用于干式浇注线圈变压器的增强型抗轨迹顶盖结构

摘要

一种干式浇注线圈变压器(28)包括中空主体(29)、从主体延伸的顶盖结构(26)和起伏结构(30)，限定了顶盖结构的外表面的至少一部分，被构建和布置为增加顶盖结构中的电气轨迹路径。

说明书

技术领域

本发明涉及干式变压器，并且更具体地，涉及具有用于增加抽头 之间的轨迹路径的特征的变压器的顶盖区域。

背景技术

干式变压器使用空气和固体绝缘的复杂系统，以防止通电部件彼 此接触或接触地面。许多干式浇注线圈变压器，诸如美国专利 No.6,445,269中公开的，在水平方向上填充有环氧树脂，这产生了被 称为“顶盖”的平坦顶表面。变压器的顶盖区域容纳初始抽头和终结 抽头以及具有大电压梯度的电压调整抽头。该电压梯度可能由于材料 性质和距离而产生对电气轨迹的固体绝缘。该顶盖区是客户进行对变 压器的连接并且是变压器的电压输入/输出被调整为考虑进入的电网 电压的位置。主要考虑中的一个是在不同电势处是从通电部件到另一 导电部件的轨迹路径。常规顶盖区域的平坦顶表面可能在暴露于恶劣 环境时产生在通电部件之间的中压轨迹，恶劣环境诸如近海平台、炼 油厂、风力涡轮机、纸浆和造纸厂等。

传统上，增加轨迹路径需要变压器线圈在电压调整抽头向下或垂 直定向的情况下被浇注以产生套管。这样的变压器线圈有两个共同的 缺点。第一，比满足线圈的要求所实际需要的使用更多的环氧树脂。 第二，不必要的环氧树脂区域很容易有由于大的环氧树脂厚度而产生 裂纹的风险。

因此，需要提供一种用于具有起伏结构的干式浇注线圈变压器的 顶盖结构，该起伏结构允许在抽头之间的更大的轨迹路径，允许电压 抽头面对上方的浇注工艺，并且使用比常规顶盖区域更少的环氧树 脂。

发明内容

本发明的目的是满足上述需要。根据本发明的原理，该目的通过 干式浇注线圈变压器来获得，该干式浇注线圈变压器包括中空主体、 从主体延伸的顶盖结构和起伏结构，限定了顶盖结构的外表面的至少 一部分，被构建和布置为增加顶盖结构中的电气轨迹路径。

根据所公开的实施例的另一方面，提供了一种模制具有顶盖结构 的干式浇注线圈变压器的方法。该方法提供具有顶盖模具结构的模 具。顶盖模具结构包括模制相应抽头连接从其延伸的至少两个抽头连 接基体的特征以及在用于模制起伏结构的基体附近的起伏形成结构。 绕组位于模具中。绕组被耦合到抽头连接。模具被定向为使得抽头连 接被向上布置。环氧树脂被浇注到模具中并且被允许固化。模具被移 除，以得到具有在抽头连接基体附近的起伏结构的浇注线圈变压器。

在参考全部形成本说明书的一部分的附图考虑以下具体描述和 所附权利要求时，本发明的其他目的、特征和特性以及操作方法和结 构的相关元件的功能、部件的组合和制造经济将变得显而易见。

附图说明

结合附图，从本发明的优选实施例的以下具体描述中将更好地理 解本发明，其中的相同附图标记指相似的部件，其中：

图1是根据实施例提供的用于形成干式浇注线圈变压器的顶盖结 构的外表面的模具的顶视图。

图2是示出其中起伏形成结构的图1的模具的下侧视图。

图3示出了从图2的模具得到的具有起伏结构的干式浇注线圈变 压器的顶盖结构的顶表面。

图4A示出了根据另一实施例的具有半月形的起伏结构。

图4B示出了根据另一实施的具有反半月形的起伏结构。

图4C示出了根据又一实施例的具有锯齿形状的起伏结构。

图4D示出了根据另一实施例的具有正弦波形状的起伏结构。

图4E示出了根据又一实施例的具有余弦波形状的起伏结构。

图5是具有形成顶盖结构的开口顶的模具的干式浇注线圈变压器 的传统模具的立体视图。

图6是根据实施例的具有带有用于形成顶盖结构的顶侧上的附加 结构的模具的干式浇注线圈变压器的模具的立体视图。

图7A是根据实施例的三面顶盖形状的示意性端视图。

图7B是根据实施例的五面顶盖形状的示意性端视图。

图7C是根据实施例的具有偏移的圆形顶盖形状的示意性端视 图。

图7D是根据实施例的具有圆形边缘的三面顶盖形状的示意性端 视图。

图8A是示出用于干式浇注线圈变压器的实施例的两个端抽头模 具和间隔物的示意性侧视图。

图8B是示出用于干式浇注线圈变压器的实施例的两个端抽头模 具和三个间隔物的示意性侧视图。

图8C是示出用于干式浇注线圈变压器的实施例的两个端抽头模 具、一个中心抽头模具和两个间隔物的示意性侧视图。

图8D是示出用于干式浇注线圈变压器的实施例的两个端抽头模 具、一个中心抽头模具和四个间隔物的示意性侧视图。

图9是从图6的模具得到的具有抽头连接基体的干式浇注线圈变 压器的顶盖结构的顶部立体视图。

图10是根据实施例的具有在提升的抽头连接基体附近的起伏结 构的干式浇注线圈变压器的顶盖结构的顶部立体视图。

图11是用于干式浇注线圈变压器的顶盖结构的另一形状的立体 视图。

图12是具有通过图11的模具形成的顶盖结构的干式浇注线圈变 压器的立体视图。

具体实施方式

参考图1和图2，示出了根据实施例的通常以10指示的干式浇 注线圈变压器的顶盖结构的模具部分。模具部分10包括基体12，一 对相对侧壁14和一对相对端壁16。如图2所示，通常以18指示的起 伏形成结构从基体12的下侧延伸。起伏形成结构18包括多个交替的 连续接合的峰20和谷22。在实施例中，峰20限定圆形翅片，并且谷 22也是圆形的。

为了形成浇注线圈变压器，具有适当绝缘材料的绕组(未示出) 位于模具(参见例如图6的模具68')中，模具包括模具部分10。然 后，液体环氧树脂被浇注到模具中并固化。参考图3，干式浇注线圈 变压器28的顶盖结构26的外表面24被示出为由于使用图2的模具 部分10而得到的。线圈变压器28的主体29通常是中空的、基本上 圆柱形的配置，具有从主体29延伸的顶盖结构。绕组在主体29内被 浇注。外表面24包括通常以30指示的起伏结构，其包括多个交替的 连续接合的峰32和谷34。在实施例中，峰32限定圆形翅片，并且谷 34也是圆形的。波动结构30可以通过与之直接相邻的抽头连接基体 36分离。起伏结构30增加了有效轨迹路径，并且降低介电故障的几 率。

可以使用用于起伏结构30的交替轮廓的几何形状。例如，图4A 示出了具有带有交替的谷42的半月形峰40的起伏结构38。图4B示 出了具有带有交替的峰48的半月形谷的起伏结构44。图4C示出了 具有交替的峰52和谷54的锯齿形状的起伏结构50。图4D示出了具 有交替的峰58和谷60的正弦波形的起伏结构56。图4E示出了具有 交替的峰64和谷66的余弦波形的起伏结构62。可以使用具有任何幅 度和周期的其他形状。

对干式浇注线圈变压器的顶盖结构添加起伏结构的过程允许在 使用具有典雅抽头面向上的水平浇注方法的同时建立较大的轨迹路 径。目前，增加轨迹路径需要变压器线圈在电压调整抽头向下或水平 的情况下被浇注以形成套管。起伏结构还在变压器进行操作时提供改 善的冷却表面。

为了最小化环氧树脂量并且从而减少浇注线圈变压器中的开裂 的风险，可以移除在电气连接的部分之间的环氧树脂，并且然后，如 果需要，则上述起伏结构中的任何一个可以适用于顶盖结构26。

图5示出了用于模制具有包括导体引线(抽头)74的顶盖结构 72的传统浇注线圈变压器70的传统模具。顶盖结构72的形状是从对 于顶侧76是打开的模具形状得到的(与浇注和固化位置相关)，其 中环氧树脂混合物被引入模具68。

参考图6，作为具有开放顶部的模具形状的替代，根据实施例， 模具68'包括通常以78指示的额外顶盖模具结构，其将顶盖结构26 的整个形状限制在顶侧76上。顶盖模具结构78确保了环氧树脂80 可以仅填充位于用于抽头74的抽头连接基体86(图9)周围的必要 体积。更具体地，顶盖模具结构78包括在基体86附近的模具特征79， 这防止环氧树脂积聚，从而降低在基体86附近的环氧树脂的量。特 殊要求是能够适应线圈外径、线圈最大高度和抽头的位置的整体测量 范围，但不产生大量各种不同的顶盖模具部件。

为了满足对线圈的外径的独立性的要求，顶盖模具结构78具有 沿着整个线圈高度但是被减小到最小的基本形状(如传统结构中)。 通常，顶盖结构26(不考虑抽头74)的形状应当是圆圈形状，类似 于模仿线圈的形状，并且应当最小化环氧树脂体积。在图7A-7D中示 出了顶盖结构26的一些可能的形状示。例如，图7A示出了具有三面 形状的顶盖结构26'，图7B示出了具有五面形状的顶盖结构26”，图 7C示出了具有偏移的圆形形状的顶盖结构26”'，并且图7D示出了具 有圆形边缘的三面形状的顶盖结构26”'。减少顶盖结构的体积的其他 形状是可能的。

顶盖结构26的最佳形状的选择取决于外径的范围，并且还可以 考虑制造方法。此外，为了满足不同高度、抽头位置极其量的要求， 顶盖模具结构78需要沿着高度以若干分区被分开。分区量取决于抽 头量74和/或抽头区域(如果若干抽头的位置非常接近，则其需要将 其基体组合成一个)及其位置(如果端抽头没有与线圈的表面侧非常 接近，则在端抽头模具和表面侧之间的间隔物是必要的)。一般变压 器配置由两个端抽头和在线圈中间的若干抽头的区域组成。在图 8A-8D中示出了若干变压器配置。例如，图8A示出了两个端抽头模 具82和间隔物84，图8B示出了两个端抽头模具82和三个间隔物84， 图8C示出了两个端抽头模具82、一个中心抽头模具82'和两个间间 隔物84，并且图8D示出了两个端抽头模具82、一个中心抽头模具 82'和四个间隔物84。

抽头模具82、82'意味着对每个线圈是相同的，并且应当被多次 使用。间隔物84仅承载顶盖结构26的形状，并且可以包括图2的起 伏形成结构18。间隔物84可以根据抽头的位置和量以及线圈的总长 度而具有不同的长度。间隔物84可以是具有顶盖结构26的形状的突 出的铝型材，其允许间隔物的非常简单和快速的制造。所有制造部件 可以在以后的情况下被存储和再次使用。为了最小化大量各种间隔物 84，可以限定标准化线圈长度和抽头位置。

图9示出了具有从图6的模具68'得到的顶盖结构26(不具有起 伏结构)的浇注线圈变压器28'。在该实施例中，顶盖结构26具有沿 着整个线圈高度的最小化体积，并且具有用于还具有最小体积的抽头 74的三个抽头连接基体86。抽头连接基体86相对于顶盖结构的邻近 上表面88而凸起，由此由于与基体86相邻而省略的材料减少了顶盖 结构26的体积。

在图10的实施例中，顶盖结构26'包括在抽头连接基体86'、86” 的平面B下方的平面A上的起伏结构30'，使得抽头连接基体相对于 起伏结构而凸起。如上所公开的，起伏结构30'增加有效的轨迹路径， 并且降低了介电故障的几率。环氧树脂浇注量也由于凹陷的起伏结构 30'而减少。

抽头连接基体86还可以具有不同的形状。基体86的配置基本上 取决于制造基体的最佳方式。基体的一些配置可以包括锥形形状(特 别用于端抽头)、金字塔形状、矩形、正方形、椭圆形圆锥的形状或 其他形状。图11示出了具有根据另一实施例的顶盖模具结构78”的变 压器模具68'，以产生图12的浇注线圈变压器28”的顶盖结构26”的中 间通常是矩形的基体86和端定位的通常是椭圆形基体86'

仅在抽头74周围的附加环氧树脂抽头连接基体86和下降到最小 体积的顶盖结构26的形状的改变减小了体积，并且由此减少了线圈 变压器的成本。此外，顶盖结构26的最小化厚度降低了固化之后可 能发生的裂纹的风险。

已经出于说明本发明的结构和功能原理并且说明采用优选实施 例的方法的目的示出和描述了前述优选实施例，并且在不脱离这样的 原理的情况下对其进行改变。因此，本发明包括以下权利要求的精神 内所包含的所有修改。