[發(fā)明專利]一種高效低能耗變壓器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110658824.8
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113539646A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜誠淵;姜嶸軒;姜斌
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江科升電力設(shè)備有限公司
• 主分類號: H01F27/34
• 分類號: H01F27/34;H01F27/26;H01F27/245;H01F27/30;H01F27/32;H01F27/33
• 代理公司: 浙江納祺律師事務(wù)所 33257
• 代理人: 鄭滿玉

一種高效低能耗變壓器，包括硅鋼片、上鐵軛、下鐵軛、鐵芯柱和線圈，鐵芯柱由眾多硅鋼片按序積疊而成；組成鐵芯柱的眾多硅鋼片分成若干單元，每個單元由寬度不一的多組硅鋼片構(gòu)成；所有硅鋼片呈發(fā)射狀向心排列，且多組硅鋼片的每一組由寬度一致的多片硅鋼片疊積而成，所有硅鋼片的長度相一致；上鐵軛、下鐵軛的硅鋼片的長度、寬度相一致。本發(fā)明變壓器具有如下優(yōu)點：鐵芯渦流損耗小、消除了線圈局部溫度過高現(xiàn)象，減緩線圈絕緣體老化速度、材料利用率高生產(chǎn)成本低、鐵芯柱不變形機(jī)械鋼性強(qiáng)，設(shè)計絕緣距離能得到可靠保證的優(yōu)點，大大提高了變壓器運行的可靠性和時效性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種變壓器，尤其屬于一種具有新型鐵芯柱結(jié)構(gòu)的變壓器。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的含有勵磁鐵芯的變壓器等電力設(shè)備，其導(dǎo)磁鐵芯芯柱均為多片硅鋼片疊積而成，具體的截面形狀如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，圖中硅鋼片1 疊片方向有平疊式、立體式和漸開式之分。現(xiàn)有技術(shù)的勵磁鐵芯變壓器等電力設(shè)備存在下述問題：

一、鐵芯渦流損耗(負(fù)載損耗)大

由于導(dǎo)電體集膚效應(yīng)和導(dǎo)磁體邊衍化效應(yīng)的存在，磁勵鐵芯在沒有達(dá)到額定功率時其勵磁特性就無法得以充分體現(xiàn)，勵磁特性反應(yīng)很弱，勵磁線對鐵芯柱的影響也非常小，傳統(tǒng)的測試方法只加阻抗電壓和短路額定電流根本無法測到變壓器帶負(fù)荷狀態(tài)下的實際損耗；當(dāng)設(shè)備帶上額定負(fù)荷時，勵磁特性才得以體現(xiàn)反應(yīng)非常強(qiáng)烈。鐵心柱作為一個帶線圈獨立的導(dǎo)磁體，在強(qiáng)大的勵磁特性反應(yīng)后所產(chǎn)生的磁勵線穿過導(dǎo)磁鐵芯的硅鋼片平面(如圖6所示)：當(dāng)磁勵線2穿過硅鋼片平面時，磁勵線衍射方向3與硅鋼片平面的垂直度越高，造成的渦流損耗也就越大，該區(qū)域片中的渦流損耗驟增。經(jīng)驗證，變壓器在長期滿負(fù)荷運行狀態(tài)下，導(dǎo)磁鐵芯在邊衍化效應(yīng)的作用下與磁勵線2相垂直區(qū)域內(nèi)的硅鋼片渦流損耗極大，該區(qū)域發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重，形成該區(qū)域硅鋼片鐵芯發(fā)紅及硅鋼片表面絕緣炭化(鐵芯發(fā)熱炭化處4、41)，造成該區(qū)域的硅鋼片片間短路，使得渦流損耗呈平方急劇增長。而靠近鐵芯柱主級區(qū)域的硅鋼片，由于與磁勵線2平行很少有磁勵線穿過硅鋼片平面則連漆膜都完好無損。由此可見，當(dāng)大量的磁勵線穿過硅鋼片平面時，高垂直度區(qū)域內(nèi)的硅鋼片將產(chǎn)生非常大的渦流損耗，導(dǎo)致硅鋼片發(fā)熱，甚至發(fā)紅而燒毀變壓器。

二、線圈局部溫度過高加速線圈絕緣體老化

在額定負(fù)荷下鐵芯柱磁衍化過程中，在邊衍化作用下，整個導(dǎo)磁鐵芯柱磁勵線強(qiáng)弱不一致，導(dǎo)致線圈接受的感應(yīng)電勢不一致，造成線圈局部過熱(如圖11、圖12所示)：發(fā)熱點在線圈10自上而下成條狀絕緣炭化現(xiàn)象(線圈發(fā)熱炭化處 42)，此時尚有大量的漏磁衍化到附近的金屬體上，如油箱箱壁，導(dǎo)致附近的金屬體發(fā)熱增加附加損耗，直至燒毀變壓器線圈。

三、生產(chǎn)成本高材料利用率低。傳統(tǒng)的變壓器鐵芯生產(chǎn)至今，由于受條件限制，不能檢測到鐵芯在額定負(fù)荷下勵磁特性的實際狀況，因此連原材料的改良方向也被誤導(dǎo)了，業(yè)內(nèi)一味的認(rèn)為與硅鋼片的厚度有關(guān)系，使得材料廠家以降低硅鋼片厚度作為主攻目標(biāo)，出現(xiàn)了超薄硅鋼片。結(jié)果如何呢，在額定負(fù)荷的勵磁特性下，由此帶來的少量變化與材料生產(chǎn)成本相比根本無性價比而言，反而出現(xiàn)了因原材料過薄致使變壓器電磁噪聲增大、鐵芯機(jī)械力嚴(yán)重下降和鐵芯生產(chǎn)難度系數(shù)上升2－3倍等不良后果，也給專用設(shè)備廠家?guī)砹丝量痰木纫螅箤I(yè)設(shè)備制造成本上升300％以上，給全球變壓器及帶勵磁鐵芯的電力設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)增加了無法估量的經(jīng)濟(jì)資源損失。

另外，為降低傳統(tǒng)變壓器鐵芯所謂的空載損耗，現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)試圖通過不斷改進(jìn)鐵芯片型來達(dá)到目的，或由原來的幾張硅鋼片一疊改為單張交錯積疊，或由原來的直接縫改為斜接縫，片型越改越多，而原材料的利用率卻越改越低。例如目前市場上流行的非晶合金變壓器，其鐵芯只能掛在線圈上，致使其穩(wěn)定性急劇下降；當(dāng)滿負(fù)荷運行時，電磁噪聲達(dá)90分貝以上且不可控，由此引起的電磁振動超過200-300um以上。所以改良的產(chǎn)品根本上是方向性的錯誤，片型越多必然導(dǎo)致材料利用率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組裝困難、生產(chǎn)成本高，進(jìn)而使可靠性下降、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下降和先進(jìn)性差(如圖7所示:上下鐵軛片6、9，以及鐵芯柱7、71、72分別有不同硅鋼片形8組成)。