[发明专利]变压器和制造变压器的方法

说明书

本公开提供了一种变压器(1)包括：围绕轴线(2)布置的第一绕组(10)和围绕轴线(2)布置的第二绕组(20)，其中，第二绕组(20)包括绞合线(23)，绞合线具有位于第二绕组(20)的轴向末端位置处的末端部分(21)和位于第二绕组(20)的轴向中间位置处的中间部分(22)，绞合线(23)在末端部分(21)处具有第一横截面，并且在中间部分(22)处具有第二横截面，第一横截面和第二横截面在轴向外方向和指向第一绕组(10)的方向之间的象限(40)中分别包括曲率，曲率在轴向外方向和指向第一绕组的方向之间延伸，其中第一横截面的曲率小于第二横截面的曲率，从而减小了在第二绕组(20)的末端部分(21)和第一绕组(10)之间的电场的峰值。

技术领域

本公开的实施例涉及变压器，特别涉及中频变压器(MFT)。本公开的其他实施例涉及制造变压器的方法。

背景技术

中频变压器(MFT)是各种电力电子系统中的关键组件。在铁路车辆中的示例是辅助变流器和固态变压器(SST)，它们取代了笨重的低频牵引变压器。SST的其他应用也正在考虑实施，例如用于可再生能源、EV充电基础设施、数据中心或船上电网的电网集成。预计SST在未来将扮演越来越重要的角色。

在MFT中，电绝缘是主要的问题。因为，一方面，工作电压可能很高(在10kV至50kV的范围内)，另一方面，单个MFT的功率与传统的低频配电和电力变压器相比却相当低(在数百kVA的范围内)。因此，与MFT的总尺寸相比，电绝缘部分所占据的空间相对较大。特别地，芯窗口的填充率，即芯窗口区域填充有缠绕导体的占比分数，相对较差。因此需要最小化绝缘距离并优化填充率的智能解决方案。为了优化填充率，可以将高压绕组和低压绕组铸在一起，从而获得比空气更小的绝缘距离。尽管如此，仍然需要仔细进行电场分级，以避免产生局部放电并缩短绝缘部分寿命的电场峰值。

由于提高的频率，例如MFT的工作频率为10kHz，因此绕组通常由绞合线制成。这对于将皮肤效应和邻近效应损耗保持在可接受的限度内是必要的。

因此，与现有技术相比，存在对变压器，尤其是在提供最佳电场分级方面进行改善的持续需求。

发明内容

鉴于上述情况，提供了根据独立权利要求的变压器和制造变压器的方法。根据从属权利要求、说明书和附图，其他方面、优点和特征是十分明显的。

根据本公开的一个方面，提供了一种变压器，该变压器包括：围绕限定轴向方向的轴线布置的第一绕组和围绕轴线布置的第二绕组，其中，第二绕组包括绞合线，绞合线具有位于第二绕组的轴向末端位置处的末端部分和位于第二绕组的轴向中间位置处的中间部分，绞合线在末端部分处具有第一横截面，并且在中间部分处具有第二横截面，第一横截面和第二横截面在轴向外方向和指向第一绕组的方向之间的象限中分别包括曲率，曲率在轴向外方向和指向第一绕组的方向之间延伸，其中第一横截面的曲率小于第二横截面的曲率。

根据一个方面，与其中第一横截面的曲率基本上等于第二横截面的曲率的变压器相比，本文所述的变压器在第二绕组的末端部分和第一绕组之间具有减小的电场峰值。

因此，与常规变压器相比，本公开的变压器的设计得到了改进。特别地，如本文所述的变压器提供了优化的电场分级并且减小了绕组的末端部分的电场的峰值，从而允许进行紧凑且经济的变压器设计。与其中中间部分和末端部分的横截面相等的变压器相比较，电场峰值减小。

变压器包括围绕同一轴线布置的第一绕组和第二绕组。第一绕组和/或第二绕组可以沿着轴线以螺旋或旋涡结构布置。通常，第一绕组是内部绕组，第二绕组是外部绕组。

第二绕组包括具有多根绞合线条的绞合线。这显着减少了由于趋肤效应和邻近效应而造成的损耗。绞合线条可以通过包封各绞合线条的绝缘层分开。第一绕组也可以包括绞合线。