CN101512691B - 盘绕变压器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变压器和制造变压器的方法，其中所述变压器具有圆筒形盘绕线圈，所述圆筒形盘绕线圈包括被布置在第一导体层与第二导体层之间的冷却管道的层。第一导体层和第二导体层均具有沿所述盘绕线圈的轴向布置的多个盘形绕组。每个盘形绕组包括被缠绕成多个同心匝的导体。

Description

盘绕变压器及其制造方法

背景技术

本发明涉及变压器，更具体地，涉及具有盘绕线圈的变压器。

众所周知，变压器将处于一电压的电转换为处于另一电压(或者具有更高的值，或者具有更低的值)的电。变压器利用初级线圈和次级线圈来实现该电压转换，其中每个线圈被缠绕在铁磁芯上，并包括许多匝电导体。初级线圈连接到电压源，次级线圈连接到负载。初级线圈中的匝相对于次级线圈中的匝的比率(“匝比”)与源电压相对于负载电压的比率相同。两种主要的缠绕技术(即，层绕和盘绕)被用于形成线圈。主要根据线圈中的匝数和线圈中的电流来确定被利用以形成线圈的缠绕技术的类型。对于具有大的所需匝数的高压绕组而言，典型地使用盘绕技术，而对于具有较小的所需匝数的低压绕组而言，典型地使用层绕技术。

在层绕技术中，线圈所需的导体匝被缠绕在一个或更多个串联的同心导体层中，并且每个导体层的匝被沿着线圈的轴向长度而并排缠绕，直到该导体层被充满。在每对导体层之间布置有绝缘材料层。还可以在多对导体层之间形成轴向延伸的通风管道。在美国专利7023312中，在线圈的缠绕期间将预先形成的冷却管道插入在导体层之间。

在盘绕技术中，线圈所需的导体匝被缠绕在沿着线圈的轴向长度而串联布置的多个盘中。在每个盘中，所述匝被沿径向而逐一叠置(即，每层一匝)地缠绕。所述盘被以串联电路关系连接，并且典型地被交替地从内向外缠绕和从外向内缠绕，使得可以从相同的导体形成所述盘。在美国专利5167063中示出了这种交替缠绕的示例。

在具有传统的盘绕线圈的变压器中，盘之间的电容与盘和地之间的电容相比相当低。因此，当变压器遭受到陡波前沿脉冲或瞬态电压时(例如可能作为雷击的结果而发生)，沿着线圈的轴向长度发生显著的非线性电压分布，并且在邻近高压端的起初几匝处出现很高的电压梯度。该高电压梯度产生了显著的局部电介质应力。

为了增大串联电容和改善脉冲电压分布，可以使所述盘交织，即，可以使相邻盘的匝交织。在美国专利3958201中示出了具有交织的盘的变压器的示例。但是，形成交织的盘是复杂的，并且减少了盘之间的自由空间，这对冷却有不利影响。

因此，期望提供一种具有盘绕线圈的变压器，其改善了脉冲电压分布和冷却。本发明涉及这种变压器以及用于制造这种变压器的方法。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于制造变压器的方法。根据该方法，通过以下方式来形成盘绕线圈：形成具有沿所述盘绕线圈的轴向布置的多个串联的盘形绕组的第一导体层。第一导体层中的每个盘形绕组包括被缠绕成多个同心匝的导体。在第一导体层上方形成第二导体层。第二导体层具有沿所述盘绕线圈的轴向布置的多个串联的盘形绕组。第二导体层中的每个盘形绕组包括被缠绕成多个同心匝的导体。

根据本发明，还提供了一种具有盘绕线圈的变压器，所述盘绕线圈具有第一导体层，所述第一导体层具有沿所述盘绕线圈的轴向布置的多个盘形绕组。第一导体层中的每个盘形绕组包括被缠绕成多个同心匝的导体。第二导体层被布置在第一导体层上方，并且包括沿所述盘绕线圈的轴向布置的多个盘形绕组。第二导体层中的每个盘形绕组包括被缠绕成多个同心匝的导体。

附图说明

参考下面的描述、所附的权利要求以及附图，本发明的特征、方面和优点将变得更好理解，其中：

图1是根据本发明实现的变压器的示意性剖视图；

图2示出了在绕组心轴上形成的变压器线圈的侧面透视图；

图3示出了在所述心轴上形成的线圈的一部分的端部透视图；

图4示出了所述线圈在被构造完全时的透视图，其中所述线圈的一部分被切去，以示出所述线圈的一部分的横截面；

图5示出了图4所示的线圈的横截面的一部分的放大图，其中所述线圈具有盘形绕组，所述盘形绕组被设有下拉部(drop-down)；

图6示出了图4所示的线圈的横截面的一部分的放大图，其中所述线圈具有连续缠绕的盘形绕组；

图7示出了根据本发明的第二实施例实现的线圈的横截面的一部分的放大图；

图8示出了根据本发明的第三实施例实现的线圈的横截面的一部分的放大图；

图9示出了根据本发明的第四实施例实现的线圈的横截面的一部分的放大图；

图10示出了根据本发明的第五实施例实现的线圈的横截面的一部分的放大图；

图11示出了在根据本发明实现的线圈中安装的冷却管道的正面透视图；

图12示出了用于临时插入冷却管道中的插塞的透视图；以及

图13示出了根据本发明实现的被封装在绝缘树脂中的线圈的透视剖视图。

具体实施方式

应当注意到，在下面的详细描述中，相同的部件具有相同的附图标记，而不管其是否在本发明的不同实施例中被示出。还应当注意到，为了清楚简明地公开本发明，附图可能不一定是按比例绘制的，并且本发明的某些特征可以以略微示意性的形式来示出。

现在参照图1，示出了包含根据本发明实现的线圈的三相变压器10的示意性剖视图。变压器10包括被安装到芯18且被封闭在通风外壳20中的三个线圈组12(针对每一相有一个线圈组)。芯18由铁磁材料构成，并且通常在形状上是矩形的。芯18包括在磁轭对24之间延伸的一对外侧芯柱22。内侧芯柱26也在磁轭24之间延伸，并被布置在外侧芯柱22之间且实质上均匀地与外侧芯柱22相隔开。线圈组12被分别安装到外侧芯柱22和内侧芯柱26上，并且被布置在外侧芯柱22和内侧芯柱26的周围。每个线圈组12包括各自在形状上均为圆筒形的高压线圈和低压线圈。如果变压器10是降压变压器，则高压线圈为初级线圈，低压线圈为次级线圈。或者，如果变压器10是升压变压器，则高压线圈为次级线圈，低压线圈为高压线圈。如图1所示，在每个线圈组12中，可以以同心方式安装高压线圈和低压线圈，并且低压线圈被布置在高压线圈内且从高压线圈沿径向向内布置。或者，可以将高压线圈和低压线圈安装成在轴向上相隔开，并且将低压线圈安装在高压线圈的上方或下方。根据本发明，每个高压线圈至少包括第一导体层和第二导体层，其中第一导体层和第二导体层均包括一个或更多个盘形绕组，并且其中从第二导体层沿径向向内布置第一导体层。

变压器10是配电变压器，并且具有在从约112.5kVA至约15000kVA的范围内的kVA额定值。高压线圈的电压在从约600V至约35kV的范围内，低压线圈的电压在从约120V至约15kV的范围内。

尽管变压器10被示出和描述为三相配电变压器，但是应当理解，本发明不限于三相变压器或配电变压器。本发明可以被用在单相变压器以及除了配电变压器之外的变压器中。

图2、3、4、5和6示出了根据本发明构造的高压线圈30。图2和3示出了在绕组心轴32上形成的线圈30。图4示出了线圈30在被构造完全时的透视图，其中线圈30的一部分被切去，以示出线圈30的横截面。图5和6中示出了该横截面的部分的放大图。线圈30可以在变压器10中使用。

最初，第一绝缘层34(如图5和6所示)被布置在绕组心轴32上方。第一绝缘层34包括由被编织成具有矩形开口的网格的玻璃纤维构成的屏蔽材料36的片或网。更具体地，屏蔽材料36具有在形成所述矩形开口的四角的交叉点处与横向隔开地布置的玻璃纤维相邻接的、纵向隔开地布置的玻璃纤维。可以用诸如环氧树脂之类的绝缘树脂浸渍所述玻璃纤维。绝缘材料的堆或扣状物被接合到每个交叉点并突出在所述网的上方，并且还可以突出在所述网的下方。所述扣状物具有圆形的形状，并且可以通过在所述交叉点处堆积绝缘树脂来形成。屏蔽材料36可以具有在美国专利申请10/858039(公开号2005/0275496)中公开的屏蔽材料的结构和布置，该专利申请被转让给ABB技术公司，并且被通过引用合并于此。屏蔽材料36的网被缠绕在绕组心轴32周围以形成圆筒，并且所述网的相对的纵向边缘被至少暂时地用玻璃纤维带保持在一起。

第一导体层38被形成在第一绝缘层34上方。在形成第一导体层38时，可以去除将第一绝缘层34保持在一起的玻璃纤维带，或者可以将该玻璃纤维带保留在适当位置。第一导体层38包括未直接连接在一起的第一组盘形绕组42和第二组盘形绕组43。在第一组盘形绕组42中，以串联布置将盘形绕组42全部连接在一起，在第二组盘形绕组43中，以串联布置将盘形绕组43全部连接在一起。用导体44形成第一组盘形绕组42，用导体43形成第二组盘形绕组43。第一组盘形绕组42和第二组盘形绕组45均从线圈30的中心处开始。

每个导体44、45均由诸如铜或铝之类的金属构成。每个导体44、45均可以具有电线的形式，并且均可以具有矩形的横截面。或者，每个导体44、45均可以具有箔的形式，其中导体44、45是薄的并且是矩形的，并具有与由其形成的盘形绕组一样宽的宽度。在参照图2-10所示出和描述的实施例中，已经发现使用箔导体是特别有益的，更特别的是使用具有大于20∶1(更具体地是从约250∶1至约25∶1，更具体地是从约200∶1至约50∶1，更加具体地是约150∶1)的宽度厚度比的箔导体。在一个具体实施例中，所述箔导体的厚度介于约0.008英寸至约0.02英寸之间，并且宽度介于约1英寸至2英寸之间。在每个盘形绕组42、43中，导体44、45的匝被沿径向逐一堆叠(即，每层一匝)地缠绕。在导体44、45的每层或每匝之间布置绝缘层。该绝缘层可以由例如以商标

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在形成盘形绕组42、43时，导体44、45可以分别被连续地缠绕(如图6所示)，或者可以分别被设有“下拉部(drop-down)”44a、45a(如图5所示)。如果每个导体44、45被连续地缠绕，则导体44、45被沿交替的方向(即，从内向外然后从外向内，等等)缠绕。如果导体44、45被设有下拉部44a、45a，则导体44、45被沿一个方向(即，从内向外)缠绕。下拉部44a、45a是在完成盘形绕组42、43时形成的弯曲，用于使导体44、45从外侧回到内侧以开始后续的盘形绕组42、43。如果导体44、45的厚度允许在不太困难的情况下形成下拉部44a、45a，则下拉部的使用是优选的。尽管没有示出，但是导体44、45被焊接到从第一导体层38沿径向向内布置并且延伸到线圈30的一端的线圈引线。所述线圈引线被设置用于连接到电压源。

在形成了第一导体层38之后，由屏蔽材料36的片或网构成的第二绝缘层48被形成在第一导体层38上方。接下来，如同下面将更充分地描述地，冷却管道52的层50被布置在第二绝缘层48上方。然后在冷却管道52的层上方形成由屏蔽材料36的片或网构成的第三绝缘层54。作为对形成冷却管道52的层的替代，由屏蔽材料36或其它绝缘材料构成的附加的绝缘层可以被布置在第二绝缘层48上方。还有另一选择是直接在第二绝缘层48上方形成第二导体层56。

从导体60形成第二导体层56，其中所述导体60电连接到第一导体层38中的导体44、45，或者是导体44的组成部分，或者是导体45的组成部分，或者部分是导体44的组成部分且部分是导体45的组成部分。导体44、45可以穿过第二绝缘层48、冷却管道52的层、以及第三绝缘层54，以到达第二导体层56。第二导体层56包括多个盘形绕组58，并且被形成在第三绝缘层54上方(如果形成了冷却管道52的层的话)，或者被形成在附加的绝缘层上方，或者直接被形成在第二绝缘层48上方。第二导体层56中的盘形绕组58的数量与第一导体层38中的盘形绕组42、43的总数相同。第二导体层56中的盘形绕组58以串联布置全部连接在一起。如果导体60是导体44的组成部分，则起先在线圈30的第一端30a处、接着在线圈30的第二端30b处形成盘形绕组58，其中导体60被电连接到导体45。如果导体60是导体45的组成部分，则起先在线圈30的第二端30b处、接着在线圈30的第一端30a处形成盘形绕组58，其中导体60电连接到导体44。如果导体60部分是导体44的组成部分且部分是导体45的组成部分，则可以起先在线圈30的第一端30a和第二端30b处、接着在线圈30的轴心处形成盘形绕组58，其中导体60的所述两部分电连接在一起。再一次地，在导体60的每层或每匝之间布置绝缘层。该绝缘层可以由例如以商标

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的名义出售的聚酯膜构成。此外，导体60可以被连续地缠绕(如图6所示)，或者可以被设有下拉部60a(如图5所示)。

在形成了第二导体层56之后，在第二导体层56上方形成由屏蔽材料36的片或网构成的第四绝缘层62。然后线圈30准备好被绝缘树脂64浸渍，这将在下文更详细地描述。

当如上文所述地在第一绝缘层34和第二绝缘层48之间形成了盘形绕组42、43时，盘形绕组42、43被保持在形成第一绝缘层34和第二绝缘层48的屏蔽材料36的扣状物之间，以在盘形绕组42、43与布置在盘形绕组42、43的相对侧上的屏蔽材料36的网格之间形成绝缘隙。还在线圈30中的盘形绕组58和冷却管道52的相对侧上、以及在下面将描述的其它线圈中的盘形绕组和冷却管道的相对侧上，形成这种绝缘隙。在用绝缘树脂64封装线圈期间，用绝缘树脂64填充这种绝缘隙。

现在参照图7，其示出了根据本发明的第二实施例构造的高压线圈66的剖视图。线圈66可以在变压器10中使用。在线圈66中，在由屏蔽材料36构成的第一绝缘层70上方形成第一导体层68。第一导体层68包括未直接连接在一起的第一组盘形绕组72和第二组盘形绕组74。在第一组盘形绕组72中，盘形绕组72以串联布置全部连接在一起，在第二组盘形绕组74中，盘形绕组74以串联布置全部连接在一起。用第一导体76形成第一组盘形绕组72，用第二导体78形成第二组盘形绕组74。尽管没有示出，但是第一导体76和第二导体78被焊接到从第一导体层68沿径向向内布置并且延伸到线圈66的一端的线圈引线。所述线圈引线被设置用于连接到电压源。

第一组盘形绕组72从线圈66的第一端66a处开始，而第二组盘形绕组74从线圈66的第二端66b处开始。在形成盘形绕组72时，第一导体76可以被连续地缠绕(如所示出的)，或者可以被设有下拉部，并且在第一导体76的每层或每匝之间布置绝缘层。类似地，在形成盘形绕组74时，第二导体78可以被连续地缠绕(如所示出的)，或者可以被设有下拉部，并且在第二导体78的每层或每匝之间布置绝缘层。盘形绕组72、74中的绝缘层可以由例如以商标

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在形成了第一导体层68之后，在第一导体层68上方形成由屏蔽材料36的片或网构成的第二绝缘层82。接下来，如同下面将更充分地描述地，在第二绝缘层82上方布置冷却管道52的第一层84。然后在冷却管道52的第一层84上方形成由屏蔽材料36的片或网构成的第三绝缘层86。作为对形成冷却管道52的第一层84的替代，可以在第二绝缘层82上方布置由屏蔽材料36或其它绝缘材料构成的附加的绝缘层。

第二导体层88被形成在第三绝缘层86上方(如果形成了冷却管道52的第一层84的话)，或者被形成在附加的绝缘层上方，或者直接被形成在第二绝缘层82上方。与第一导体层68相类似地，第二导体层88包括未直接连接在一起的第一组盘形绕组90和第二组盘形绕组92。但是，第二导体层88不是每组具有三个盘形绕组，而是每组具有四个盘形绕组，即，四个盘形绕组90和四个盘形绕组92。在第一组盘形绕组90中，盘形绕组90以串联布置全部连接在一起，在第二组盘形绕组92中，盘形绕组92以串联布置全部连接在一起。从第一导体94形成第一组盘形绕组90，其中所述第一导体94电连接到第一导体层68中的第一导体76，或者是第一导体层68中的第一导体76的组成部分。类似地，从第二导体96形成第二组盘形绕组92，其中所述第二导体96电连接到第一导体层68中的第二导体78，或者是第一导体层68中的第二导体78的组成部分。第一导体76和第二导体78可以穿过第二绝缘层83、冷却管道52的第一层84、以及第三绝缘层86，以到达第二导体层88。第一组盘形绕组90和第二盘形绕组92均从线圈66的中间部分开始，并分别沿轴向向外行进。在形成盘形绕组90时，第一导体94可以被连续地缠绕(如所示出的)，或者可以被设有下拉部，并且在第一导体94的每层或每匝之间布置绝缘层。类似地，在形成盘形绕组92时，第二导体96可以被连续地缠绕(如所示出的)，或者可以被设有下拉部，并且在第二导体96的每层或每匝之间布置绝缘层。盘形绕组90、92中的绝缘层可以由例如以商标

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在形成了第二导体层88之后，在第二导体层88上方形成由屏蔽材料36的片或网构成的第四绝缘层100。接下来，如同下面将更充分地描述地，可以在第四绝缘层100上方布置冷却管道52的第二层102。然后在冷却管道52的第二层102上方形成由屏蔽材料36的片或网构成的第五绝缘层104。作为对形成冷却管道52的第二层102的替代，可以在第四绝缘层100上方布置由屏蔽材料36或其它绝缘材料构成的附加的绝缘层。

第三导体层106被形成在第五绝缘层104上方(如果形成了冷却管道52的第二层102的话)，或者被形成在附加的绝缘层上方，或者直接被形成在第四绝缘层100上方。第三导体层106包括以串联布置全部连接在一起的单组盘形绕组108。第三导体层106中的盘形绕组108的数量与第二导体层88中的盘形绕组90、92的总数相同。从导体110形成第三导体层106，其中所述导体110电连接到第二导体层88中的第一导体94和第二导体96，或者是第一导体94的组成部分，或者是第二导体96的组成部分，或者部分是第一导体94的组成部分且部分是第二导体96的组成部分。第一导体94和第二导体96可以穿过第四绝缘层、冷却管道52的第二层以及第五绝缘层(如果设置有它们的话)，以到达第三导体层106。如果导体110是第一导体94的组成部分，则起先在线圈66的第一端66a处、接着在线圈66的第二端66b处形成盘形绕组108，其中导体110电连接到第二导体96。如果导体110是第二导体94的组成部分，则起先在线圈66的第二端66b处、接着在线圈66的第一端66a处形成盘形绕组108，其中导体110电连接到第一导体94。如果导体110部分是第一导体94的组成部分且部分是第二导体96的组成部分，则可以起先在线圈66的第一端66a和第二端66b处、接着在线圈66的轴心处形成盘形绕组108，其中导体110的所述两部分电连接在一起。在形成盘形绕组108时，导体110可以被连续地缠绕(如所示出的)，或者可以被设有下拉部，并且在导体110的每层或每匝之间布置绝缘层。所述绝缘层可以由例如以商标

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在形成了第三导体层106之后，在第三导体层106上方形成由屏蔽材料36的片或网构成的第六绝缘层114。然后如同下面将更详细地描述地，线圈66准备好被绝缘树脂64浸渍。

现在参照图8，其示出了可在变压器10中使用的、根据本发明的第三实施例构造的高压线圈116的剖视图。线圈116包括实质上具有相同结构的一对轴向布置的区段(section)118。相应地，为了简洁起见将只描述区段118之一。每个区段118包括第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层、第四绝缘层、第五绝缘层和第六绝缘层(为了清楚起见而未示出这些绝缘层)，以及第一导体层132、第二导体层134和第三导体层136。第一至第六绝缘层中的每个绝缘层由屏蔽材料36构成。第一导体层132被形成在第一绝缘层上方，并且包括未直接连接在一起的第一组盘形绕组140和第二组盘形绕组142。在第一组盘形绕组140中，盘形绕组140以串联布置全部连接在一起，在第二组盘形绕组142中，盘形绕组142以串联布置全部连接在一起。用第一导体144形成第一组盘形绕组140，用第二导体146形成第二组盘形绕组142。尽管未示出，但是第一导体144和第二导体146被焊接到从第一导体层132沿径向向内布置并且延伸到线圈116的一端的线圈引线。所述线圈引线被设置用于连接到电压源。

在形成盘形绕组140时，第一导体144可以被设有下拉部144a(如所示出的)，或者可以被连续地缠绕，并且在第一导体144的每层或每匝之间布置绝缘层。类似地，在形成盘形绕组142时，第二导体146可以被设有下拉部146a(如所示出的)，或者可以被连续地缠绕，并且在第二导体146的每层或每匝之间布置绝缘层。盘形绕组140、142中的绝缘层可以由例如以商标的名义出售的聚酰亚胺膜、例如以商标

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在形成了第一导体层132之后，在第一导体层132上方形成第二绝缘层。接下来，在第二绝缘层122上方布置冷却管道52的第一层152。然后在冷却管道52的第一层152上方形成第三绝缘层。作为对形成冷却管道52的第一层152的替代，可以在第二绝缘层上方布置由屏蔽材料36或其它绝缘材料构成的附加的绝缘层。

第二导体层134被形成在第三绝缘层上方(如果形成了冷却管道52的第一层152的话)，或者被形成在附加的绝缘层上方，或者直接被形成在第二绝缘层上方。与第一导体层132相类似地，第二导体层包括未直接连接在一起的第一组盘形绕组154和第二组盘形绕组156。但是，第二导体层134不是每组具有三个盘形绕组，而是每组具有四个盘形绕组，即，四个盘形绕组154和四个盘形绕组156。在第一组盘形绕组154中，盘形绕组154以串联布置全部连接在一起，在第二组盘形绕组156中，盘形绕组156以串联布置全部连接在一起。从第一导体160形成第一组盘形绕组154，其中所述第一导体160电连接到第一导体层132中的第一导体144，或者是第一导体层132中的第一导体144的组成部分。类似地，从第二导体162形成第二组盘形绕组156，其中所述第二导体162电连接到第一导体层132中的第二导体146，或者是第一导体层132中的第二导体146的组成部分。第一导体160和第二导体162可以穿过第二绝缘层、冷却管道52的第一层152以及第三绝缘层，以到达第二导体层134。在形成盘形绕组154时，第一导体160可以被设有下拉部160a(如所示出的)，或者可以被连续地缠绕，并且在第一导体160的每层或每匝之间布置绝缘层。类似地，在形成盘形绕组156时，第二导体162可以被设有下拉部162a(如所示出的)，或者可以被连续地缠绕，并且在第二导体162的每层或每匝之间布置绝缘层。盘形绕组154、156中的绝缘层可以由例如以商标

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在形成了第二导体层134之后，在第二导体层134上方形成第四绝缘层。接下来，可以在第四绝缘层上方布置冷却管道52的第二层168。然后在冷却管道52的第二层168上方形成第五绝缘层。作为对形成冷却管道52的第二层168的替代，可以在第四绝缘层上方布置由屏蔽材料36或其它绝缘材料构成的附加的绝缘层。

第三导体层136被形成在第五绝缘层上方(如果形成了冷却管道52的第二层168的话)，或者被形成在附加的绝缘层上方，或者直接被形成在第四绝缘层上方。第三导体层136包括以串联布置全部连接在一起的第一组盘形绕组170。第三导体层136中的盘形绕组170的数量与第二导体层134中的盘形绕组154、156的总数相同。从导体172形成第三导体层136，其中所述导体172电连接到第二导体层134中的第一导体160和第二导体162，或者是第一导体160的组成部分，或者是第二导体162的组成部分，或者部分是第一导体160的组成部分且部分是第二导体162的组成部分。第一导体160和第二导体162可以穿过第四绝缘层、冷却管道52的第二层168以及第五绝缘层(如果设置了它们的话)，以到达第三导体层136。在形成盘形绕组170时，导体172可以被设有下拉部172a(如同所示出的)，或者可以被连续地缠绕，并且在导体172的每层或每匝之间布置绝缘层。所述绝缘层可以由例如以商标

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的名义出售的聚酯膜构成。

在形成了第三导体层136之后，在第三导体层136上方形成第六绝缘层。

所述区段118被沿着线圈116的纵轴而串联地布置，并且被经由导体178而电连接在一起，其中所述导体178具有固定到所述区段118中的下方的区段的第二导体146的第一端、以及固定到所述区段118中的上方的区段的第一导体144的第二端。在所述区段118的第一导体层132的形成期间将所述区段118连接在一起。一旦完成了所述区段118，就用绝缘树脂64浸渍所述区段118以及线圈116的剩余部分。

其它线圈可以具有不同数量的区段118。例如，图9示出了高压线圈180，其具有沿着线圈180的纵轴而串联地布置的三个区段118。所述区段118中的下方的区段和所述区段118中的中间的区段经由导体182而电连接在一起，其中所述导体182具有固定到所述区段118中的下方的区段的第二导体146的第一端、以及固定到所述区段118中的中间的区段的第一导体144的第二端。所述区段118中的中间的区段以及所述区段118中的上方的区段经由导体184而电连接在一起，其中所述导体184具有固定到所述区段118中的所述中间的区段的第二导体146的第一端、以及固定到所述区段118中的所述上方的区段的第一导体144的第二端。线圈180可以在变压器10中使用。

现在参照图10，其示出了具有沿着线圈186的纵轴而隔开的四个区段118的高压线圈186。所述区段118中的下方的区段以及所述区段118中的中下方的区段经由导体188而电连接在一起，其中所述导体188具有固定到所述区段118中的下方的区段的第二导体146的第一端、以及固定到所述区段118中的所述中下方的区段的第一导体144的第二端。所述区段118中的中下方的区段以及所述区段118中的中上方的区段经由导体190而电连接在一起，其中所述导体190具有固定到所述区段118中的中下方的区段的第二导体146的第一端、以及固定到所述区段118中的中上方的区段的第一导体114的第二端。所述区段118中的中上方的区段以及所述区段118中的上方的区段经由导体192而电连接在一起，其中所述导体192具有固定到所述区段118中的中上方的区段的第二导体146的第一端、以及固定到所述区段118中的上方的区段的第一导体144的第二端。线圈186可以在变压器10中使用。

在线圈180和线圈186中，在所述区段118的第一导体层132的形成期间将所述区段118连接在一起。

在图8、9和10中，区段118和(由此)冷却管道52的第一层152和第二层168以及区段118的第一至第六绝缘层被示出为是隔开的。但是，应当理解，区段118可以被布置成使得冷却管道52的第一层152和第二层168以及区段118的第一至第六绝缘层彼此相邻接。还应当理解，作为对具有分离的冷却管道52的第一层152和第二层168的区段118的替代，区段118可以共享冷却管道52的第一层152和第二层168以及第一至第六绝缘层。通过该方式，在每个线圈116、180和186中，第一层152和第二层168中的冷却管道52以及第一至第六绝缘层将在线圈116、180和186的第一端和第二端之间不间断地延伸。

在上述的线圈30、66、116、180和186中，所公开的导体层的最大数量为三，并且所公开的冷却管道52的层的最大数量为二。但是，应当理解，本发明不限于三个导体层和两个冷却管道52的层。提供的导体层的数量可以更大，例如四、五或六，并且提供的冷却管道52的层的数量可以更大，例如三、四或五。

现在参照图11和12，其示出了在线圈30、66、116、180、186中使用的冷却管道52之一。每个冷却管道52具有大致为椭圆形的横截面，并具有开口端和隔开的大致为平面的前壁200和后壁202，前壁200和后壁202经由一对隔开的弯曲的侧壁204而接合在一起。已经发现给每个冷却管道52提供约为冷却管道52的宽度d的三倍的线性尺寸x是特别有益的。每个冷却管道52被构造成在下文所述的树脂封装工艺期间能承受至少一毫巴的真空。

每个冷却管道52由纤维增强塑料构成，在所述纤维增强塑料中用诸如聚脂树脂、乙烯基酯树脂或环氧树脂之类的热固性树脂来浸渍诸如玻璃纤维之类的纤维。已经发现使用拉挤(pultrusion)工艺来生产冷却管道52是特别有益的，其中所述纤维被通过一个或更多个热固性树脂浴来拉出，并随后被拉伸经过在其中固化热固性树脂的加热模具。所述纤维可以被排列为单向粗纱或多向垫。可用于形成冷却管道52的热固性树脂的示例是E1586 Polyglas M，其是可从Zelienople，Pa的Resolite(乙阶酚醛树脂)中获得的聚酯树脂。已经发现利用外侧玻璃纤维增强垫和内侧玻璃纤维增强垫来形成每个冷却管道52是有益的。冷却管道52被构造成具有允许冷却管道52在线圈30、66、116、180和186中使用的特定材料特性。当根据ASTM D-638(即，“Standard Test Method for Tensile Properties ofPlastics(塑料的拉伸特性的标准测试方法)”)来进行测试时，冷却管道52具有纵向上约30000psi、横向上约6500psi的极限抗拉强度；根据ASTM D-695(即，“Standard Test Method for Compressive Properties ofRigid Plastics(硬质塑料的压缩特性的标准测试方法)”)，冷却管道52具有纵向上约30000psi、横向上约10000psi的极限抗压强度；当根据ASTMD-790(即，“Standard Test Method for Flexural Properties of Unreinforcedand Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials(未增强塑料和增强塑料及电绝缘材料的挠曲特性的标准测试方法)”)来进行测试时，冷却管道52具有纵向上约30000psi、横向上约10000psi的极限抗弯强度。根据ASTM D-149(即，“Standard Test Method for Dielectric BreakdownVoltage and Dielectric Strength of Solid Electrical Insulating Materials atCommercial Power Frequencies(固体电绝缘材料在商用电源频率下的介电击穿电压和介电强度的标准测试方法)”)，在纵向上弹性模数约为2.5E6psi。根据ASTM D-149，冷却管道52在电学上具有约200V/mil(垂直)和约35kV/英寸(平行)的短时电场强度(在油中)。已经发现具有至少约为4Btu(hr^＊ft^2＊°F./in)的导热系数对于冷却管道52是特别有益的。

冷却管道52的长度取决于冷却管道52的应用。例如，在线圈116、180、186的区段118中使用的冷却管道52可以比在线圈30、66中使用的冷却管道52短。选择冷却管道52的长度以使得：在线圈中的冷却管道52的每层中，每单个冷却管道52(例如在线圈30、66中)的长度，或者每轴向串联的冷却管道52(例如在线圈116、180、186中)的总长度小于线圈的总轴向长度，使得单个冷却管道52或轴向串联的冷却管道52的相对端被封闭在绝缘树脂64中。

每个冷却管道52被设有被插入冷却管道52的开口端中的顶部插塞208和底部插塞210，以防止绝缘树脂64在用绝缘树脂64封装线圈30、66、116、180、186期间流入冷却管道24。每个顶部插塞208被形成为所需的尺寸以有摩擦地配合在对应的冷却管道52的顶部开口内。在此所使用的线圈中的冷却管道52的“顶部开口”是在线圈引线(未示出)从其处延伸的、且当所述线圈被封装在绝缘树脂64中时朝向上方的、线圈的顶部端处的冷却管道52的开口端。顶部插塞208具有接合到主体214的把手或手柄212。主体214向内(即，向下)逐渐变细，并且在其周边周围具有肋216，以确保与冷却管道52的内表面之间的正作用密封(positiveseal)。手柄212以及主体214的向内逐渐变细有利于在树脂封装和固化工艺之后从冷却管道52去除顶部插塞208。由于顶部插塞208和底部插塞210将在树脂封装和固化工艺期间密封冷却管道52的两端，因此通过顶部插塞208形成安全通风管218的开放通路，以防止冷却管道52的崩溃。除了不需要真空解除且不需要手柄之外，底部插塞210执行与顶部插塞208相同的功能。底部插塞210具有主体220，该主体220具有肋222，用于有摩擦地与冷却管道52的内壁相接合。底部插塞210的主体220的外侧端基本上是平的，以便不干扰用于以绝缘树脂64封装线圈的、线圈的底端在垫上的放置。

线圈30、66、116、180、186中的冷却管道52的每一层的形成是类似的，因此为了简明起见，将仅针对线圈30中的冷却管道52的层50来进行描述。现在再次参照图2和3，冷却管道52在线圈30的第一端30a和第二端30b之间纵向地延伸，并被布置在部分形成的线圈30的圆周周围且在第二绝缘层48的上方。除了允许增大的量的绝缘树脂在用绝缘树脂封装线圈30的期间被沉积在第二绝缘层48与第三绝缘层54之间的、扩大的间隔或隙228之外，冷却管道52被基本上均匀地隔开。所述增大的量的绝缘树脂有助于在第二绝缘层48和第三绝缘层54之间固定冷却管道52。起先通过被布置在冷却管道52的层50周围的、玻璃纤维带构成的多个带子226将冷却管道52保持在适当位置。当然，在冷却管道52的层50上方的第三绝缘层54、第二导体层56和第四绝缘层62的形成以及后续以绝缘树脂64对整个线圈30的封装进一步将冷却管道52的层50固定在适当位置。

一旦利用必要数量的绝缘层、导体层和冷却管道52的层构造了线圈30、66、116、180或186，线圈30、66、116、180或186就被从绕组心轴32去除，并被用绝缘树脂64封装。由于封装方法对于线圈30、66、116、180或186中的每个线圈而言都是类似的，因此为了简明起见将仅针对线圈66来描述封装方法。

现在参照图13，首先在炉中预加热线圈66，以从绝缘层和导体层去除湿气。然后将线圈66以竖立方式置于真空室中的垫230上，并且线圈66的顶端和冷却管道52中的顶部插塞208朝向上方。垫230由硅或其它可被压缩的适当材料构成。在线圈66被如此定位在真空室中的情况下，底部插塞210的平的端部被压在垫230上。圆筒形内模232被置于线圈66的开口中心中，并且圆筒形外模234被置于竖立线圈66周围。内模232和外模234均由金属片或其它刚性材料构成。内模232和外模234的尺寸被形成为使得保留内模232和外模234与线圈66之间的间隙。通过引用合并于此的、被授权给Lanoue等人的美国专利6221297公开了一种用于外模234的结构，但是可以使用本领域中众所周知的其它适当的模的形式。将内模232和外模234压在垫230上，防止了绝缘树脂64在封装工艺期间从内模232和外模234的底部泄漏出。

所述真空室被抽空，以去除线圈66中的任何剩余的湿气和气体，以及消除盘形绕组72、74、90、92、108中的相邻匝之间的任何空间。可流动的绝缘树脂64被灌注在内模232和外模234之间，以封装线圈66和封闭冷却管道52的第一层84和第二层102。绝缘树脂64沉淀到内模232和外模234之间的下部空间中，并在与底部插塞210的平坦部分基本上一般齐的深度上围绕底部插塞210。绝缘树脂64被灌注在内模232与外模234之间，直到绝缘树脂64延伸到冷却管道52的上端的顶部边缘上方约3/16英寸。绝缘树脂64流过和流入第一至第六绝缘层70、82、86、100、104、114的屏蔽材料36中，以使得绝缘树脂64填充屏蔽材料36中的开口以及盘形绕组72、74、90、92、108与冷却管道52和屏蔽材料36的网格之间的绝缘隙。在允许绝缘树脂64浸渍第一至第六绝缘层70、82、86、100、104、114的屏蔽材料36的短时间间隔之后，真空被解除并且向绝缘树脂64的自由面施加压力。这将迫使绝缘树脂64浸渍第一至第六绝缘层70、82、86、100、104、114中的任何剩余空间。然后从真空室去除线圈66，并将线圈66置于炉中以将绝缘树脂64固化成固体。

炉中的固化工艺是传统的和本领域中众所周知的。例如，固化周期可以包括：(1)在约85℃下约5小时的凝胶部分，(2)在温度从约85℃升高到约140℃的情况下约2小时的斜坡上升部分，(3)在约140℃下约6小时的固化部分，以及(4)约4小时的降至80℃的斜坡下降部分。在固化之后，内模232和外模234被去除。可以用钳子或其它夹持装置在不损坏周围的绝缘树脂64的情况下容易地去除顶部插塞208。可以通过以下方式来去除底部插塞210：经由每个冷却管道52的顶端插入条或杆(未示出)并冲压出底部插塞210。

绝缘树脂64可以是环氧树脂或聚酯树脂。环氧树脂已被发现特别适合于用作绝缘树脂64。环氧树脂可以是填满的或未填满的。在通过引用合并于此的、被转让给ABB研究有限公司的美国专利6852415中公开了可用于绝缘树脂64的环氧树脂的示例。可用于绝缘树脂64的环氧树脂的另一示例是Rutapox VE-4883，其是市场上可以买到的，来自德国的伊泽罗姆的Bakelite AG。

应当理解，对前述示例性实施例的描述仅仅为对本发明的示例性描述，而不是对本发明的详尽描述。在不背离所附的权利要求所限定的本发明的精神或其范围的情况下，本领域的普通技术人员将能够对所公开的主题的实施例进行某些添加、删除、和/或修改。

Claims (18)

1.一种制造变压器的方法，包括：

形成盘绕线圈，所述形成盘绕线圈包括：

形成第一导体层，所述第一导体层包括沿所述盘绕线圈的轴向布置的多个串联连接的盘形绕组，每个盘形绕组包括被缠绕成多个同心匝的导体；

在第一导体层上方形成冷却管道的层，所述冷却管道沿所述盘绕线圈的轴向延伸，并被以串联方式布置在所述盘绕线圈的圆周周围；以及

在所述第一冷却管道的层上方形成第二导体层，所述第二导体层包括沿所述盘绕线圈的轴向布置的多个串联连接的盘形绕组，每个盘形绕组包括被缠绕成多个同心匝的导体。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在形成冷却管道的层的步骤之前，在所述第一导体层上方形成绝缘材料层。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷却管道中的每个冷却管道由纤维增强塑料构成。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一导体层中的导体和所述第二导体层中的导体均由金属箔构成。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在第二导体层上方形成第三导体层，所述第三导体层包括沿所述盘绕线圈的轴向布置的多个盘形绕组，每个盘形绕组包括被缠绕成多个同心匝的导体。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

在形成第二导体层的步骤之前，在第一导体层上方形成冷却管道的第一层；

在形成第三导体层的步骤之前，在第二导体层上方形成冷却管道的第二层；

其中在冷却管道的第一层和第二层中的每一层中，冷却管道沿所述盘绕线圈的轴向延伸，并被以串联方式布置在所述盘绕线圈的圆周周围。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一导体层和所述第二导体层均包括未直接连接在一起的第一组盘形绕组和第二组盘形绕组；以及

其中所述第一导体层中的第一组盘形绕组被连接到所述第二导体层中的第一组盘形绕组，并且所述第一导体层中的第二组盘形绕组被连接到所述第二导体层中的第二组盘形绕组。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第三导体层包括：在连接到所述第二导体层中的第一组盘形绕组的、所述盘绕线圈的第一端处的盘形绕组，以及在连接到所述第二导体层中的第二组盘形绕组的、所述盘绕线圈的第二端处的盘形绕组。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：以环氧树脂封装所述盘绕线圈。

10.一种变压器，包括：

盘绕线圈，所述盘绕线圈包括：

第一导体层，所述第一导体层包括沿所述盘绕线圈的轴向布置的多个串联连接的盘形绕组，每个盘形绕组包括被缠绕成多个同心匝的导体；

布置在所述第一导体层上方的冷却管道的层，所述冷却管道沿所述盘绕线圈的轴向延伸，并被以串联方式布置在所述盘绕线圈的圆周周围；以及

被布置在所述冷却管道的层上方的第二导体层，所述第二导体层包括沿所述盘绕线圈的轴向布置的多个串联连接的盘形绕组，每个盘形绕组包括被缠绕成多个同心匝的导体。

11.根据权利要求10所述的变压器，还包括：被布置在第一导体层与所述冷却管道的层之间的绝缘材料层。

12.根据权利要求10所述的变压器，其中所述冷却管道中的每个冷却管道由纤维增强塑料构成。

13.根据权利要求10所述的变压器，其中所述第一导体层中的导体和所述第二导体层中的导体均由金属箔构成。

14.根据权利要求10所述的变压器，还包括：

被布置在第二导体层上方的第三导体层，所述第三导体层包括沿盘绕线圈的轴向布置的多个盘形绕组，每个盘形绕组包括被缠绕成多个同心匝的导体。

15.根据权利要求14所述的变压器，还包括：

被布置在第一导体层与第二导体层之间的冷却管道的第一层；

被布置在第二导体层与第三导体层之间的冷却管道的第二层；

其中在所述冷却管道的第一层和第二层中的每一层中，所述冷却管道沿所述盘绕线圈的轴向延伸，并被以串联方式布置在所述盘绕线圈的圆周周围。

16.根据权利要求14所述的变压器，其中所述第一导体层和所述第二导体层均包括未直接连接在一起的第一组盘形绕组和第二组盘形绕组；以及

其中所述第一导体层中的第一组盘形绕组被连接到所述第二导体层中的第一组盘形绕组，并且所述第一导体层中的第二组盘形绕组被连接到所述第二导体层中的第二组盘形绕组。

17.根据权利要求16所述的变压器，其中所述第三导体层包括：在连接到所述第二导体层中的第一组盘形绕组的、所述盘绕线圈的第一端处的盘形绕组，以及在连接到所述第二导体层中的第二组盘形绕组的、所述盘绕线圈的第二端处的盘形绕组。

18.根据权利要求17所述的变压器，其中以环氧树脂封装所述盘绕线圈。

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