[发明专利]超容性电力变压器

说明书

本发明涉及电力变压器，更具体地讲，涉及由铁芯和初次级绕组组成的供电电网中所使用的电力变压器。

电力变压器的基本结构包括铁芯和绕在铁芯上的初级绕组及次级绕组。传统的电力变压器，其初级绕组和次级绕组都用铜线绕成。虽然变压器的种类型号非常之多，但由于铜的机械强度好，电阻率低，直到现在铜线绕组的变压器仍占统治地位。在绕制绕组时，匝间绝缘甚小，一般纸包、纱包、漆包线绝缘均无问题。而层与层之间电压较高需用电缆纸加强绝缘。初次级绕组一般同心排列组合。

这样绕制的变压器的绕组之间是电与磁之间电感性耦合。电力网用户多为感应电动机，所以无论是电力网络本身、用户、变压器的功率因数COSφ都是滞后而且较低。为了提高功率因数，现在普遍的作法是并联电力电容器的补偿法，也就是感性负载用容性负载来补偿，以减小其滞后相位，提高功率因数。

另外，现在还有一种电力变压器，用金属箔作为导电体绕制而成的绕组，金属箔之间有纸绝缘层。这样的箔式线圈只是改变了导线的形状和材质，绕制便于机械化。但是发明这种变压器的人，并未想到利用分布电容，增大分布电容，因此其绕组的绕法仍是一层金属箔与绝缘层顺序卷绕。这与用铜线作导体的绕法没有任何实质上的区别。这样的变压器仍然是感性负载，空载功率因数甚低，COSφ仍然是滞后的。

本发明的目的旨在提供一种超容性的变压器，以便依靠其绕组本身的分布电容，通过强化措施，使电力变压器在50Hz工频交流时，由感性转为超容性，在用于电力网络时，可大大提高其功率因数。为实现上述目的，需对次级绕组进行容性处理，因此必须采用两层或两层以上的金属薄膜（1），每层厚度均为0.007-0.01mm，然后将两层或两层以上的金属薄膜（1）做成绕组，绕组之间是绝缘薄膜层（2）。本发明绕组总匝数等于各层绕组的匝数之和，而各层绕组之间连接是采用串联方式。

上述金属薄膜（1）采用铜或铝，而绝缘薄膜层（2）则是聚脂、聚丙烯或聚四氟乙烯材料。

基于电气绕组层间、匝间电位差的存在，由分布电容所引起的超前无功功率是存在的，但由于受相对面积和间距与电压的限制，因此，这种超前无功功率在50Hz工频交流时甚为微小。如果我们加大相对面积，减小间距，采用较大的介电常数的介质等措施，分布电容就会增大。因此采取多层金属薄膜式绕组，如图1所示，由图1看出金属薄膜层（1）之间是绝缘薄膜层（2）;按图2所示的方法接线，就大大提高了分布电容。

本发明各金属层绕组间采用串联方式，下面以两层金属薄膜为例，并结合图2对其接线方式的原理加以说明。

由图2看出，1-3和1′-3′是双层金属薄膜绕组，A、X端为激励端，N₁、N₂分别是两层金属薄膜的绕组匝数。而且N₁＝N₂，因而绕组总匝数N＝N₁+N₂所以

U₁-U₂＝U₂

A-X端的电压U＝U₁＝2U₂（Ux＝0）。

如设点2位置于1、3中间，考虑三点1、2、3处的分布电容电压为Uc₁、Uc₂、Uc₃。在1-1′处，分布电容C₁两端的电压

Uc₁＝U₁-U₂＝U₂

在2-2′处，分布电容C₂两端的电压

在3-3′处分布电容C₃，两端的电压

Uc₃＝U₂-O＝U₂

所以Uc＝Uc₁＝Uc₂＝Uc₃，

实际分布电容的两端电压是处处相等的。当电容c和两端电压Uc足够大时，铁芯线圈将产生足够大的超前无功功率Qc，即：

Qc＝WCU²（ω＝2πf，而f＝50Hz）。

这就是本发明的理论基础。本发明具有如下优点：

1.适用于电力网络中220V-35KV范围的电压。可大幅度提高电力网络的功率因数，而不需用并联电力电容器作为容性负载来补偿功率因数。