CN108878105B - 变压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可靠性高的变压器，其包括磁芯、一第一绕组以及一组或多组第二绕组。磁芯具有一窗口；第一绕组穿过所述磁芯的所述窗口，且所述第一绕组不接触所述磁芯；一组或多组第二绕组穿过所述磁芯的所述窗口，所述第二绕组绕设于所述磁芯上；所述第二绕组与所述第一绕组之间具有一距离，并且第二绕组与所述磁芯之间设置有半导电部。本发明能有效降低第二绕组与磁芯之间发生局部放电的风险，故本发明的变压器可靠性高。

Description

变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器。

背景技术

MVD、SVG等中高压系统，可包含数百个磁性组件例如磁环变压器等，磁性组件在其中占有相当大比例的体积、重量与损耗。现代工业中对系统的功率密度提出了更高要求，期望系统具有更小的体积，更高的功率密度和可靠性。然而要减小变压器体积对系统可靠性提出了挑战，变压器的各组成结构之间易产生局部放电，局部放电产生的臭氧和空气中的水分混合对绝缘材料有强烈的腐蚀作用，从而影响变压器甚至整个系统的安全性和可靠性。

目前在控制变压器局部放电方面，传统技术主要包括以下两种方式：其一，使用灌封材料将变压器整体封在灌封材料中。但是，该方法成本较高，增大了变压器的体积，并且在环境温度变化较大时，灌封材料存在开裂的风险。其二，增大体积变压器的体积，通过增加变压器的各组成元件之间的距离，降低电场强度，进而控制局部放电。然而由于系统中变压器数量很多，该方法显著增加了变压器的成本和体积，不利于系统功率密度的提高。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的相关技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种可靠性高的变压器。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，一种变压器，包括磁芯、一第一绕组以及一组或多组第二绕组。磁芯具有一窗口；第一绕组穿过所述磁芯的所述窗口，且所述第一绕组不接触所述磁芯；一组或多组第二绕组穿过所述磁芯的所述窗口，所述第二绕组绕设于所述磁芯上；所述第二绕组与所述第一绕组之间具有一距离，并且所述第二绕组和所述磁芯之间设置有半导电部。

根据本发明的一实施方式，所述半导电部通过浸渍方法或喷涂方法形成于所述第二绕组与所述磁芯之间。

根据本发明的一实施方式，所述半导电部是半导电胶带或者半导电漆层。

根据本发明的一实施方式，所述第一绕组为硅胶线，和/或所述第二绕组为三重绝缘线。

根据本发明的一实施方式，所述磁芯呈环形。

根据本发明的一实施方式，所述第一绕组垂直穿过所述磁芯的所述窗口的中心位置。

根据本发明的一实施方式，所述变压器还包括骨架，骨架内具有一第一容置空间和一第二容置空间；所述第一绕组设置于所述第一容置空间内，所述磁芯和所述第二绕组设置于所述第二容置空间内。

根据本发明的一实施方式，所述第一绕组还具有延伸部，所述延伸部由所述第一绕组的一端弯折延伸，并能固定于所述骨架的外侧。

根据本发明的一实施方式，所述第二绕组至少在面向所述第一绕组的外表面设置有绝缘部。

根据本发明的一实施方式，所述第二绕组为多组。

根据本发明的一实施方式，每一组所述第二绕组包括正向绕线部和反向绕线部。

根据本发明的一实施方式，每一组所述第二绕组包括多匝绕线，且所述多匝绕线均匀分布于所述磁芯上。

根据本发明的一实施方式，所述磁芯电位悬浮。

由上述技术方案可知，本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一：

本发明提出的变压器包括磁芯、第一绕组和第二绕组，第二绕组绕设于磁芯上，第二绕组与磁芯之间的电场强度高，容易发生局部放电。本发明中，在第二绕组与磁芯之间设置有半导电部，使第二绕组与磁芯之间的电场强度降低，因此能有效降低第二绕组与磁芯之间发生局部放电现象的风险，故本发明的变压器可靠性高。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明变压器一实施方式的立体结构示意图；

图2示出图1所示的变压器中磁芯和绕组之间关系的立体结构示意图；

图3示出图2所示的变压器的剖面图；

图4是图1所示的变压器的电容分压原理图；

图5是本发明变压器另一实施方式的剖面图；

图6是本发明变压器另一实施方式的立体结构示意图；以及

图7是本发明变压器另一实施方式的立体结构示意图。

图中：1、磁芯；10、窗口；2、第一绕组；21、延伸部；3、第二绕组；4、骨架；41、第一容置空间；42、第二容置空间；43、固定卡槽；6、半导电部。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

本发明变压器包括磁芯1、第一绕组2和第二绕组3，第二绕组3与磁芯1之间容易发生局部放电，本发明的发明构思在于减小第二绕组3与磁芯之间的电压，从而降低二者之间的电场强度；降低二者之间发生局部放电的风险。构成本发明的部件例如各个绕组，其本身可具有绝缘皮等绝缘结构。第一绕组2和第二绕组3可以分别为原边绕组和副边绕组，但本发明并不以此为限。

参见图1、图2和图3，图1是本发明变压器一实施方式的立体结构示意图；图2示出图1所示的变压器中磁芯和绕组之间关系的立体结构示意图；图3示出图2所示的变压器的剖面图。如图1、图2和图3所示，本发明变压器一实施方式包括磁芯1、一第一绕组2、一组或多组第二绕组3以及骨架4。

如图1所示，本发明变压器中的骨架4可以采用现有的结构，其内具有一第一容置空间41和一第二容置空间42。第一容置空间41例如可以是设置于骨架4中央位置的孔或筒，第二容置空间42例如可以是沿磁芯1圆周方向设置的环形槽。

如图1和图2所示，本发明变压器中的磁芯1可以呈环形，且具有一窗口10。于其他实施例中，磁芯1可以为U型，可以为E型，也可以是由一U形磁芯与一I形磁芯或者由两个U形磁芯组合而成的组合结构。本发明并不以此为限，并且磁芯结构不一定是一个封闭的结构，例如也可以是单个U形磁芯的开放结构。

如图2所示，本发明变压器中的第一绕组2可以是例如高压硅胶线，第一绕组2垂直穿过磁芯1的窗口10的中心位置，且第一绕组2与磁芯1之间具有一间距D1，即第一绕组2不接触磁芯1。当然在其他一些实施方式中，第一绕组2并非必然位于芯1的窗口10的中心位置，其也可以稍微偏离窗口10的中心位置，特别是向远离第二绕组3的方向偏离。此外，第一绕组2并非必然垂直穿过磁芯1的窗口10，其也可以与窗口10形成一锐角，特别是在一些异形磁芯1中，第一绕组2倾斜穿过磁芯1的窗口10是较优选的方案。

如图2和图3所示，本发明变压器中的第二绕组3穿过磁芯1的窗口10，并绕设于磁芯1上。第二绕组3与第一绕组2之间具有一距离D2。在一实施方式中，第二绕组3可以是三重绝缘线，第二绕组3包括正向绕线部和反向绕线部。在其他实施方式中，第二绕组3不限于三重绝缘线，在磁芯上的绕线方向也可以是单一方向例如全部是正向绕线或全部是反向绕线。

如图3所示，本发明变压器中，在第二绕组3的面向磁芯1的外表面设置有半导电部6，半导电部6可以是半导电漆层。在其他实施方式中，半导电部6可以是半导电胶带，等等。

参见图4，图4是图1所示的变压器的电容分压原理图。由图4所示可知，在第二绕组3相对磁芯位置固定的情况下：第二绕组3与磁芯1间的最大电场强度E_B与两个绕组对磁环的电容有如下关系：

E_B∝1+C_1-core/C_2-core

其中，C_1-core表示第一绕组2相对于磁芯1的电容，C_2-core表示第二绕组3相对于磁芯1的电容。由于第二绕组3与磁芯1间设置了半导电部，例如喷涂半导电漆，增大了第二绕组3对磁芯的电容C_2-core从而降低了第二绕组3与磁芯1间的电场强度，降低了第二绕组3与磁芯1之间发生局部放电的风险。

虽然第一绕组2和磁芯1间的电场强度有所增加，但因第一绕组2与磁芯1之间的距离相较第二绕组3与磁芯1之间的距离较远；二者之间的电场强度远低于第二绕组3与磁芯1之间的电场强度，相对不容易发生局放。电场强度的增加对第一绕组2的影响可忽略不计。于一些实施例中，第一绕组2可以为高压硅橡胶线。

本发明变压器中，半导电部6的设置并不限于喷涂等方法，其他的方法也是可行的，例如半导电部6也可以用浸渍的方法形成于第二绕组3上，可以简化形成半导电部6的工艺。以半导电部6为半导电漆层为例，详细来说，当本发明变压器的第二绕组3在磁芯1上绕制完成后，在烘箱中70～120℃范围内烘烤30min以上；在第二绕组3与磁芯1的接触位置浸渍半导电漆；安装第一绕组2。

如图5所示，图5所示的变压器为全部浸漆的情况，即将磁芯1及其上的第二绕组3全部浸没于中，该种情况下，半导电部6不仅形成于第二绕组3的面向磁芯12的外表面，而且还覆盖于第二绕组3远离磁芯1的外表面，并能同时布满磁芯1的全部内表面；该浸漆工艺中，在形成半导电部6的同时，在磁芯1的其他表面例如外表面、上表面、下表面也形成一半导电漆层，因此磁芯1的所有外表面均匀被半导电漆层覆盖，工艺更加容易实现。

在其他一些实施方式中，仅将第二绕组3以及设置第二绕组3的磁芯部分浸入半导电漆中，而磁芯1的其他部分不浸入半导电漆中。该种情况下，仅在第二绕组3表面、第二绕组3与磁芯1之间的间隙、部分磁芯1表面形成半导电漆层，而不会同时在磁芯1的其他部分形成半导电漆层。以图1为例，第一绕组2设置于第一容置空间41内，磁芯1和第二绕组3设置于第二容置空间42内。第一绕组2还具有延伸部21，延伸部21由第一绕组2的一端弯折延伸，并能固定于骨架4外侧的固定卡槽43中。因第一绕组2的延伸部21距离磁芯1距离较近，如第一绕组2靠近磁芯的位置也设置了半导电部6，则会增加延伸部21和磁芯1之间发生局放的风险。

在一些实施例中，磁芯1电位可以保持悬浮，在磁芯电位悬浮的情况下，亦可以降低磁芯与第一绕组2之间的电场强度，相比于磁芯接地，工艺简单便于实施。

参见图6，图6是本发明变压器另一实施方式的立体结构示意图。图6所示的实施方式中，变压器包括两组第二绕组3。磁芯1的窗口10穿过一根由高压硅胶线制成的第一绕组2；磁芯1上绕设有两个第二绕组3，两个第二绕组3之间的最小距离不小于5mm；并且每个第二绕组3采用正绕三匝反绕两匝的方式，目的是增加该第二绕组3与磁芯1之间的接触面积，从而进一步地降低第二绕组3到磁芯1之间的电场强度。

参见图7，图7是本发明变压器另一实施方式的立体结构示意图。图7所示的实施方式中，变压器包括一组第二绕组3，该第二绕组3包括多匝绕线，且多匝绕线均匀分布于磁芯1上。图7所示的变压器实施方式的其他结构与图7所示的实施方式基本相同，这里不再赘述。

在另一些实施例中，上述所有的变压器的第二绕组3面向第一绕组2的表面还可进一步设置有一绝缘部。以浸渍工艺为例进行说明，在上述浸渍半导电漆的工艺施工完成后，可以再整体浸渍硅橡胶漆；或者，在第二绕组3处局部浸渍硅橡胶漆，即第二绕组3面向第一绕组2的外表面会形成有硅橡胶漆构成的绝缘部，增加了第一绕组2和第二绕组3之间的绝缘性能。这种复合工艺会同时降低变压器的第一绕组2与第二绕组3之间，第二绕组3与磁芯1之间的电场强度；极大地降低了变压器各组成结构间的局放风险，提高了变压器的可靠性。于另一些实施例中，硅橡胶漆亦可被硅凝胶等绝缘材料替代，浸渍工艺可被喷涂等工艺替代，只要能在第二绕组3面向第一绕组2的外表面进一步形成有绝缘部即可。

以上实施方式中可能使用相对性的用语，例如“上”或“下”，以描述图标的一个元件对于另一元件的相对关系。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的元件将会成为在“下”的元件。用语“一个”、“一”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的组成部分之外还可存在另外的组成部分等。“第一”、“第二”仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。

应可理解的是，本公开不将其应用限制到本文提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本文公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本文所述的实施方式说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。

Claims (11)

1.一种变压器，其特征在于，所述变压器包括：

磁芯，其具有一窗口；

一第一绕组，其穿过所述磁芯的所述窗口，且所述第一绕组不接触所述磁芯；

一组或多组第二绕组，其穿过所述磁芯的所述窗口，所述第二绕组绕设于所述磁芯上；

其中，所述第二绕组与所述第一绕组之间具有一距离，并且所述第二绕组和所述第二绕组所绕设的所述磁芯表面之间设置有半导电部，所述第二绕组至少在面向所述第一绕组的外表面设置有绝缘部，

其中，所述磁芯电位悬浮。

2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述半导电部通过浸渍方法或喷涂方法形成于所述第二绕组和所述磁芯之间。

3.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述半导电部是半导电胶带或者半导电漆层。

4.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述第一绕组为硅胶线，和/或所述第二绕组为三重绝缘线。

5.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述磁芯呈环形。

6.如权利要求5所述的变压器，其特征在于，所述第一绕组垂直穿过所述磁芯的所述窗口的中心位置。

7.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述变压器还包括：

骨架，其内具有一第一容置空间和一第二容置空间；

其中，所述第一绕组设置于所述第一容置空间内，所述磁芯和所述第二绕组设置于所述第二容置空间内。

8.如权利要求7所述的变压器，其特征在于，所述第一绕组还具有延伸部，所述延伸部由所述第一绕组的一端弯折延伸，并能固定于所述骨架的外侧。

9.如权利要求1-8任一项所述的变压器，其特征在于，所述第二绕组为多组。

10.如权利要求1-8任一项所述的变压器，其特征在于，每一组所述第二绕组包括正向绕线部和反向绕线部。

11.如权利要求1-8任一项所述的变压器，其特征在于，每一组所述第二绕组包括多匝绕线，且所述多匝绕线均匀分布于所述磁芯上。

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