進行安裝。

可以看出，本發明所提供的單相變壓器包括設置在鐵心上的穩 壓繞組，所述穩壓繞組包括并聯的第一線圈和第二線圈，由于第一線圈和第二線圈上的感應電壓相同，因而可以起到對旁框磁通和中框磁通的平衡作用，防止中框出現過激磁、旁框出現欠激磁。并且，通過穩壓繞組的設置，減少了旁框和中框中所出現的高次諧波，從而減少了因高次諧波造成的鐵心局部過熱的情況，降低了空載損耗和空載電流。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。