一种带椭圆形铁芯的干式变压器

技术领域

本发明涉及干式变压器技术领域，具体为一种带椭圆形铁芯的干式变压器。

背景技术

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，而干式变压器是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器。干式变压器凭借其优越特性，广泛用于局部照明、高层建筑、机场等场所。传统的干式变压器不管是单相还是三相，其中所采用大多是截面为圆形的铁芯，且统一呈直线排布；另外，干式变压器的线圈大多是缠绕拉紧式，长时间使用容易造成局部脱落，与铁芯之间产生空隙，对应的现有技术中已有解决方案，例如“CN201922156698.7一种具有线圈压紧结构的干式变压器”，但其中夹紧装置是固定不变的，维持一段时间的夹紧作用后，对于线圈再次脱落并无补救措施。

本发明提供一种带椭圆形铁芯的干式变压器，其采用的是截面为椭圆形的铁芯，三相铁芯呈正三角形排布，且分别位于三角边的各个中点位置上，临近铁芯的线圈缠绕方式也不相同；另外，本发明中设有夹紧机构，可于夹紧过程中，对于线圈的再次脱落实施补救，延长干式变压器的使用寿命；本发明还设有散热机构，利用气体流动特性，实行自然冷却，以此保证干式变压器的高效运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带椭圆形铁芯的干式变压器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种带椭圆形铁芯的干式变压器，包括变压器壳体、散热机构、椭圆铁芯、线圈和夹紧机构。散热机构以水平方向设置且与变压器壳体固定装配，散热机构远离变压器壳体的一端与地面相接触。散热机构设置的目的在于：一是对变压器壳体提供支撑作用；二是对干式变压器工作过程中所产生热量分散并实现降温，从而达到散热目的；三是于干式变压器工作过程中，起到一定的缓冲减震作用，保证工作的平稳度。椭圆铁芯以竖直方向设于变压器壳体的内部，线圈缠绕于椭圆铁芯上，是干式变压器完成工作过程的主要部件。夹紧机构套设于线圈远离椭圆铁芯的一侧，设置的在于保证线圈与椭圆铁芯始终处于贴合状态，避免长时间使用造成线圈局部脱落，不仅会对干式变压器的性能造成影响，还会带来极大的安全隐患。上盖设于变压器壳体的顶端，上盖通过螺栓结构与变压器壳体固定装配，避免空气中灰尘进入变压器壳体内部而堆积，影响干式变压器的正常使用。

进一步的，所述椭圆铁芯包括第一椭圆铁芯、第二椭圆铁芯和第三椭圆铁芯。第一椭圆铁芯、第二椭圆铁芯、第三椭圆铁芯均呈椭圆形，比截面为圆形铁芯的干式变压器的磁路更短、功率因数更高、且空载损耗和空载电流低，噪声也因此进一步降低；另外，在绕制过程中，线圈可完全贴合在椭圆形铁芯的表面，并且绕出来的线圈线匝紧密、不易变形、抗短路能力好。第一椭圆铁芯、第二椭圆铁芯、第三椭圆铁芯呈正三角形排布且分别位于三角边的各个中点位置上，其中第一椭圆铁芯、第三椭圆铁芯的长轴中心线以对称设置且分别与两条三角边的位置相重合，第二椭圆铁芯的长轴中心线垂直于第三条三角边设置；第一椭圆铁芯、第三椭圆铁芯上的线圈为左旋缠绕，第二椭圆铁芯上的线圈为右旋缠绕，设置的目的在于加强线圈之间的磁耦合，且不产生感应电联系。具体地，第一椭圆铁芯、第二椭圆铁芯相互靠近，当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流，由于第一椭圆铁芯、第二椭圆铁芯所缠绕线圈方式相反，即其回路电流方向相反，线圈产生磁场方向相反大小相同，因此可相互抵消，从而加强第一椭圆铁芯与第二椭圆铁芯的线圈之间的磁耦合；同理，第二椭圆铁芯、第三椭圆铁芯相互靠近且所缠绕线圈方式相反，相互之间磁场相互抵消，从而加强第二椭圆铁芯与第三椭圆铁芯的线圈之间的磁耦合；而第一椭圆铁芯、第三椭圆铁芯相互靠近，线圈产生磁场方向相同相互叠加，而第二椭圆铁芯处于第一椭圆铁芯、第三椭圆铁芯的对称线上，其长轴方向产生磁场方向与之相反而抵消，因此不会产生额外的感应电流，第一椭圆铁芯与第三椭圆铁芯的线圈之间的磁耦合保持不变。

进一步的，所述夹紧机构包括适配夹紧组件，适配夹紧组件套设于线圈远离椭圆铁芯的一侧。适配夹紧组件设置的目的在于：一是利用其弹性特征，起到保证线圈与不同尺寸大小的椭圆铁芯适配贴合的作用；二是利用其弹性特征，于干式变压器工作过程中，起到一定的缓冲减震作用。适配夹紧组件包括套环、收紧环、夹紧板和压缩弹簧。套环呈U字型且开口向上，套环远离开口的一端穿设于线圈远离椭圆铁芯的一侧，收紧环穿设于套环远离线圈的一侧，收紧环位于套环的开口端，套环和收紧环均为绝缘材料，且具有一定弹性特征，配合实现组件的夹紧作用。夹紧板以椭圆铁芯的长轴线对称设置，夹紧板位于套环远离收紧环的一侧，夹紧板通过压缩弹簧与套环相连。套环以开口向上穿设于线圈外侧，收紧环穿设于套环的开口端，使得套环向线圈表面靠拢，夹紧板贴合于线圈表面，压缩弹簧利用其自身特性作出适应性变化，从而起到保证线圈与不同尺寸大小的椭圆铁芯适配贴合的作用。

进一步的，所述夹紧机构还包括监测组件，监测组件位于套环远离椭圆铁芯的一侧，监测组件通过固定件与套环相连。监测组件设置的在于对线圈与铁芯之间的连接状态起到实时监测作用，如发现异常将立即传递执行命令，从而实现作用。监测组件包括金属球、连杆、拉伸弹簧、支杆、滑块、螺杆、监测齿轮。固定件远离套环的一端与螺杆的中心处相连，螺杆以水平方向设置，监测齿轮分别固定设于螺杆的两端，滑块以对称穿设于螺杆上。支杆平行且设于螺杆远离固定件的一侧，金属球依次穿设于支杆上，金属球分别与线圈电连接。电荷于金属球内部运动时自旋，并在周围产生环形磁场，根据电流方向、磁场方向可判断金属球所受洛伦兹力的方向。连杆的一端与滑块相连，连杆的另一端与支杆相连。拉伸弹簧的一端与金属球相连，拉伸弹簧的另一端与螺杆相连，设置的目的在于于干式变压器的工作过程中，对金属球起到反方向拉力，以此来平衡金属球所受的洛伦兹力，保持金属球的相对位置。螺杆以中心对称位置的螺纹方向相反，滑块分别与螺杆以螺纹形式相接。

进一步的，所述夹紧机构还包括执行组件，执行组件对称设于螺杆的两侧。执行组件设置的目的在于接收执行命令，辅助夹紧组件对线圈与椭圆铁芯实现夹紧作用，避免线圈与椭圆铁芯之间产生空隙造成影响，延长干式变压器的使用寿命。执行组件包括传动齿轮、执行压环、丝杆和执行齿轮。传动齿轮转接于套环上，传动齿轮与监测齿轮啮合连接，执行压环穿设于套环远离线圈的一侧，执行压环位于收紧环的正下方，丝杆以竖直且对称位于螺杆的两侧，丝杆穿过执行压环并穿设于套环远离开口的一端，丝杆与套环转动连接，丝杆远离收紧环的一端固定设有执行齿轮，执行齿轮与传动齿轮啮合连接。

进一步的，所述散热机构包括通气环、通气管道、第一动环、第二动环和推动块。通气环设置的目的在于：对变压器壳体起到支撑作用；二是利用内部气体流动，实现分散热量，从而达到降温目的；三是可于干式变压器工作过程中，吸收变压器壳体内部传递至侧壁的震动，从而对干式变压器起到缓冲减震的作用，保证工作平稳度。通气管道呈米字型交叉排布于通气环内圆侧，通气管道分别与通气环相连通。第一动环、第二动环位于通气管道的上方，第一动环、第二动环处于变压器壳体的底端，其内部形成一定的密闭空间，当热量传递至散热机构，密闭空间内的气体吸收热量而膨胀做功，第一动环、第二动环因此发生动态变化。推动块的一端与第一动环、第二动环固定连接，推动块的另一端与通气管道滑动连接，是通气环与通气管道内部气体流动的驱动来源。

进一步的，所述第一动环、第二动环、通气环的直径依次增大，第一动环、第二动环呈弹性且内部均设有弹性弹簧，弹性弹簧的两端分别与推动块相连。弹性弹簧设置的目的在于给予第一动环、第二动环弹性特征，第一动环、第二动环发生动态变化，带动推动块发生位移，从而达到驱动通气管道内部的气体流动的目的。

进一步的，所述推动块与通气管道相连的内圈直径小于通气管道的直径，设置的目的在于利用推动块与通气管道之间的相互挤压作用，当推动块产生相对位移，即可驱动通气管道内部的气体流动。

进一步的，所述变压器壳体的内侧壁上均匀排布有若干导热板，导热板呈W波形，导热板远离变压器壳体内侧壁的一侧分别与线圈远离椭圆铁芯的一侧相抵触，导热板远离夹紧机构的一端分别与通气环相连，设置的目的在于利用其结构特性，将椭圆铁芯和线圈工作过程中产生的热量进行分散作用，避免局部热量堆积，对干式变压器的正常使用造成影响。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明带椭圆形铁芯的干式变压器，

1、椭圆铁芯包括第一椭圆铁芯、第二椭圆铁芯和第三椭圆铁芯，第一椭圆铁芯、第二椭圆铁芯、第三椭圆铁芯均呈椭圆形，比截面为圆形铁芯的干式变压器的磁路更短、功率因数更高、且空载损耗和空载电流低，噪声也因此进一步降低；另外，在绕制过程中，线圈可完全贴合在椭圆形铁芯的表面，并且绕出来的线圈线匝紧密、不易变形、抗短路能力好。

2、第一椭圆铁芯、第二椭圆铁芯、第三椭圆铁芯呈正三角形排布，第一椭圆铁芯、第三椭圆铁芯上的线圈为左旋缠绕，第二椭圆铁芯上的线圈为右旋缠绕，设置的目的在于加强线圈之间的磁耦合，且不产生感应电联系。

3、所述夹紧机构包括适配夹紧组件，适配夹紧组件设置的目的在于：一是利用其弹性特征，起到保证线圈与不同尺寸大小的椭圆铁芯适配贴合的作用；二是利用其弹性特征，于干式变压器工作过程中，起到一定的缓冲减震作用。

4、所述夹紧机构还包括监测组件，监测组件设置的在于对线圈与铁芯之间的连接状态起到实时监测作用，如发现异常将立即传递执行命令，从而实现作用。

5、所述夹紧机构还包括执行组件，执行组件设置的目的在于接收执行命令，辅助夹紧组件对线圈与椭圆铁芯实现夹紧作用，避免线圈与椭圆铁芯之间产生空隙造成影响，延长干式变压器的使用寿命。

6、散热机构设置的目的在于：一是对变压器壳体提供支撑作用；二是对干式变压器工作过程中所产生热量分散并实现降温，从而达到散热目的；三是于干式变压器工作过程中，起到一定的缓冲减震作用，保证工作的平稳度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明带椭圆形铁芯的干式变压器的整体结构示意图；

图2是本发明带椭圆形铁芯的干式变压器的椭圆铁芯的排布示意图；

图3是本发明带椭圆形铁芯的干式变压器的整体结构的俯视示意图；

图4是本发明带椭圆形铁芯的干式变压器的椭圆铁芯与夹紧机构的结构俯视图；

图5是本发明带椭圆形铁芯的干式变压器的椭圆铁芯与夹紧机构的结构正视图；

图6是本发明带椭圆形铁芯的干式变压器的夹紧机构的结构示意图；

图7是本发明带椭圆形铁芯的干式变压器的夹紧机构的局部结构放大示意图；

图8是图7的工作状态示意图；

图9是本发明带椭圆形铁芯的干式变压器的散热机构的结构俯视图；

图10是本发明带椭圆形铁芯的干式变压器的散热机构的结构正视图；

图中：1、变压器壳体；2、散热机构，21、通气环，22、通气管道，23、第一动环，24、第二动环，25、推动块，26、弹性弹簧，27、气孔；3、椭圆铁芯，31、第一椭圆铁芯，32、第二椭圆铁芯，33、第三椭圆铁芯；4、线圈；5、夹紧机构；61、套环，62、收紧环，63、夹紧板，64、压缩弹簧；71、固定件，72、螺杆，73、监测齿轮，74、滑块，75、支杆，76、金属球，77、连杆，78、拉伸弹簧；81、传动齿轮，82、执行压环，83、丝杆，84、执行齿轮；9、导热板；10、上盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10，本发明提供技术方案：一种带椭圆形铁芯的干式变压器，包括变压器壳体1、散热机构2、椭圆铁芯3、线圈4、夹紧机构5和上盖10，所述散热机构2以水平方向设置且与变压器壳体1固定装配，散热机构2远离变压器壳体1的一端与地面相接触，所述椭圆铁芯3以竖直方向设于变压器壳体1的内部，所述线圈4缠绕于椭圆铁芯3上，所述夹紧机构5套设于线圈4远离椭圆铁芯3的一侧，所述上盖10设于变压器壳体1的顶端，上盖10通过螺栓结构与变压器壳体1固定装配。

所述椭圆铁芯3包括第一椭圆铁芯31、第二椭圆铁芯32和第三椭圆铁芯33，所述第一椭圆铁芯31、第二椭圆铁芯32、第三椭圆铁芯33均呈椭圆形，第一椭圆铁芯31、第二椭圆铁芯32、第三椭圆铁芯33呈正三角形排布且分别位于三角边的各个中点位置上，其中所述第一椭圆铁芯31、第三椭圆铁芯33的长轴中心线以对称设置且分别与两条三角边的位置相重合，所述第二椭圆铁芯32的长轴中心线垂直于第三条三角边设置；所述第一椭圆铁芯31、第三椭圆铁芯33上的线圈4为左旋缠绕，所述第二椭圆铁芯32上的线圈4为右旋缠绕。

具体地，第一椭圆铁芯31、第二椭圆铁芯32相互靠近，当线圈4通过电流后，在线圈4中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈4中的电流，由于第一椭圆铁芯31、第二椭圆铁芯32所缠绕线圈4方式相反，即其回路电流方向相反，线圈4产生磁场方向相反大小相同，因此可相互抵消，从而加强第一椭圆铁芯31与第二椭圆铁芯32的线圈4之间的磁耦合；同理，第二椭圆铁芯32、第三椭圆铁芯33相互靠近且所缠绕线圈4方式相反，相互之间磁场相互抵消，从而加强第二椭圆铁芯32与第三椭圆铁芯33的线圈4之间的磁耦合；而第一椭圆铁芯31、第三椭圆铁芯33相互靠近，线圈4产生磁场方向相同相互叠加，而第二椭圆铁芯32处于第一椭圆铁芯31、第三椭圆铁芯33的对称线上，其长轴方向产生磁场方向与之相反而抵消，因此不会产生额外的感应电流，第一椭圆铁芯31与第三椭圆铁芯33的线圈4之间的磁耦合保持不变。

所述夹紧机构5包括适配夹紧组件，所述适配夹紧组件套设于线圈4远离椭圆铁芯3的一侧；所述适配夹紧组件包括套环61、收紧环62、夹紧板63和压缩弹簧64，所述套环61呈U字型且开口向上，套环61远离开口的一端穿设于线圈4远离椭圆铁芯3的一侧，所述收紧环62穿设于套环61远离线圈4的一侧，收紧环62位于套环61的开口端，所述夹紧板63以椭圆铁芯3的长轴线对称设置，夹紧板63位于套环61远离收紧环62的一侧，夹紧板63通过压缩弹簧64与套环61相连。

套环61以开口向上并套设于线圈4外表面，收紧环62自下而上穿设于套环61的开口端，使得套环61向线圈4外表面靠拢，夹紧板63贴合于线圈4外表面，压缩弹簧64利用其自身特性作出适应性变化，从而起到保证线圈4与不同尺寸大小的椭圆铁芯3适配贴合的作用。

所述夹紧机构5还包括监测组件，所述监测组件位于套环61远离椭圆铁芯3的一侧，监测组件通过固定件71与套环61相连；所述监测组件包括螺杆72、监测齿轮73、滑块74、支杆75、金属球76、连杆77和拉伸弹簧78，所述固定件71远离套环61的一端与螺杆72的中心处相连，所述螺杆72以水平方向设置，所述监测齿轮73分别固定设于螺杆72的两端，所述滑块74以对称穿设于螺杆72上，所述支杆75平行且设于螺杆72远离固定件71的一侧，所述金属球76依次穿设于支杆75上，所述连杆77的一端与滑块74相连，连杆77的另一端与支杆75相连，所述拉伸弹簧78的一端与金属球76相连，拉伸弹簧78的另一端与螺杆72相连；所述螺杆72以中心对称位置的螺纹方向相反，所述滑块74分别与螺杆72以螺纹形式相接；所述金属球76分别与线圈4电连接。

所述夹紧机构5还包括执行组件，所述执行组件对称设于螺杆72的两侧，执行组件包括传动齿轮81、执行压环82、丝杆83和执行齿轮84，所述传动齿轮81转接于套环61上，传动齿轮81与监测齿轮73啮合连接，所述执行压环82穿设于套环61远离线圈4的一侧，执行压环82位于收紧环62的正下方，所述丝杆83以竖直且对称位于螺杆72的两侧，所述丝杆83穿过执行压环82并穿设于套环61远离开口的一端，丝杆83与套环61转动连接，丝杆83远离收紧环62的一端固定设有执行齿轮84，所述执行齿轮84与传动齿轮81啮合连接。

所述散热机构2包括通气环21、通气管道22、第一动环23、第二动环24和推动块25，所述通气管道22呈米字型交叉排布于通气环21内圆侧，通气管道22分别与通气环21相连通，所述第一动环23、第二动环24位于通气管道22的上方，所述推动块25的一端与第一动环23、第二动环24固定连接，推动块25的另一端与通气管道22滑动连接。

所述第一动环23、第二动环24、通气环21的直径依次增大，所述第一动环23、第二动环24呈弹性且内部均设有弹性弹簧26，所述弹性弹簧26的两端分别与推动块25相连。弹性弹簧26设置的目的在于给予第一动环23、第二动环24弹性特征，第一动环23、第二动环24发生动态变化，带动推动块25发生位移，从而达到驱动通气管道22内部的气体流动的目的。

所述推动块25与通气管道22相连的内圈直径小于通气管道22的直径，设置的目的在于利用推动块25与通气管道22之间的相互挤压作用，当推动块25产生相对位移，即可驱动通气管道22内部的气体流动。

所述变压器壳体1的内侧壁上均匀排布有若干导热板9，所述导热板9呈W波形，导热板9远离变压器壳体1内侧壁的一侧分别与线圈4远离椭圆铁芯3的一侧相抵触，导热板9远离夹紧机构5的一端分别与通气环21相连，设置的目的在于利用其结构特性，将椭圆铁芯3和线圈4工作过程中产生的热量进行分散作用，避免局部热量堆积，对干式变压器的正常使用造成影响。

本发明的工作原理：1、将干式变压器连通电源，即线圈4接上交流电源，椭圆铁芯3中产生交变磁通，利用电磁感应的原理，实现改变交流电压的作用；

2、电荷于金属球76内部运动时自旋，并在周围产生环形磁场，此时金属球76受一个方向的洛伦兹力，拉伸弹簧78对金属球76起到反方向拉力，以此来保持金属球76的相对位置；

3、工作过程中，椭圆铁芯3和线圈4产生的热量可由导热板9进行分散作用，分散至变压器壳体1的侧壁上，避免局部热量堆积，对干式变压器的正常使用造成影响；

4、通气环21内部形成一定的密闭空间，第一动环23、第二动环24处于变压器壳体1的底端并与之直接接触，密闭空间内的气体吸收热量而膨胀做功，对推动块25、第一动环23和第二动环24的内侧侧壁施加推力，在弹性弹簧26的作用下，推动块25带动第一动环23、第二动环24产生位移，从而驱动通气管道22内部的气体整体发生流动，将处于通气环21外围的冷空气由通气管道22向内部传递，通气管道22内部的热空气则由内向外补充，实现分散热量的效果，达到降温冷却的目的；

5、与此同时，通气环21可吸收变压器壳体1内部传递至侧壁的震动，从而对干式变压器起到缓冲减震的作用，保证工作平稳度；

6、当线圈4发生松动，与椭圆铁芯3之间产生空隙，金属球76内部电荷运动方向错乱，周围产生磁场方向错乱，因此金属球76所受洛伦兹力的大小、方向发生改变，拉伸弹簧78因自身弹性特征带动金属球76以及支杆75作复位运动，支杆75带动连杆77运动，使得滑块74于螺杆72上产生相对位移，螺杆72因与滑块74的相对运动而带动监测齿轮73作旋转运动；

8、监测齿轮73与传动齿轮81作啮合运动，传动齿轮81与执行齿轮84作啮合运动，执行齿轮84带动丝杆83作旋转运动，执行压环82与丝杆83相对运动而产生竖直向上的位移，进一步对线圈4与椭圆铁芯3实现夹紧作用，从而消除空隙，以此保证干式变压器的正常运行。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。