專利名稱：磁分路器、磁分路器設(shè)置和電力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序的用于電力裝置的磁屏蔽的磁分路器 (magnetic shunt)、根據(jù)權(quán)利要求8的前序的用于電力裝置的磁屏蔽的磁分路器設(shè)置和根據(jù)權(quán)利要求10的前序的電力裝置。
背景技術(shù)：
采用磁屏蔽(也叫做磁屏護(hù))來保護(hù)具有某個(gè)體積的某物體(例如電力(電氣) 裝置、特別是電力變壓器等)免于受例如雜散磁場等磁場的影響。為了實(shí)現(xiàn)磁屏蔽/磁屏護(hù)，目前存在兩個(gè)已知的技術(shù)方案(Ch. Yongbin, Y. Junyou, Y. Hainian, T. Renyuan, "Study on Eddy Current Losses and Shielding Measures in Large Power Transformers", IEEE Transactions on Magnetics,30卷，5 期，1994 ;K. Karsai、D. Kerenyi、L. Kiss,"Large Power Transformers，，，Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York, 1987 ；J. Turowski、 X. M. Lopez-Fernandez> A. Soto> D. Souto,"Stray losses Control in Core-and Shell-Type Transformers，，，Proceedings of ARfftr 2007 Advanced Research Workshop on transformers,Baiona, Spain, ^ X. M Lopez-FernadezISBN 978-84-612-0115-0, 56-68頁)。根據(jù)一個(gè)技術(shù)方案，電磁屏蔽通過由具有低磁導(dǎo)率的高導(dǎo)電材料構(gòu)成的導(dǎo)電屏 (也叫做導(dǎo)電防護(hù)物)實(shí)現(xiàn)(參見，例如美國3，827，018)。另一個(gè)技術(shù)方案采用所謂的磁分路器，其包括具有各向異性的低電導(dǎo)率的高導(dǎo)磁材料(參見美國3，091，744)。該技術(shù)方案也稱為磁分路。由雜散磁場感生或產(chǎn)生的功率損耗隨著電力裝置的功率單位增加而變得更關(guān)鍵。雜散磁場因此不僅是技術(shù)問題，也是經(jīng)濟(jì)問題，因?yàn)閷?duì)應(yīng)于感生的負(fù)載損耗的資本值代表例如電力變壓器等電力裝置的成本的可觀部分(R. Komulainen, H. Nordman， "Loss evaluation and the use of magnetic and electromagnetic shields in transformers，，,CIGRE International conference on Large and High Voltage Electric Systems, 1988 Session，論文ID : 12-03)。另一方面，當(dāng)前的市場形勢(shì)由電力裝置(例如， 電力變壓器)的原材料的相對(duì)高的價(jià)格支配，這要求在電力裝置的建造中減少材料。然而， 材料減少導(dǎo)致?lián)p耗增加。在例如電力變壓器等大型電力裝置中，雜散磁通的存在通常不可避免并且不可能只通過電力裝置的謹(jǐn)慎的和周到的設(shè)計(jì)而完全防止(Ch. Yongbin, Y. Junyou, Y. Hainian, T. Renyuan, "Study on Eddy Current Losses and Shielding Measures in Large Power Transformers，，，IEEE Transactions on Magnetics, 30 卷，5 期，1994 ;K. Karsai、 D. Kerenyi> L. Kiss, "Large Power Transformers，，，Elsevier, Amsterdam-Oxford-New ^rk，1987)。在電力變壓器的情況下，它們的通電高和低壓繞組通常經(jīng)由傳導(dǎo)母線的系統(tǒng)連接到環(huán)境，這些母線是雜散磁通的主要源中的一個(gè)(K. Karsai、D.Kerenyi、L. Kiss, “Large Power Transformers，，，Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York, 1987 ；Y. Junyou> Τ. Renyuan> W. Chengyuan> Ζ. Meiwen, "New Preventive Measures against Stray Fieldof Heavy Current Carrying Conductors", IEEE Transactions on Magnetics，32 卷， 3期，1996)。然而，通過這些母線的謹(jǐn)慎的設(shè)計(jì)，雜散磁場有時(shí)可顯著減少，但沒有消除 (Y. Junyouλ Τ. RenyuanΛ L. Yan、Ch. Yongbin，"Eddy Current Fields and Overheating Problems Due to Heavy Current Conductors”，IEEE Transactions on Magnetics，30卷， 5期，1994)。此外，由繞組形成的磁通的部分典型地沒有被電力變壓器的芯捕獲(即使在理想的安匝平衡情況下)，但形成雜散磁場，其影響位于它的路徑中的金屬部件，從而代表雜散磁場的其他主要源(Y. Junyou、T. Renyuan、L. Yan、Ch. Yongbin, "Eddy Current Fields and Overheating Problems Due to Heavy Current Conductors",IEEE Transactions on Magnetics, 30 卷，5 期，1994)。在電力變壓器中具有某個(gè)水平的雜散磁場則導(dǎo)致例如變壓器箱等電力變壓器的受影響的導(dǎo)電鐵磁(或非鐵磁)體中的某個(gè)水平的對(duì)應(yīng)渦流，這些渦流通過雜散磁通感生。變壓器箱通常由相當(dāng)便宜的鐵磁性鋼制成。這些感生的渦流降低電力裝置的效率并且進(jìn)一步促進(jìn)電力裝置的可能的過熱，由此同時(shí)增加局部溫度上升的風(fēng)險(xiǎn)，即，出現(xiàn)所謂的熱點(diǎn)(K. Karsai> D. Kerenyi> L. Kiss, "Large Power Transformers，，，Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York，1987)。由于過熱和熱點(diǎn)可以顯著降低新安裝的電力裝置的壽命(例如通過導(dǎo)致采用的冷卻油中的析氣現(xiàn)象并且從而導(dǎo)致介電強(qiáng)度的損失)，存在對(duì)用于過熱和熱點(diǎn)檢測的工具和方法的市場需求?，F(xiàn)今，用于電力裝置的熱掃描的合適的和負(fù)擔(dān)得起的工具可采用紅外照片拍攝裝置(其采用各種類型出現(xiàn))的形式獲得，即，現(xiàn)今在最昂貴的電力裝置安裝之后對(duì)它們進(jìn)行過熱檢查。為了避免過熱和熱點(diǎn)，用于溫度降低和用于保持電力裝置的運(yùn)行溫度低于某個(gè)極限的措施和工具是現(xiàn)今重要的問題(K. Karsai, D. Kerenyi> L. Kiss, "Large Power Transformers，，，Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York,1987)。盡管由雜散磁通感生的渦流引起的損耗不是電力裝置(特別是電力變壓器)的過熱和/或熱點(diǎn)的唯一原因，但它們代表發(fā)生過熱/熱點(diǎn)的主要貢獻(xiàn)者中的一個(gè)。為了避免雜散磁場滲透進(jìn)入電力裝置的鐵磁性導(dǎo)電體，可使用前面提到的采用導(dǎo)電防護(hù)物或磁分路器形式的磁屏。磁屏的效率關(guān)鍵取決于它們的設(shè)計(jì)。本申請(qǐng)集中在磁分路器上，S卩，集中在由基本上不導(dǎo)電的高導(dǎo)磁材料構(gòu)成的磁屏上。具有這些性質(zhì)的磁屏可以相對(duì)容易地通過碾壓和擠壓高導(dǎo)磁鐵的微小氧化膜而產(chǎn)生，如在 K. Karsaiλ D. KerenyiΛ L Kiss，“Large Power Transformers，，，Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York，1987中描述的。氧化層防止電流在期望的方向(即，由雜散磁場感生的渦流的方向)上傳導(dǎo)，由此實(shí)現(xiàn)需要的不導(dǎo)電性。在磁輥被擠壓后，可以產(chǎn)生相對(duì)長的具有所需橫截面的磁分路器。具有準(zhǔn)最佳尺寸(特別是厚度)的磁分路器在以下文獻(xiàn)中描述:Ch. Yongbin、Y. Junyou、Y. Hainian、Τ. Renyuan, “Study on Eddy Current Losses and Shielding Measures in Large Power Transformers”， IEEE Transactions on Magnetics，卷 30，5 期，1994 ;Β· Cranganu-Cretu、J. Smajic 禾口 G. Testin, "Usage of Passive Industrial Frequency Magnetic-Field Shielding for Losses Mitigation :A Simulation Approach”，Proceedings of ARWtr 2007 Advanced Research Workshop on transformers，Baiona，Spain，2007， 由 X. M Lopez-Fernadez 編輯，ISBN 978-84-612-0115-0,325-330 頁；K. Karsai、D. Kerenyi、L. Kiss，"LargePower Transformers，，，Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York, 1987 ;S. A. Holland、 G. P. 0' Connel>L. Haydock,"Calculating Stray Losses in Power Transformers Using Surface Impedance With Finite Elements，，，IEEE Transactions on Magnetics,卷 28, 2 期，Mar. 1992，1355-1358頁；其中采用的磁分路器的幾何特性取決于要屏蔽的物體。通常，對(duì)單個(gè)磁分路器的大小和形狀標(biāo)準(zhǔn)化，并且若干標(biāo)準(zhǔn)化的磁分路器結(jié)合在分路設(shè)置/系統(tǒng)中，然后將該分路設(shè)置/系統(tǒng)放置在雜散場的源和要屏蔽的物體之間。例如，為了保護(hù)電力變壓器的箱壁免于受雜散磁場影響，磁分路器典型地設(shè)置成排并且平行于該箱壁放置。同時(shí)，磁分路器的軸線與預(yù)期的雜散磁場的估計(jì)方向平行延伸以減少由于在該箱壁中感生的渦流而引起的損耗(Ch. Yongbin, Y. Junyou, Y. Hainian, T. Renyuan, "Study on Eddy Current Losses and Shielding Measures in Large Power Transformers，，，IEEE Transactions on Magnetics,卷 30, 5 期，1994 ;K. Karsai、 D. Kerenyi> L. Kiss, "Large Power Transformers，，，Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York,1987)。由于單個(gè)磁分路器的形狀假定為標(biāo)準(zhǔn)化的，限定整個(gè)磁分路器設(shè)置/系統(tǒng)為在給定位置處的給定數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)化的磁分路器的組合以高效地保護(hù)要屏蔽的物體免于受預(yù)期的雜散磁通影響是可能的。該磁分路器設(shè)置/系統(tǒng)通常通過使用從求解對(duì)應(yīng)的已知的分析和/或經(jīng)驗(yàn)上得到的方程組獲得的尺寸值而設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供磁分路器、磁分路器設(shè)置和電力裝置，由此可以高效地實(shí)現(xiàn)磁屏蔽。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的該目的和再另外的目的(其隨著說明進(jìn)行將變得更加容易明顯可見的)，提供用于電力裝置(特別是電力變壓器)的磁屏蔽的磁分路器，該磁分路器包括通過導(dǎo)磁橋磁連接的磁通收集器，其中該橋設(shè)置在這些磁通收集器之間，其中在該橋的每端放置一個(gè)磁通收集器。這些磁通收集器的橫截面大于該橋的橫截面，并且該磁分路器形成單個(gè)結(jié)構(gòu)單元。橫截面限定為當(dāng)在頂視圖中觀看該磁分路器時(shí)與磁分路器(或橋，分別地)的縱向成直角的切割。由于它的較大的橫截面，在磁分路器的橋的一端的磁通收集器代表簡單地從周圍空間/環(huán)境吸引磁通(特別是雜散磁通)的一件塊狀的磁性材料(a lump piece of magnetic material)。被吸引的磁通然后由具有較小的橫截面的橋從它的一端傳導(dǎo)到它的另一端，這時(shí)磁通然后在由另一個(gè)磁通收集器給出的另一件塊狀的磁性材料的表面上離開磁分路器。即，來自環(huán)境的磁通由具有比橋大的橫截面的磁通收集器有利地收集。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，磁通收集器的橫截面因此是橋的橫截面的至少10倍。根據(jù)本發(fā)明的磁通收集器和因此磁分路器在幾何上簡單、容易制造并且顯著增加磁屏蔽雜散磁場的效率。優(yōu)選地，磁通收集器和橋包括相同的材料或由相同的材料構(gòu)成。它們可以特別地通過碾壓以及擠壓高導(dǎo)磁鐵的微小氧化膜產(chǎn)生，如上文參考K. Karsai,D. Kerenyi,L. Kiss, "Large Power Transformers，，，Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York, 1987 描述的。磁分路器中的磁通收集器和收集器之間的橋的實(shí)現(xiàn)(其用高導(dǎo)磁鐵的氧化膜完成)作為疊層進(jìn)行。因?yàn)榘l(fā)明性的磁分路器通過聚集或換句話說收集雜散磁通進(jìn)入磁通收集器而工作， 最重要的是通量在它們遇到最小暴露表面的方向上攻擊疊層，并且因此將產(chǎn)生最少的歐姆損耗。根據(jù)本發(fā)明的磁分路器的磁通收集器不限制于特別的形狀。例如，它們?cè)谛螤钌峡梢允乔蛐尾⑶曳胖迷陔娏ρb置內(nèi)部的關(guān)鍵位置處，同時(shí)由微小的磁性絲狀橋連接，使得可收集由若干不同的源產(chǎn)生的雜散磁通并且這些磁通被引導(dǎo)進(jìn)入特定的預(yù)先限定的方向。 當(dāng)然，磁通收集器可分別具有不同的形狀，例如立方形或平行六面體形狀。此外，提供用于電力裝置(特別是電力變壓器)的磁屏蔽的磁分路器設(shè)置，其包括根據(jù)本發(fā)明的至少兩個(gè)磁分路器，這些磁分路器設(shè)置成單排，其中橋被間隔開，并且每個(gè)通量收集器連接到相鄰磁分路器的相應(yīng)磁通收集器(其位于相應(yīng)橋的對(duì)應(yīng)端)。根據(jù)本發(fā)明的磁分路器設(shè)置的磁分路器的磁通收集器優(yōu)選地形成磁分路器設(shè)置的框架。此外，提供電力裝置(特別是電力變壓器)，其包括磁芯、電感耦合于該磁芯的繞組和具有箱壁的箱，其中提供并且設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)磁分路器，或提供并且設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的磁分路器設(shè)置，使得該一個(gè)或多個(gè)磁分路器的橋與箱壁平行延伸并且全部放置在離箱壁相同的距離處。利用根據(jù)本發(fā)明的磁分路器、根據(jù)本發(fā)明的磁分路器設(shè)置和根據(jù)本發(fā)明的電力裝置，可以顯著提高磁屏蔽雜散磁場的效率。根據(jù)本發(fā)明的磁分路器在建造上簡單并且具有低成本。它允許具有雜散磁場的任意源的三維物體(例如母線和繞組)的屏蔽效率提高。 可以容易地通過引入根據(jù)本發(fā)明的磁分路器修改現(xiàn)有的分路系統(tǒng)/設(shè)置或電力裝置。


本發(fā)明的另外的有利特征和應(yīng)用可以在從屬權(quán)利要求以及在圖示本發(fā)明的附圖的下列說明中找到。在附圖中類似的標(biāo)號(hào)指代附圖的若干特征中的相同或相似的部件圖1采用頂視圖示出根據(jù)本發(fā)明的磁分路器的第一實(shí)施例的示意圖，圖2采用頂視圖示出根據(jù)本發(fā)明的磁分路器的另外的實(shí)施例的示意圖，圖3采用頂視圖示出根據(jù)本發(fā)明的磁分路器的另外的實(shí)施例的示意圖，圖4采用頂視圖示出根據(jù)本發(fā)明的磁分路器的另外的實(shí)施例的示意圖，圖5采用頂視圖示出磁分路器的示意圖(具有兩個(gè)平行的分路)，圖6采用頂視圖示出根據(jù)本發(fā)明的磁分路器的另外的實(shí)施例的示意圖，圖7采用頂視圖示出磁分路器的示意圖(具有兩個(gè)平行的分路)，圖8采用頂視圖示出根據(jù)本發(fā)明的磁分路器的另外的實(shí)施例的示意圖，圖9采用頂視圖示出根據(jù)本發(fā)明的磁分路器的另外的實(shí)施例的示意圖，圖10采用頂視圖示出具有根據(jù)本發(fā)明的在圖1至10中示出的磁分路器的原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖，圖11-13采用頂視圖(圖11)、透視圖(圖12)和側(cè)視圖(圖13)示出圖1中的實(shí)施例，圖14示出根據(jù)本發(fā)明的形成要解決的優(yōu)化問題的基礎(chǔ)來找出磁分路器的拓?fù)涞?br> 不意表不，圖15示出如果不使用磁分路器的話在整個(gè)域上的磁通線，
圖16示出如果使用在圖1中描繪的磁分路器的話在整個(gè)域上的磁通線，圖17示意地示出沒有磁分路器的箱壁，圖18示出根據(jù)在圖17中示出的設(shè)置的箱壁中的對(duì)應(yīng)的感生功率損耗(以W/m3 計(jì))，圖19示意地示出具有在圖9中描繪的磁分路器的箱壁，圖20示出根據(jù)在圖19中示出的設(shè)置的箱壁中的對(duì)應(yīng)的感生功率損耗(以W/m3 計(jì))，圖21示意地示出具有在圖1中描繪的磁分路器的箱壁，圖22示出根據(jù)在圖21中示出的設(shè)置的箱壁中的對(duì)應(yīng)的感生功率損耗(以W/m3 計(jì))，圖23-25采用頂視圖(圖23)、側(cè)視圖(圖24)和透視圖(圖25)示出具有磁分路器的電力變壓器的示意部分表示，圖沈示意地示出沒有磁分路器的電力變壓器的部分，圖27示出根據(jù)圖沈的電力變壓器的箱壁中的對(duì)應(yīng)的感生功率損耗(以W/m3計(jì))，圖觀示意地示出具有如在目前技術(shù)發(fā)展水平中已知的磁分路器設(shè)置的電力變壓器的部分，圖四示出根據(jù)圖觀的電力變壓器的箱壁中的對(duì)應(yīng)的感生功率損耗(以W/m3計(jì))，圖30示意地示出具有根據(jù)本發(fā)明的磁分路器設(shè)置的電力變壓器的部分，以及圖31示出根據(jù)圖30的電力變壓器的箱壁中的對(duì)應(yīng)的感生功率損耗(以W/m3計(jì))。在這些圖中給出的值僅是示范性的。
具體實(shí)施例方式圖1至10每個(gè)在頂視圖中描繪放置在鐵磁性導(dǎo)電板2(其代表例如電力變壓器的箱壁)和母線3之間的磁分路器1的實(shí)施例。該導(dǎo)電板2是要通過該磁分路器1磁屏蔽的物體，并且這些母線3是磁場的源。示范性地，該導(dǎo)電板2的電導(dǎo)率ο是6. 66 QO6SAi,并且磁導(dǎo)率μ r是200。具有50Hz頻率的示范性地1000A RMS (均方根)的相電流流過這些母線3。磁分路器1包括橋4和兩個(gè)磁通收集器5。該橋4連接這兩個(gè)磁通收集器5。這些磁通收集器5的每個(gè)的橫截面大于該橋4的橫截面，S卩，在圖1至10中描繪的所有磁分路器1具有非均勻厚度。磁分路器1關(guān)于垂直于導(dǎo)電板2和母線3的對(duì)稱軸對(duì)稱(也參見圖14及其說明)。圖1至10的每個(gè)示出由母線3產(chǎn)生的磁場在導(dǎo)電板2中感生的模擬功率損耗，且從圖1至圖9功率損耗增加。當(dāng)解決下文描述的二維優(yōu)化問題時(shí)這些功率損耗已經(jīng)被模擬。矩形框在圖1至9中示出以突顯這些磁通收集器中的一個(gè)。在圖1至4、6、 8至9中，磁分路器1形成單個(gè)結(jié)構(gòu)單元。在圖5和7中，磁分路器1由兩個(gè)單獨(dú)的單元給出ο在圖1中，橋4的橫截面是不變的并且橋4在橫向方向上不居中于磁通收集器5 之間(當(dāng)在頂視圖中觀看時(shí))，而向?qū)щ姲?偏移。優(yōu)選地，橋4的橫截面是磁通收集器5 的橫截面的大約五分之一。對(duì)于描繪的實(shí)施例的感生功率損耗是2. 48W。在圖2中，磁通收集器5與橋4對(duì)齊，磁分路器1的對(duì)齊側(cè)面向?qū)щ姲?。此外，橋4由三個(gè)部分4. 1、4. 2、4. 3構(gòu)成，其中一個(gè)內(nèi)部部分4. 2和兩個(gè)最外面部分4. 1和4.3， 這兩個(gè)最外面部分4. 1和4. 3每個(gè)位于橋4的端處。這些最外面部分4. 1和4. 3的橫截面大于該內(nèi)部部分4. 2的橫截面。這些最外面部分4. 1和4. 3與該內(nèi)部部分4. 2和磁通收集器5對(duì)齊。該內(nèi)部部分4. 2的橫截面優(yōu)選地是磁通收集器5的橫截面的四分之一，并且每個(gè)最外面部分4. 1,4. 3的橫截面優(yōu)選地是該內(nèi)部部分4. 2的橫截面的兩倍。當(dāng)然，可以有超過一個(gè)內(nèi)部部分和超過兩個(gè)最外面部分。對(duì)于描繪的實(shí)施例的感生功率損耗是2. 49W。在圖3中，磁通收集器5也與橋4對(duì)齊。磁分路器1的對(duì)齊側(cè)面向?qū)щ姲?。橋4 的橫截面是不變的。優(yōu)選地，橋4的橫截面是磁通收集器5的橫截面的大約四分之一。對(duì)于描繪的實(shí)施例的感生功率損耗是2. 50W。在圖4中，當(dāng)與圖2的實(shí)施例相比時(shí)，橋4沿著橋4的縱軸成鏡像(當(dāng)在頂視圖中觀看時(shí))，即，最外面部分4. 1和4. 3與磁通收集器5對(duì)齊，但不與磁分路器1的面向?qū)щ姳?的那側(cè)上的內(nèi)部部分4. 2對(duì)齊。在磁分路器1背對(duì)導(dǎo)電壁2的那側(cè)上，最外面部分4. 1 和4. 3與內(nèi)部部分4. 2對(duì)齊，但不與磁通收集器5對(duì)齊。對(duì)于描繪的實(shí)施例的感生功率損耗是2. 52W。圖5描繪磁分路器1，其中磁通收集器5和橋4被縱向間隙6各自分成兩個(gè)單獨(dú)的部分，使得磁分路器1由兩個(gè)單獨(dú)的單元1. 1和1. 2給出，這些單元1. 1和1. 2也代表磁分路器。橋4與磁通收集器5對(duì)齊并且面向?qū)щ姲?。對(duì)于描繪的實(shí)施例的感生功率損耗是 2. 52ff0在圖6中，橋4居中于磁通收集器5之間。橋4的橫截面優(yōu)選地是磁通收集器5 的橫截面的大約五分之一。對(duì)于描繪的實(shí)施例的感生功率損耗是2. 53W。圖7的實(shí)施例對(duì)應(yīng)于在圖5中示出的實(shí)施例，其具有更大的間隙6并且磁通收集器5背對(duì)導(dǎo)電板2的那部分5. 1的橫截面具有比在圖5中小的橫截面。對(duì)于描繪的實(shí)施例的感生功率損耗是2. 53W。在圖8中，橋4由優(yōu)選地具有相同的橫截面的三個(gè)部分4. 1、4. 2、4. 3構(gòu)成，即一個(gè)內(nèi)部部分4. 2和兩個(gè)最外面部分4. 1和4. 3，其中每個(gè)最外面部分4. 1和4. 3位于橋4的端處。該內(nèi)部部分4. 2關(guān)于這些最外面部分4. 1和4. 3向側(cè)邊、即在磁分路器1的橫向方向上(當(dāng)在頂視圖中觀看時(shí))偏移，并且比這些最外面部分4. 1和4. 3更接近導(dǎo)電壁2。該內(nèi)部部分4. 2和磁通收集器5在磁分路器1面向?qū)щ姲?的那側(cè)上對(duì)齊。當(dāng)然，可以有超過一個(gè)內(nèi)部部分和超過兩個(gè)最外面部分。對(duì)于描繪的實(shí)施例的感生功率損耗是2. 53W。圖9對(duì)應(yīng)于圖2，其中橋向內(nèi)偏移，使得磁通收集器5不與橋4對(duì)齊，但橋4的最外面部分4. 1和4. 3與橋4的內(nèi)部部分4. 2在面向?qū)щ姲?的那側(cè)上對(duì)齊。對(duì)于描繪的實(shí)施例的感生功率損耗是2. 54W。圖10示出磁分路器1的優(yōu)選實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具有橋4和磁通收集器5、14 的層疊結(jié)構(gòu)。該層疊結(jié)構(gòu)所示出的示范性橫截面與在圖3中示出的橫截面相似，但不僅限于這樣的橫截面。橋4的有利的該層疊結(jié)構(gòu)15延伸進(jìn)入磁通收集器5的區(qū)域，并且磁通收集器5的該層疊結(jié)構(gòu)15的一部分取向?yàn)檎挥跇虻慕Y(jié)構(gòu)15的方向。橋4和收集器5的這樣的結(jié)構(gòu)組成的效果是通量在它們遇到最小暴露表面的方向上影響疊層，并且將產(chǎn)生最少的歐姆損耗。圖1至圖10中的實(shí)施例具有朝母線(即，朝磁場源)大致上是凹形的特性。該凹形是磁通收集器5具有的功能的后果。雜散磁通主要引導(dǎo)朝向收集通量的收集器5或閉式框架14，其展現(xiàn)最大的橫截面并且防止飽和效應(yīng)。圖11-13采用頂視圖(圖11)、透視圖(圖12)和側(cè)視圖(圖13)將在圖1中描繪的實(shí)施例示為示例。由導(dǎo)電板2給出的箱壁和磁分路器1的高度是例如lm，而母線3的導(dǎo)體延伸例如超過1. 8m。導(dǎo)電板2和磁分路器1的性質(zhì)是如對(duì)于圖1至10描述的。母線3 關(guān)于箱壁2居中。母線3產(chǎn)生磁場。描繪的配置類似于電力變壓器中的實(shí)際狀況，其中通電電流被帶入該電力變壓器頂部的繞組。圖2至10的實(shí)施例可以采用透視圖和側(cè)視圖近似地描繪。為了找出根據(jù)本發(fā)明的磁分路器，即它的尺寸，可以制定拓?fù)鋬?yōu)化問題，該優(yōu)化問題的(次優(yōu))解決方案是除了其他以外在圖1至13中描繪的都包括磁通收集器(其橫截面大于橋的橫截面)的磁分路器的反直觀實(shí)施例。該拓?fù)鋬?yōu)化問題優(yōu)選地制定為三維優(yōu)化問題，但還可以制定為更簡單的二維優(yōu)化問題。在圖14中描繪形成二維優(yōu)化問題的基礎(chǔ)或起點(diǎn)的初始(頂視圖)拓?fù)?。它由鐵磁性導(dǎo)電板2、母線3和放置在該導(dǎo)電板2和這些母線3之間的磁分路器1’ (是初始磁分路器1’)構(gòu)成。該導(dǎo)電板2將由該磁分路器1’針對(duì)由這些母線3產(chǎn)生的磁場進(jìn)行磁屏蔽。 在頂視圖中該磁分路器1’、該導(dǎo)電板2和這些母線3的尺寸和它們的距離在圖14中示范性地給出。該導(dǎo)電板2的電導(dǎo)率σ是例如6. 66 · 106S/m,并且相對(duì)磁導(dǎo)率μ r是例如200。 具有50Hz頻率的示范性地1000A RMS(均方根)的相電流流過這些母線3。對(duì)于二維優(yōu)化問題，磁分路器1’在頂視圖中認(rèn)為是矩形，其中它的面積被示范性地分成六乘五，即分成三十個(gè)相同的矩形部分1”。由于磁分路器將沿著對(duì)稱軸8是對(duì)稱的，每個(gè)可能的磁分路器拓?fù)淇梢杂删哂?5位的位串代表并且拓?fù)鋬?yōu)化問題變成二進(jìn)制優(yōu)化問題。對(duì)于該二進(jìn)制優(yōu)化問題的細(xì)節(jié)，我們參考B. Cranganu-Cretu, J. Smajic, W. Renhart> Ch. Magele, "Software Integrated Solution for Design Optimization of Industrial Devices", IEEE Transactions on Magnetics, 44 卷，6 1122-1125 Μ, June 2008 ;J. Smajic> B. Cranganu-Cretu> A. Kostingeri^ M. JaindU W. Renhart> Ch. Magele, "Optimization of Shielding Devices for Eddy-Currents using Multiobjective Optimization MethodsProceedings 13th Biennial IEEE Conference On Electromagnetic Field Computation(CEFC 2008),506 頁，National Technical University of Athens, Greece, May 2008。圖1至10示出該二進(jìn)制優(yōu)化問題的一共32768 ( = 215)個(gè)解決方案中的最佳解決方案，其中解決方案的質(zhì)量由在導(dǎo)電板2中由于由磁場感生的渦流引起的總功率損耗來判斷。感生功率損耗越小，由相應(yīng)磁分路器實(shí)現(xiàn)的磁屏蔽越好。完全沒有任何磁分路器或磁屏蔽的情況下，母線3將在導(dǎo)電板2中感生總計(jì)8. 29W的功率損耗。另一方面，如果磁分路器1’由所有矩形部分1”構(gòu)成(對(duì)應(yīng)于位串111111111111111)，由此形成整塊矩形磁分路
(massive rectangular magnetic shunt) ,M^^^iS^M^jk 2. 89ff0在圖1至10中描繪的十個(gè)最佳解決方案都包括位于磁分路器的橋的端處的磁通收集器，其中這些磁通收集器中的每個(gè)的橫截面大于該橋的橫截面，由此形成一件塊狀的磁性材料。在圖1至10中描繪的磁分路器具有較好的屏蔽性能(較少的功率損耗)，同時(shí)由于磁通收集器的影響而需要比由全部矩形部分1”構(gòu)成的實(shí)體/整塊矩形磁分路器1’少的材料。當(dāng)與具有全部分路部分1”的矩形磁分路器1’的明顯的解決方案相比時(shí)，在圖1 中描繪的全球最佳解決方案需要減少55%的材料并且具有減少14%的感生功率損耗。磁通收集器形成一件塊狀的磁性材料，其簡單地從周圍環(huán)境吸引磁通。被吸引的磁通然后由具有較小橫截面的橋從它的一端傳導(dǎo)到它的另一端，其中磁通然后在由另一個(gè)磁通收集器給出的另一件塊狀的磁性材料的表面上離開磁分路器。這也可以從圖15和16 看到，其中圖15示出沒有磁屏蔽并且具有8. 29W的總感生功率損耗的裝置中的磁通線，即磁矢勢(shì)Az的實(shí)部，并且圖16示出具有采用具有如在圖1和11-13中描繪的磁通收集器5 和橋4的磁分路器1的形式的磁屏蔽且具有2. 48W的總感生功率損耗的裝置中的磁通線。圖17、19和21每個(gè)示出箱壁2的示意表示，其中功率損耗由母線(未描繪)的雜散磁通感生。尺寸和性質(zhì)如對(duì)于圖11-13描述的，通過母線的電流如圖1至10描述的那樣選擇。在圖17中，不提供磁屏蔽。在圖19中，圖9中示出的磁分路器用于磁屏蔽，并且在圖21中，圖1中示出的磁分路器用于磁屏蔽。圖18、20和22描繪在箱壁2中對(duì)于每個(gè)相應(yīng)的三維配置感生的模擬功率損耗。圖17的沒有磁屏蔽的配置產(chǎn)生7. 33W的總功率損耗。 圖19的具有圖9的磁分路器的配置產(chǎn)生1. 97W的功率損耗，其對(duì)應(yīng)于當(dāng)與具有整塊磁分路器(即，具有如上文描述的由全部矩形部分1”構(gòu)成的磁分路器1’(在三維中分別是立方體或平行六面體部分))的配置相比時(shí)具有減少53%磁分路器體積的降低11. 7%的功率損耗。具有整塊磁分路器的配置產(chǎn)生2. 33W的總功率損耗。圖21的具有圖1的磁分路器的配置產(chǎn)生1. 93W的功率損耗，其對(duì)應(yīng)于當(dāng)與具有整塊磁分路器的配置相比時(shí)具有減少53% 磁分路器體積的降低13. 3%的功率損耗。從而，利用根據(jù)本發(fā)明的磁分路器，可以用更少的分路材料獲得更少的功率損耗。圖23-25采用頂視圖(圖23)、側(cè)視圖(圖24)和透視圖(圖25)示意地示出具有磁分路器1的電力變壓器的部分表示。由于該電力變壓器關(guān)于垂直于它的軸線的平面對(duì)稱，僅描繪該電力變壓器的八分之一。該電力變壓器由具有描繪的箱壁2(其由鐵磁導(dǎo)電板給出)的箱、磁芯9和繞組(其包括一次線圈10和二次線圈11，二次線圈11由一次線圈 10環(huán)繞)構(gòu)成。一次線圈10和二次線圈11產(chǎn)生磁場。一次線圈10具有例如24000安匝并且二次線圈11具有例如-20000安匝，其中安匝的人為不平衡是造成芯磁通的原因。通電電流的頻率是例如50Hz。磁通的主要部分被磁芯9吸收和引導(dǎo)。雜散磁通部分地因?yàn)樾撅柡筒⑶也糠值匾驗(yàn)榇判?和線圈10、11之間的空隙而產(chǎn)生。在繞組(特別是一次線圈 10)和箱壁2之間，放置用于磁屏蔽的磁分路器設(shè)置12，其包括磁分路器1來減少由于由雜散磁場在箱壁2中感生的渦流引起的功率損耗。磁分路器1和箱壁2的材料性質(zhì)(即，電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率)例如與連同圖1至10給出的相同。磁芯9的材料示范性地與磁分路器1 的材料相同。圖沈、觀和30每個(gè)示意地示出電力變壓器的部分表示(如在圖23-25中的八分之一)，其中功率損耗通過由繞組10、11產(chǎn)生的雜散磁通而在它的箱壁2中感生。尺寸、性質(zhì)和通電電流如對(duì)于圖23-25描述的那樣。在圖沈中，不提供磁屏蔽。在圖觀中，使用已知的磁分路器設(shè)置13，其由如上文描述的整塊磁分路器1’構(gòu)成，即每個(gè)磁分路器由平行六面體給出，且磁分路器設(shè)置成單排并且磁分路器的縱軸平行于預(yù)期的雜散磁通(K. Karsai, D. Kerenyi> L. Kiss, "Large Power Transformers，，，Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York,1987)。
在圖30中，用于磁屏蔽的磁分路器設(shè)置12包括圖1中示出的磁分路器1。磁分路器1設(shè)置成單排，且每個(gè)磁通收集器5連接到相鄰磁分路器的磁通收集器(其位于橋的相同端)，該磁通收集器5由此形成磁分路器設(shè)置12的閉式框架14，其優(yōu)選地不具有間隙/ 中斷。相鄰磁分路器的橋4被間隔開。磁分路器設(shè)置12的磁分路器1的縱軸優(yōu)選地平行于預(yù)期的雜散磁通。如在圖30中圖示的閉式框架收集器14是這樣的閉式框架14的示范性實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)在圖1至10中的實(shí)施例中提出的不同的橋4和收集器5概念中的一個(gè)。在圖30中，雜散磁通主要通過該框架14在所有側(cè)上被收集，并且然后它進(jìn)入橋?？蚣艿捻敳亢偷撞坎东@來自繞組的端部的雜散通量，然而框架的側(cè)部捕獲還來自母線的通量。這樣的閉式框架14磁分路器設(shè)置可以特別地用于電力裝置(如變壓器，特別是電力變壓器)的有效磁屏蔽。圖27J9和31描繪在每個(gè)相應(yīng)的三維電力變壓器配置的箱壁2中感生的模擬功率損耗。軟件hfolytica已經(jīng)用于渦流的三維分析。圖沈的沒有磁屏蔽的電力變壓器產(chǎn)生38610W的總功率損耗。圖觀的具有已知的磁分路器設(shè)置13的電力變壓器產(chǎn)生較小的 9131W的功率損耗。圖30的具有根據(jù)本發(fā)明的磁分路器設(shè)置12的電力變壓器產(chǎn)生甚至更小的6613W的總功率損耗，由此導(dǎo)致功率損耗進(jìn)一步降低觀％。與用于磁屏蔽的具有理論上為零的電導(dǎo)率的磁性材料實(shí)體板相比，根據(jù)本發(fā)明的磁分路器設(shè)置12產(chǎn)生僅多8%的功率損耗，但具有減少35%的材料需要。磁分路器設(shè)置12和它的框架14在建造上是相當(dāng)簡單的。框架14由磁性材料制成?？蚣?4優(yōu)選地是整塊的，即它不具有中斷或間隙。磁分路器設(shè)置12可以通過使用已知的整塊平行六面體形的磁分路器和另外的稍厚的整塊平行六面體形的磁分路器(其在已知的整塊平行六面體形的磁分路器的端部上成直角地放置)而實(shí)現(xiàn)?？蚣?4還可以通過使用放在一起的一對(duì)已知的整塊平行六面體形的磁分路器而形成。從而，現(xiàn)有的已知的磁分路器設(shè)置13可以通過添加框架14容易并且可行地修改以形成本發(fā)明的磁分路器設(shè)置 12。要理解盡管已經(jīng)在本文中圖示并且描述本發(fā)明的某些實(shí)施例，它不限于描述和示出的特定實(shí)施例。標(biāo)號(hào)列表I磁分路器1，用于優(yōu)化的初始磁分路器 1"磁分路器1’的部分2導(dǎo)電鐵磁性板
3母線，磁場的源4橋
4.1橋的最外面部分4.2橋的內(nèi)部部分
4.3橋的最外面部分5磁通收集器
5.1磁通收集器的部分6間隙
7間隙8對(duì)稱軸
9磁芯10—次線圏
II二次線圈12磁分路器設(shè)置 13已知的磁分路器設(shè)置14框架
15層疊結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種用于電力裝置、特別是電力變壓器的磁屏蔽的磁分路器，其包括通過導(dǎo)磁橋 (4,4. 1,4. 2,4. 3)磁連接的磁通收集器(5)，所述橋(4,4. 1,4. 2,4. 3)設(shè)置在所述磁通收集器( 之間，且在所述橋(4、4. 1,4.2,4. 3)的每端處放置一個(gè)磁通收集器(5)，其中所述磁通收集器(5)的橫截面大于所述橋(4、4. 1,4.2,4. 3)的橫截面，并且所述磁分路器(1)形成單個(gè)結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述磁分路器(1)朝磁場源(3)大致上是凹形。
2.如權(quán)利要求1所述的磁分路器，其中所述磁通收集器( 和所述橋(4、4.1、4.2、 4. 3)包括相同的磁性材料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁分路器，其中所述磁通收集器( 與所述橋(4、4.1,4. 2、 4. 3)對(duì)齊。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的磁分路器，其中所述橋(4)由至少三個(gè)部分(4.1、 4. 2,4. 3)構(gòu)成，其中兩個(gè)最外面部分(4. 1,4. 3)每個(gè)位于所述橋(4、4. 1,4. 2,4. 3)的端處且具有比一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部部分(4. 2)大的橫截面。
5.如權(quán)利要求4所述的磁分路器，其中所述兩個(gè)最外面部分(4.1、4.；3)與所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部部分(4. 2)對(duì)齊。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的磁分路器，其中所述橋(4)由至少三個(gè)部分(4.1、 4. 2,4. 3)構(gòu)成，其中所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部部分(4. 2)關(guān)于所述兩個(gè)最外面部分(4. 1,4. 3) 向側(cè)邊偏移，每個(gè)最外面部分(4. 1,4. 3)位于所述橋的端處。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的磁分路器，其中所述磁通收集器( 每個(gè)包括至少一個(gè)縱向間隙(7)。
8.如權(quán)利要求1或2所述的磁分路器，其中所述磁通收集器( 形成環(huán)繞所述橋(4、 4. 1、4. 2、4. 3)的閉式框架(14)。
9.一種用于電力裝置、特別是電力變壓器的磁屏蔽的磁分路器設(shè)置，其包括至少兩個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的磁分路器(1)，其中所述磁分路器(1)設(shè)置成單排，其中橋 (4)被間隔開并且其中每個(gè)磁通收集器( 連接到相鄰磁分路器的位于相應(yīng)橋(4)的對(duì)應(yīng)端的磁通收集器。
10.一種電力裝置、特別是電力變壓器，其包括磁芯(9)、電感耦合于所述磁芯(9)的繞組(10、11)和具有箱壁O)的箱，其中提供且設(shè)置根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的一個(gè)或多個(gè)磁分路器(1)或根據(jù)權(quán)利要求8或9的磁分路器設(shè)置(12)，使得所述一個(gè)或多個(gè)磁分路器⑴的橋⑷與箱壁⑵平行延伸并且在離箱壁⑵相同的距離處。
11.如權(quán)利要求10所述的電力裝置，其中對(duì)于一個(gè)或多個(gè)磁分路器(1)，所述橋(4)在橫向方向上不居中于所述磁通收集器( 之間，而朝所述箱壁( 偏移。
12.如權(quán)利要求10或11所述的電力裝置，其中對(duì)于一個(gè)或多個(gè)磁分路器(1)，所述磁通收集器( 與所述橋(4)對(duì)齊并且其中所述一個(gè)或多個(gè)磁分路器(1)的對(duì)齊側(cè)面向所述箱壁(2)。
13.如權(quán)利要求10或11所述的電力裝置，其中對(duì)于一個(gè)或多個(gè)磁分路器(1)，所述橋 (4)由至少三個(gè)部分(4. 1,4. 2,4. 3)構(gòu)成，其中一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部部分(4. 2)比兩個(gè)最外面部分(4. 1,4. 3)朝所述箱壁( 較接近地偏移，每個(gè)最外面部分(4. 1,4. 3)位于所述橋(4) 的端處。
14.如權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的電力裝置，其中對(duì)于一個(gè)或多個(gè)磁分路器(1)，所述橋由至少三個(gè)部分(4. 1、4.2、4.3)構(gòu)成，其中兩個(gè)最外面部分(4. 1、4.3)每個(gè)位于所述橋的端處且具有比一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部部分(4. 大的橫截面，其中所述兩個(gè)最外面部分(4. 1,4. 3)與所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部部分(4. 2)對(duì)齊，其中對(duì)齊的部分面向所述箱壁(2)。
15.如權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的電力裝置，其中對(duì)于一個(gè)或多個(gè)磁分路器 (1)，所述橋由至少三個(gè)部分(4. 1、4.2、4.3)構(gòu)成，其中兩個(gè)最外面部分(4. 1、4.3)每個(gè)位于所述橋的端處且具有比一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部部分(4. 大的橫截面，其中所述兩個(gè)最外面部分(4. 1,4. 3)與所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部部分(4. 2)對(duì)齊，其中對(duì)齊的部分背對(duì)所述箱壁(2)。
16.如權(quán)利要求1所述的磁分路器，其中所述磁通收集器(5)的橫截面是所述橋(4、 4. 1、4. 2、4. 3)的橫截面的至少10倍。
17.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的磁分路器，其中所述橋的層疊結(jié)構(gòu)(15)延伸進(jìn)入所述磁通收集器(5)的區(qū)域中。
18.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的磁分路器，其中在所述橋中所述層疊結(jié)構(gòu) (15)的方向取向?yàn)檎挥谒鰳虻乃鰧盈B結(jié)構(gòu)(15)的至少一部分的方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電力裝置、特別是電力變壓器的磁屏蔽的磁分路器(1)，其包括通過導(dǎo)磁橋(4、4.1、4.2、4.3)磁連接的磁通收集器(5)，該橋(4、4.1、4.2、4.3)設(shè)置在磁通收集器(5)之間，且在該橋(4、4.1、4.2、4.3)的每端放置一個(gè)磁通收集器，其中該磁通收集器(5)的橫截面大于該橋(4、4.1、4.2、4.3)的橫截面，并且該磁分路器(1)形成單個(gè)結(jié)構(gòu)單元。此外，本發(fā)明涉及磁分路器設(shè)置(12)和包括根據(jù)本發(fā)明的磁分路器(1)的電力裝置。
文檔編號(hào)H01F27/36GK102405504SQ201080018136
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者B·克蘭加努克雷圖, H·諾德博格, J·斯馬吉克 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司