專利名稱：多相變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括地說，本實(shí)用新型涉及諸如在電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中使用的變壓器的變壓器。更具體地說，本實(shí)用新型涉及具有不同數(shù)目的空氣通道的多相變壓器繞組布置。
背景技術(shù)：
諸如9相變壓器的多相變壓器被配置為將3相交流輸入電力轉(zhuǎn)換為多相(例如，9相)交流輸出電力。這種變壓器通常被設(shè)計(jì)為提供期望的輸出交流電力。變壓器所生成的輸出交流電力可以在被提供給負(fù)載之前被整流或?yàn)V波。通常，9相變壓器包括在疊片鐵芯上構(gòu)造的3個(gè)線圈。每個(gè)線圈由多個(gè)繞組形成。 例如，在許多9相變壓器中，每個(gè)線圈由5個(gè)單獨(dú)的繞組形成。因此，9相變壓器通常使用串聯(lián)連接的15個(gè)繞組來形成。在工作期間，線圈的每個(gè)繞組中存在漏電感。每個(gè)線圈中的漏電感經(jīng)常由于繞組和空氣通道的布置而通常不相等。這種不平衡的漏電感造成輸入電力中的總諧波失真的增大。經(jīng)常采用的減小漏電感的一種技術(shù)是以不同的層來卷繞線圈，每層包括多個(gè)繞組。例如，對(duì)于包括五個(gè)單獨(dú)繞組的線圈而言，可以使用前兩個(gè)繞組和第三繞組的一部分形成一層，并且可以采用第三繞組的其他部分和剩余兩個(gè)繞組形成第二層。但是，以多個(gè)層構(gòu)造線圈造成過度的熱量生成，這在未適當(dāng)選擇繞組尺寸的情況下可能最終損壞變壓器。為了降低成本或者降低繞組溫度，通常采用冷卻通道來耗散變壓器所生成的熱量。但是，變壓器中可容納的冷卻通道的數(shù)目存在約束，這是因?yàn)槔鋮s通道數(shù)目的增加也將導(dǎo)致系統(tǒng)的尺寸和成本的增加。因此，需要設(shè)計(jì)具有有效的冷卻系統(tǒng)的多相變壓器。

實(shí)用新型內(nèi)容簡言之，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于將3相交流電力轉(zhuǎn)換為9相交流電力的變壓器。該變壓器包括疊片鐵芯；在疊片鐵芯上構(gòu)造的第一、第二和第三線圈，每個(gè)線圈包括多個(gè)繞組。在每個(gè)線圈中設(shè)置冷卻通道，其中至少一個(gè)冷卻通道被布置在疊片鐵芯和相應(yīng)線圈中的相鄰繞組之間。該變壓器還包括分別鏈接到第一、第二和第三線圈的第一、第二和第三輸入端子，其中第一、第二和第三輸入端子被配置為接收輸入交流電力的第一、第二和第三相；以及能夠鏈接到第一至第九輸出電力線的第一至第九輸出端子。在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于將3相交流電力轉(zhuǎn)換為9相交流電力的變壓器。該變壓器包括疊片鐵芯以及在疊片鐵芯上構(gòu)造的第一、第二和第三線圈。每個(gè)線圈形成包括第一、第二、第三、第四和第五繞組的五個(gè)單獨(dú)繞組。該變壓器還包括每個(gè)線圈中的多個(gè)冷卻通道，其中至少一個(gè)冷卻通道被布置在疊片鐵芯和相應(yīng)線圈中的相鄰繞組之間。該變壓器還包括分別鏈接到第一、第二和第三線圈的第一、第二和第三輸入端子，其中第一、第二和第三輸入端子被配置為接收輸入交流電力的第一、第二和第三相；以及能夠鏈接到第一至第九輸出電力線的第一至第九輸出端子。第一、第二和第三輸入端子以及第一至第九輸出端子被布置在該變壓器的外表面上。在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于制造用于將3相交流電力轉(zhuǎn)換為9相交流電力的變壓器的方法。該方法包括在疊片鐵芯的周圍構(gòu)造第一、第二和第三線圈，每個(gè)線圈具有耦合在一起以形成變壓器的多個(gè)繞組。該方法還包括為每個(gè)線圈提供多個(gè)冷卻通道，其中至少一個(gè)冷卻通道被布置在疊片鐵芯和相應(yīng)線圈中的相鄰繞組之間。該方法還包括在該變壓器的外表面上設(shè)置3個(gè)輸入端子和9個(gè)輸出端子。

當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，將能更好地理解本實(shí)用新型的這些以及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中在所有附圖中相同的標(biāo)號(hào)代表相同的部件。其中圖I是根據(jù)本技術(shù)的多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的電力系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的框圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的示例性變壓器的芯和線圈的正視圖；·圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的示例性變壓器的芯和線圈的透視圖；圖4是根據(jù)本技術(shù)的多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的示例性變壓器的電路圖；所提出的方法僅適用于此圖中的變壓器；圖5、圖6、圖7和圖8是根據(jù)本技術(shù)的多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的變壓器的示例性實(shí)施例的橫截面圖；以及圖9是示出了根據(jù)本實(shí)用新型的多個(gè)方面的用于制造變壓器的示例性技術(shù)的流程圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，并首先參照?qǐng)D1，示出了電力系統(tǒng)10。電力系統(tǒng)10包括電源12、變壓器20和整流器22。電力系統(tǒng)10所生成的輸出電力被提供給負(fù)載。負(fù)載的例子包括電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器等。下面更詳細(xì)地描述每個(gè)框。應(yīng)該注意，本說明書中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”、“一實(shí)施例”、“示例性實(shí)施例”的引用表示所描述的實(shí)施例可能包括特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，但是每個(gè)實(shí)施例可能不一定包括該特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。而且，這些術(shù)語不一定指的是同一實(shí)施例。另外，當(dāng)結(jié)合一個(gè)實(shí)施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，認(rèn)為結(jié)合不管是否明確描述的其他實(shí)施例實(shí)現(xiàn)這一特征、結(jié)構(gòu)或特性施在本領(lǐng)域的技術(shù)人員的知識(shí)范圍內(nèi)的。電源12被配置為生成或提供3相交流電力，在很多情況下電源12可以包括電網(wǎng)。3相交流電力可以被提供給各種電設(shè)備，比如被提供給變壓器20。而且，變壓器20耦合到電源12并且接收3相交流電力。3相交流電力被提供給3個(gè)單獨(dú)的輸入端子14、16和18作為第一、第二和第三相。在該示例性實(shí)施例中，變壓器20被配置為將3相交流電力轉(zhuǎn)換為9相交流輸出電力。在示出的實(shí)施例中,輸出電力分別經(jīng)由9個(gè)輸出線21-A至21-1被提供給整流器22。而且，整流器22被配置為將9相輸出交流電力轉(zhuǎn)換為跨直流總線(未示出)的對(duì)應(yīng)直流電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，整流器22包括開關(guān)橋，開關(guān)橋?qū)τ诿總€(gè)交流電壓相包括兩個(gè)開關(guān)(未示出)，這兩個(gè)開關(guān)分別鏈接到直流總線。開關(guān)以定時(shí)方式交替開和關(guān)，導(dǎo)致變壓器20所生成的9相交流輸出電力的整流。[0021]經(jīng)整流的輸出直流電力可以被提供給負(fù)載或者可以用于各種下游電路(例如，逆變器、斬波器、轉(zhuǎn)換器)。也可以采用其他類型和拓?fù)涞恼髌饕约皩?shí)際上對(duì)于9相輸出的其他用途。如上所述，變壓器20被配置為將3相交流電力轉(zhuǎn)換為9相交流電力。下面參照?qǐng)D2更詳細(xì)地描述用來構(gòu)造變壓器20的部件。圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的變壓器20的一個(gè)實(shí)施例的框圖。圖3是圖2的變壓器的芯和線圈的透視圖。變壓器20在疊片鐵芯24上構(gòu)造。在一個(gè)實(shí)施例中，疊片鐵芯24由電工鋼制成。疊片鐵芯24包括形成磁通的路徑的三個(gè)極26、28和30。在當(dāng)前考慮的實(shí)施例中，芯24除了 3個(gè)橫向極以外沒有其他的磁通路徑，從而使得流經(jīng)一個(gè)極(例如,極34)的磁通向上經(jīng)過其他兩個(gè)極(例如,極32和36)而返回。極26、28和30分別穿過第一、第二和第三線圈32、34和36。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)線圈(例如，32、34和36)包括串聯(lián)地耦合在一起的多個(gè)繞組。該多個(gè)繞組的至少兩個(gè)繞 組的電感不相等。此外，每個(gè)線圈包括總地由參考標(biāo)號(hào)35代表的、布置在繞組之間的多個(gè)冷卻通道。每個(gè)冷卻通道包括氣隙。該多個(gè)冷卻通道被配置為平衡每個(gè)線圈中的漏電流。該多個(gè)冷卻通道是使用非導(dǎo)電材料來構(gòu)造的。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)線圈具有第一、第二、第三、第四和第五繞組?？梢允褂脝蝹€(gè)繞組專用線來構(gòu)造每個(gè)繞組?；蛘撸梢允褂脝蝹€(gè)線構(gòu)造多個(gè)串行繞組，或者可以使用單個(gè)線來構(gòu)造所有繞組。在一個(gè)實(shí)施例中，所有繞組具有相似的構(gòu)造，區(qū)別主要在于每個(gè)繞組中包括的匝數(shù)。下面更詳細(xì)地描述繞組被鏈接以形成變壓器20的方式。圖4是根據(jù)本技術(shù)的多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的變壓器20的電路圖。在該示例性實(shí)施例中，變壓器20包括彼此耦合以形成六邊形38的3個(gè)線圈32、34和36。此外，每個(gè)線圈32、34和36具有多個(gè)繞組。在示出的實(shí)施例中，每個(gè)線圈包括五個(gè)單獨(dú)的繞組并且如下所述那樣定位。從圖4中可以看出，第一線圈32包括在六邊形38的一條邊40上形成的繞組52和54。第一線圈32還包括在六邊形38的第四邊46上形成的繞組56、58和60。類似地，第二線圈34包括在六邊形38的第二邊42上形成的繞組62、64和66。第二線圈34還包括在六邊形38的第五邊48上的繞組68和70。最后，第三線圈36包括六邊形38的第三邊44上的繞組72和74，并且還包括六邊形38的第六邊50上的繞組76、78和80。輸入端子14、16和18被配置為接收總地由字母A、B和C代表的第一、第二和第三相或電力。3個(gè)輸入端子分別耦合至第一、第二和第三線圈。更具體地，輸入端子14設(shè)置在繞組80和繞組52之間。類似地，輸入端子16設(shè)置在繞組66和繞組72之間，輸入端子18設(shè)置在繞組60和繞組68之間。在可替選實(shí)施例中，輸入端子可以設(shè)置在位置“ 14”、“ 16 ”和“18”處，如圖4中所示。如所示出的，變壓器20還包括9個(gè)輸出端子21-A至21_1。第一輸出端子21-A位于第一線圈32的第一繞組52和第二繞組54之間的節(jié)點(diǎn)81處。第二輸出端子21-B位于第二線圈34的第一繞組62和第二繞組64之間的節(jié)點(diǎn)82處。第三輸出端子21-C位于第二線圈34的第二繞組64和第三繞組66之間的節(jié)點(diǎn)83處。第四輸出端子21-D位于第三線圈36的第一繞組72和第二繞組74之間的節(jié)點(diǎn)84處。第五輸出端子21-E位于第一線圈32的第三繞組56和第四繞組58之間的節(jié)點(diǎn)85處。第六輸出端子21-F位于第一線圈32的第四繞組58和第五繞組60之間的節(jié)點(diǎn)86處。[0030]第七輸出端子21-G位于第二線圈34的第四繞組68和第五繞組70之間的節(jié)點(diǎn)87處。第八輸出端子21-H位于第三線圈36的第三繞組76和第四繞組78之間的節(jié)點(diǎn)88處。第九輸出端子21-1位于第三線圈36的第四繞組78和第五繞組80之間的節(jié)點(diǎn)89處。變壓器20包括布置在每個(gè)線圈的繞組之間的多個(gè)冷卻通道。在一個(gè)實(shí)施例中，變壓器20的每個(gè)線圈在線圈的每一側(cè)包括至少五個(gè)冷卻通道。冷卻通道被布置在線圈的繞組之間。下面更詳細(xì)地描述在線圈內(nèi)布置冷卻通道的方式。圖5是根據(jù)本技術(shù)的多個(gè)方面的采用冷卻通道的變壓器20的橫截面圖。在示出的實(shí)施例中，變壓器20在線圈的每一側(cè)采用5個(gè)冷卻通道。冷卻通道被布置在每個(gè)線圈的繞組之間。參照線圈32描述下面的實(shí)施例。然而，對(duì)于線圈34和36也可以采用類似的設(shè)計(jì)。下面描述布置冷卻通道的方式。 可以注意到繞組52包括總地由52-A和52_B代表的兩個(gè)部分。類似地，繞組54包括兩個(gè)部分并且總地由54-A和54-B代表，繞組58包括兩個(gè)部分并且總地由58-A和58-B代表。此外，如所示出的，絕緣層95被布置在繞組之間。如所示出的，冷卻通道92被布置在疊片鐵芯24和繞組52的部分52_A之間。此夕卜，冷卻通道94被布置在繞組52的部分52-A和繞組54的部分54-A之間。類似地，冷卻通道96被布置在繞組56和繞組58的第一部分58-A之間。而且，冷卻通道98被布置在繞組58的部分58-A和54-B之間，且冷卻通道100被布置在繞組54的部分54-B和繞組52的部分52-B之間。這里，輸入端子14、16和18位于變壓器20的上側(cè)面90上。類似地，輸出端子21-A至21-1也位于變壓器20的上側(cè)面90上。可以看出，所有輸入端子14、16和18以及輸出端子21-A至21-1被布置在變壓器的外表面上。圖6是根據(jù)本技術(shù)的多個(gè)方面的采用冷卻通道的變壓器20的第二實(shí)施例的橫截面圖。在示出的實(shí)施例中，變壓器20在線圈的每一側(cè)采用5個(gè)冷卻通道。冷卻通道被布置在線圈的繞組之間。在示出的實(shí)施例中，繞組52包括兩個(gè)部分并且總地由52-A和52_B代表，繞組58包括兩個(gè)部分并且總地由58-A和58-B代表。冷卻通道102被布置在疊片鐵芯24和繞組58的部分58-A之間。此外，冷卻通道104被布置在繞組58-A和繞組56之間。冷卻通道106被布置在繞組56和繞組52-A之間。而且，冷卻通道108被布置在繞組52的部分52-A和52-B之間，冷卻通道110被布置在繞組58-B和繞組60之間。再一次，如同圖5的實(shí)施例那樣，輸入端子14、16和18位于變壓器20的上側(cè)面90上。類似地，輸出端子21-A至21-1也位于變壓器20的上側(cè)面90上。圖7是根據(jù)本技術(shù)的多個(gè)方面的采用冷卻通道的變壓器20的第三實(shí)施例的橫截面圖。在示出的實(shí)施例中，變壓器20在線圈的每一側(cè)采用6個(gè)冷卻通道。冷卻通道被布置在繞組之間。在示出的實(shí)施例中，繞組52包括兩個(gè)部分并且總地由52-A和52-B代表，繞組58包括兩個(gè)部分并且總地由58-A和58-B代表。下面描述布置冷卻通道的方式。冷卻通道112被布置在疊片鐵芯24和繞組58的部分58_A之間。此外，冷卻通道114被布置在繞組58-A和繞組56之間。冷卻通道116被布置在繞組56和繞組52的部分52-A之間，冷卻通道118被布置在繞組524和52-B之間。而且，冷卻通道120被布置在繞組52-B和繞組60之間，冷卻通道122被布置在繞組60和繞組58-B之間。[0041]輸入端子14、16和18位于變壓器20的上側(cè)面90上。類似地，輸出端子2卜A至21-1也位于變壓器20的上側(cè)面90上。圖8是根據(jù)本技術(shù)的多個(gè)方面的采用冷卻通道的變壓器20的第三實(shí)施例的橫截面圖。在示出的實(shí)施例中，變壓器20在線圈的每一側(cè)采用7個(gè)冷卻通道。如所示出的，冷卻通道被布置在繞組之間。在示出的實(shí)施例中，繞組52包括兩個(gè)部分并且總地由52-A和52-B代表，繞組58包括兩個(gè)部分并且總地由58-A和58-B代表。下面描述布置冷卻通道的方式。冷卻通道126被布置在疊片鐵芯24和繞組58_A之間，冷卻通道128被布置在58_A和繞組56之間。此外，冷卻通道130被布置在繞組56和繞組52-A之間， 冷卻通道132被布置在52-A和繞組52-B之間。而且，冷卻通道134被布置在52-B和繞組58-B之間，冷卻通道136被布置在繞組58-B和繞組54之間。冷卻通道138被布置在繞組54和繞組60之間。輸入端子14、16和18位于變壓器20的上側(cè)面90上。類似地，輸出端子21-A至21-1也位于變壓器20的上側(cè)面90上。圖9是示出了根據(jù)本實(shí)用新型的多個(gè)方面的用于制造變壓器的示例性技術(shù)的流程圖。變壓器被配置為從3相輸入交流電力生成9相輸出交流電力。流程圖140描述了一種方法，通過該方法構(gòu)造多相變壓器。在步驟142，在疊片鐵芯的周圍構(gòu)造第一、第二和第三線圈以形成變壓器。每個(gè)線圈包括串聯(lián)地耦合在一起的多個(gè)繞組。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)線圈包括5個(gè)單獨(dú)的繞組。在一個(gè)實(shí)施例中，繞組耦合在一起以形成六邊形。在步驟144，為每個(gè)線圈設(shè)置多個(gè)冷卻通道。具體地，在疊片鐵芯和線圈的第一繞組之間布置至少一個(gè)冷卻通道。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻通道是氣隙。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)線圈具有至少5個(gè)冷卻通道。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)線圈具有7個(gè)冷卻通道。在步驟146，在變壓器的外表面上設(shè)置3個(gè)輸入端子和9個(gè)輸出端子。在一個(gè)實(shí)施例中，在變壓器的上表面上設(shè)置輸入和輸出端子。另外，輸入端子和輸出端子相鄰于冷卻通道而定位。上述實(shí)用新型具有包括使每個(gè)線圈的繞組中的漏電感差異最小化在內(nèi)的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。而且，由于冷卻通道相鄰于變壓器的芯而定位，所以變壓器被高效地冷卻。另外，位于變壓器的外表面上的輸入和輸出端子允許容易地與其他系統(tǒng)對(duì)接。雖然這里僅示出和描述了本實(shí)用新型的某些特征，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到許多修改和改變。因此，應(yīng)該理解，所附權(quán)利要求意在覆蓋落在本實(shí)用新型的真正精神范圍內(nèi)的所有這種修改和改變。
權(quán)利要求1.一種用于將3相交流電力轉(zhuǎn)換為9相交流電力的變壓器，所述變壓器包括 疊片鐵芯； 在所述疊片鐵芯上構(gòu)造的第一、第二和第三線圈，其中每個(gè)線圈包括多個(gè)繞組； 每個(gè)線圈中的多個(gè)冷卻通道，其中至少一個(gè)冷卻通道被布置在所述疊片鐵芯和相應(yīng)線圈中的相鄰繞組之間； 第一、第二和第三輸入端子，所述第一、第二和第三輸入端子分別鏈接至所述第一、第二和第三線圈并且被配置為接收輸入交流電力的第一、第二和第三相；以及 第一至第九輸出端子，所述第一至第九輸出端子能夠鏈接至第一至第九輸出電力線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器，其中所述第一、第二和第三輸入端子以及所述第一至第九輸出端子被布置在所述變壓器的外表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器，其中所述第一、第二和第三輸入端子以及所述第一至第九輸出端子被布置在所述變壓器的上側(cè)面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器，其中所述第一、第二和第三輸入端子以及所述第一至第九輸出端子相鄰于所述多個(gè)冷卻通道而布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器，其中所述多個(gè)繞組的至少兩個(gè)繞組的電感不相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器，其中每個(gè)冷卻通道包括氣隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器，其中所述多個(gè)冷卻通道包括至少五個(gè)冷卻通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變壓器，其中所述多個(gè)冷卻通道包括七個(gè)冷卻通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器，其中所述多個(gè)冷卻通道是使用非導(dǎo)電材料來構(gòu)造的。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種用于將3相交流電力轉(zhuǎn)換為9相交流電力的變壓器。該變壓器包括疊片鐵芯；在疊片鐵芯上構(gòu)造的第一、第二和第三線圈，每個(gè)線圈包括多個(gè)繞組。在每個(gè)線圈中設(shè)置冷卻通道，其中至少一個(gè)冷卻通道被布置在疊片鐵芯和相應(yīng)線圈中的相鄰繞組之間。該變壓器還包括第一、第二和第三輸入端子，分別鏈接至第一、第二和第三線圈并且被配置為接收輸入交流電力的第一、第二和第三相；以及第一至第九輸出端子，能夠鏈接至第一至第九輸出電力線。
文檔編號(hào)H01F30/14GK202585079SQ20112039889
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者韋立祥, 布魯斯·W·韋斯, 尼奇科拉·N·古西科夫 申請(qǐng)人:洛克威爾自動(dòng)控制技術(shù)股份有限公司