绕组、变压器和变压器设备的制作方法

1.本公开涉及一种用于变压器的绕组。本公开还涉及一种包括这种绕组的变压器，并且涉及一种包括这种变压器的变压器设备。


背景技术：

2.变压器与任何其他工业产品一样，必须符合噪声水平的各种要求。本领域技术人员已知，从受力f作用的振动结构发射的声功率p可以表示为：
3.p＝fhφb
fφ
φ
tf4.其中，φ表示与结构的机械特性相关联的模态形态的集合，并且算子b
fφ
隐含地取决于结构的几何形状、频率以及所讨论的声学和结构介质的材料特性。此外，h表示向量的埃尔米特转置，并且t表示正则向量转置。量φ
t
f在这里被解释为两个向量的标量积或点积，指示当这两个向量正交时，所得到的声功率变为零。在本发明中提出通过促进由固有对称力分布作用的非对称绕组谐振模态来实现这种正交性。无论模态的频率与网络频率的两倍的实际接近度如何，所得到的声功率都被降低。
5.更详细地，机械组件(在该上下文中典型地是具有支撑结构的绕组或一组这样的绕组)的运动方程在数值方法中通常表示为：
[0006][0007]
其中，u是位移向量，m、c、k分别是系统质量、阻尼、刚度矩阵，并且f是力向量。
[0008]
基于上述系统矩阵并且以公知的方式引入系统模态形态φ和模态坐标z，
[0009][0010]
同样众所周知的是，在频率ω下的频域模态位移zn由下式给出：
[0011][0012]
使得模态位移分量u
mn
(绕组中的任意m、模态n)可以表示为：
[0013][0014]
这里，参数ξn表示阻尼比(临界阻尼的分数)，并且为了进一步清楚，量um根据下式表示为系统模态的总和：
[0015][0016]
进一步研究该表达式中的分数，可以容易地讨论减轻噪声和振动的经典方法。显然，当驱动频率ω接近共振频率ωn或这种频率的窄集合时，结构响应xm可能增长超过容许水平，并且减轻这种影响的常见方法是
[0017]-找到增加振动能量ξn的阻尼、耗散的方式，和/或
[0018]-通过改变机械组件的刚度和/或质量来改变谐振频率ωn，和/或
[0019]-减小作用在组件上的力f的大小，或以其他方式重定向该力的作用。
[0020]
us 9020156公开了一种阻尼方法，其中压电换能器/致动器布置在变压器的箱壁上。压电换能器/致动器在固有频率下与箱壁的显著偏转的区域对准。测量和分析壁的振动，然后控制压电致动器以吸收振动并且因此降低噪声水平。然而，在变压器噪声环境中，难以将阻尼增加到振动水平显著降低的程度。
[0021]
此外，改变谐振频率的第二种常见方法可能导致由将不可避免地出现在接近激励频率ω处的新谐振控制的谐振现象。事实上，在变压器噪声环境下，重要的是还要密切注意短路事件期间的绕组动态，因为这里在网络频率(通常但不限于50hz或60hz)的几个周期期间的机械频率成分在网络频率与网络频率的两倍之间变化。网络频率是在上述理论背景中隐含假设的稳态驱动频率ω。换句话说，通常必须非常小心地执行偏移谐振，以确保整个变压器系统的整体性。jp 2013183151公开了一种示例，其中两个绕组被配置为具有不同的谐振频率并且布置为彼此补偿。
[0022]
最后，作用在绕组导体上的电磁力分布应被视为给定的，其具有很少的设计自由度以控制噪声。


技术实现要素：

[0023]
因此，本公开的目的是提供一种改进的用于变压器的绕组。更具体地，本公开的目的是提供一种噪声排放适当低并且构建和组装成本有效的绕组。本公开的另一目的是提供一种包括这种绕组的变压器和一种在变压器箱中包括这种变压器的变压器设备。
[0024]
根据本公开的第一方面，该目的通过一种用于变压器的相绕组的绕组来实现。绕组具有围绕线圈轴线的线圈匝。绕组适于当变压器操作时以预定频率变换变压器中的电压。绕组由具有对应于预定频率乘以二的主频率并且具有振动模态的机械负载激励。负载和振动模态的组合产生绕组的振动。绕组具有一组振动模态，每个振动模态具有振动模态频率，其中，这一组振动模态中的至少一个主要贡献振动模态是振动模态中的当绕组被所述负载激励时产生最大声功率的振动模态。绕组包括多个绕组部分，多个绕组部分至少包括第一绕组部分和第二绕组部分。第一绕组部分具有第一绕组部分刚度，并且第二绕组部分具有第二绕组部分刚度。第一绕组部分刚度与第二绕组部分刚度之间的刚度差使得声功率在所述主频率下最小化。
[0025]
为了清楚起见，本公开没有进一步参考用于噪声最小化的谐振控制ωn，或者在上面的背景技术部分中讨论的任何其他经典方法。
[0026]
绕组的振动模态描述了当在负载激励期间以固有频率振动时绕组将显示的变形。因此，该组振动模态指示绕组在动态负载下、诸如当由预定频率的交流电流产生的振荡电磁场激励时如何表现。振动模态确定绕组的声功率，例如，在振动期间有多少空气/油位移，并且因此绕组在机械主频率下产生噪声的效率如何。绕组的声功率继而影响包括绕组的变压器的声功率。
[0027]
预定频率可以例如是50hz或60hz。在这些频率下，绕组操作的振动的对应主频率因此分别变为100hz或120hz。
[0028]
如上所述，当绕组在主频率下被负载激励时，至少一个主要贡献振动模态是贡献最高声功率的振动模态。因此，当绕组被适配成使得绕组的点积接近零时，可以减少
由绕组产生的声功率并且因此减少噪声产生。举例而言，可以通过调整结构的质量和/或弹性来修改结构中的模态形态。然而，还可以设想绕组的其他特性可能对模态形态具有影响。在本公开的情况下，该结构以绕组、变压器和/或变压器箱为例。
[0029]
通常，该目的通过关注在上面的背景技术部分中给出的支配分数的分母来实现，因为点积被优化为接近零，而不管由形成分母的项所表示的机制的特性如何。因此，可以控制结构振动以实现低噪声性能。
[0030]
术语绕组在本文中用于表示变压器的相绕组的单个绕组，诸如内绕组或外绕组、低压绕组或高压绕组等。
[0031]
通过提供如本文所公开的绕组，可以通过修改绕组的弹性(即，刚度)来改变振动模态。如上文所讨论的，提供具有不同绕组部分刚度的绕组部分是将主要贡献模态形态从对称模态形态修改为非对称模态形态的方便且成本有效的方式。
[0032]
可选地，第一绕组部分具有沿线圈轴线所见的第一绕组部分刚度。第二绕组部分具有沿线圈轴线所见的第二绕组部分刚度。第一绕组部分刚度不同于第二绕组部分刚度。
[0033]
可选地，绕组在线圈匝之间设置有多个间隔件。第一绕组部分设置有第一间隔件分布，并且第二绕组部分设置有第二间隔件分布。第一间隔件分布不同于所述第二间隔件分布。
[0034]
电磁负载的对称力分布可以沿至少一个绕组的线圈轴线(第一轴线)激发大的振动。因此，沿线圈轴线布置具有不同刚度的不同绕组部分是影响绕组的振动模态形态并且降低绕组在主机械频率下的噪声的有效方式。作为非限制性示例，可以通过将绕组部分布置成具有不同的间隔件、ctc电缆和/或不同的刚度分布来修改绕组的刚度。
[0035]
可选地，第一类型的间隔件具有第一弹性模量，并且第二类型的间隔件具有第二弹性模量，所述第一弹性模量不同于所述第二弹性模量。
[0036]
间隔件通常沿绕组的轴向长度分布在线圈匝之间，以将线圈的匝彼此分离和电隔离。当线圈匝振动时，间隔件的弹性影响绕组的弹性，继而影响整个变压器的弹性。因此，可以通过在不同的绕组部分中提供具有不同弹性模量的间隔件来修改绕组的至少一个主要贡献模态或对称模态的模态形态。例如，可以通过选择用于间隔件的适当材料来选择弹性模量。可选择/可适用的材料的弹性模量的范围在0.1gpa至120gpa之间或更高。
[0037]
除了通过间隔件材料的弹性模量来调整刚度之外，间隔件可以具有与传统间隔件相比提供增加的或减小的刚度的结构形状。因此，第一类型的间隔件和第二类型的间隔件可以设想具有相同的材料，但设置有不同的形状，以便为至少第一绕组部分和第二绕组部分提供不同的刚度。然而，由于对绕组和变压器的设计要求，通过间隔件的结构设计对刚度的修改不能提供许多自由度。
[0038]
可选地，第一间隔件分布包括在围绕线圈轴线的方向上彼此之间以第一距离布置的间隔件，并且第二间隔件分布包括在围绕线圈轴线的方向上彼此之间以第二距离布置的间隔件，所述第一距离不同于所述第二距离。
[0039]
间隔件通常沿线圈匝等距分布。通过例如与第二绕组部分相比减小第一绕组部分中的间隔件之间的距离，与第二绕组部分相比增加了第一绕组部分的刚度。这里，由于对绕组和变压器的设计要求，自由度也受到限制。间隔件之间的距离减小降低了绕组(变压器)在变压器箱中浸入的电绝缘液体的冷却效率。
[0040]
可选地，如沿线圈轴线所见，第一绕组部分相对于第二绕组部分位于不同的轴向位置。
[0041]
绕组可以具有在沿线圈轴线的轴向长度的不同位置的第一绕组部分和第二绕组部分。绕组可以例如被分成对应于绕组部分的轴向区段。与第二绕组部分相比，第一绕组部分还可以具有不同的轴向长度。如上文所公开的，提供质量或刚度不同于第二绕组部分的第一绕组部分修改了变压器的主要贡献模态或对称模态，以减少在主频率下的振动和噪声。将第一绕组部分和第二绕组部分布置在沿线圈轴线的轴向长度的不同位置是破坏绕组的结构对称性的方式。
[0042]
可选地，第一绕组部分与第二绕组部分位于绕组的不同的扇区(sector)中。
[0043]
绕组的扇区在本文中是指由围绕绕组的线圈轴线的周向弧长和沿着绕组的线圈轴线的轴向长度界定的绕组部分。弧长由线圈轴线处、在线圈轴线与绕组部分的线圈匝之间延伸的两个半径之间的中心角α确定。绕组可以例如被分成对应于绕组部分的扇区。与第二绕组部分相比，第一绕组部分还可以具有不同的弧长。如上文所公开的，提供质量和/或刚度不同于第二绕组部分的第一绕组部分修改了变压器的至少一个主要贡献模态或对称模态的振动模态形态，以将振动模态形态朝向非对称模态修改，并且减少在主频率下的振动和噪声。
[0044]
根据本公开的第三方面，提供了一种变压器，该变压器包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的绕组。
[0045]
当变压器包括至少一个根据本公开的绕组时，每个绕组的声功率可以降低整个变压器的声功率，诸如当三个绕组中的至少一个是根据本公开的绕组时。
[0046]
根据本公开的第四方面，提供了一种变压器设备，该变压器设备包括根据第三方面的变压器，其中，变压器被封闭在变压器箱中。
[0047]
变压器可以浸入变压器箱中的电绝缘介质(诸如油)中。通过提供至少一个根据本公开的绕组，可以修改变压器的至少一个主要贡献模态或对称模态，以减少变压器的振动和噪声。因此，变压器箱中的这种变压器将使变压器箱壁产生较少的噪声。
附图说明
[0048]
本公开的进一步的目的和优点以及特征将从以下参考附图对一个或多个实施例的描述中变得显而易见，在附图中：
[0049]
图1示出了示例性现有技术的变压器在非对称振动模态下的侧视截面图
[0050]
图2示出了图1的现有技术的变压器在对称振动模态下的侧视截面图
[0051]
图3示出了由图1和图2的现有技术的变压器在预定频率下产生的噪声功率
[0052]
图4图示了在对称振动模态下的噪声产生的概念
[0053]
图5图示了在非对称振动模态下的噪声产生的概念
[0054]
图6示出了包括在变压器中的根据本公开的示例性绕组的侧视截面图
[0055]
图7是图6的绕组的线圈匝和间隔件的详细视图
[0056]
图8示出了图6的示例性绕组布置在变压器中的俯视截面图
[0057]
图9示出了包括在变压器中的根据本公开的另一示例性绕组的侧视截面图
[0058]
图10示出了图9的示例性绕组的仿真结果
[0059]
图11示出了布置在变压器中的根据本公开的另一示例性绕组的俯视截面图
[0060]
图12示出了图11的示例性绕组的仿真结果
具体实施方式
[0061]
下面参考示出实施例示例的附图更详细地展开本公开。本公开不应被视为局限于所描述的实施例示例；而是，本公开由所附权利要求限定。在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的元件。
[0062]
图1和图2示出了示例性现有技术的变压器100’中的绕组110’在不同振动模态下的侧视截面图。现有技术的绕组110’具有沿第一轴线z的第一延伸、沿第二轴线x的第二延伸和沿第三轴线y的第三延伸(未示出)。第一轴线、第二轴线和第三轴线彼此垂直。现有技术的绕组110’进一步被例示为包括在具有三个相同的绕组110’的变压器中，如沿所述第二轴线(x)所见，三个相同的绕组彼此相距一定距离。变压器100’可以具有用于变压器的每个相的相绕组。每个相绕组可以包括绕组110’，诸如内绕组和外绕组，内绕组和外绕组可以分别是低压绕组和高压绕组。
[0063]
每个绕组具有沿第一轴线(z)的第一端部和相反的第二端部。第一端部和第二端部分别设置有第一压板112’和第二压板114’，绕组110’被夹持在这两个压板之间。当变压器100’操作时，电磁力和绕组110’在压板之间的夹持产生负载噪声，该负载噪声是由绕组110’辐射的变压器100的总噪声的重要部分，尤其对于大型单元而言。
[0064]
变压器100’可以被封闭在其中的变压器箱200’的对称移动(活塞式位移)与非对称移动相比向远场辐射明显的噪声，因为对称振动使更多空气在变压器箱200’外部位移，从而比非对称移动更高效地辐射声音。绕组110’在负载下通常以100hz或120hz的机械主频率(即，通常50hz或60hz的预定电操作(激励)频率乘以二)振动。
[0065]
图1和图2通过箭头m图示了变压器100’的压板112’、114’的移动。为了清楚起见，仅针对一个相绕组110’示出了箭头。在实践中，对于现有技术的变压器100’，所有的相绕组110’表现出相同的振动模态，尽管相对于彼此具有120
°
的相移，例如对于如图1和图2所示的三相变压器100’既是如此。
[0066]
图3示出了变压器100’的声功率如何由于绕组110’的振动而随频率变化。横轴显示机械振动频率。该曲线表示由于绕组110’的振动产生的变压器100’的结构的振动模态的叠加。可以在声功率最大的峰值振幅处认定变压器100’的关注模态。
[0067]
图4和图5分别图示了对称振动模态和非对称振动模态，并且进一步解释这两种模态的发声特性。图4概念性地示出了作用在现有技术的变压器100’的绕组110’的预压板112’上的对称模态。可以看出，当压板112’振动时，一定体积(δv(正或负))的周围介质(诸如油或空气)位移。该位移将噪声辐射到可听到的远场，其可以被感知为干扰噪声。相反，图5所示的非对称振动模态使压板112’的一部分向上移动，而另一部分向下移动，理论上使得净体积位移δv等于零。这种非对称振动模态将噪声辐射到近场，这在一定距离处是听不到的。换句话说，它不被感知为干扰噪声。图4和图5中示出了中心平面p。图4中的箭头m图示了对于在平行于中心平面p的方向上的位移，位于中心平面p的相反两侧的绕组110’的每个部分如何同时在相同方向上位移。在图5中，非对称振动模态导致在中心平面p的相反两侧的相反方向。
[0068]
图6示出了根据本公开的包括在变压器100中的示例性绕组110的侧视截面图。变压器100可以具有用于变压器的每个相的相绕组。每个相绕组可以包括至少一个绕组110，诸如内绕组110和外绕组110，内绕组和外绕组可以分别是低压绕组和高压绕组。所图示的示例性变压器包括三个相绕组，每个相绕组包括根据本公开的绕组110。为了简单起见，并且由于本发明的效果可以通过修改包括在相绕组中的单个绕组110来实现，因此术语绕组110在下文中用于表示变压器100的相绕组的单个绕组。每个绕组110具有围绕线圈轴线(z)的线圈匝120(图7)。变压器100适于当变压器100操作时以预定频率变换电压。绕组110由具有对应于预定频率乘以二的主频率并且具有振动模态的机械负载激励。负载和振动模态的组合产生绕组110的振动。绕组110进一步具有一组振动模态，每个振动模态具有振动模态频率，其中，这一组振动模态中的至少一个主要贡献振动模态是振动模态中的当绕组110被负载激励时产生最大声功率的振动模态。绕组110包括多个绕组部分116。多个绕组部分116至少包括第一绕组部分116a和第二绕组部分116b。第一绕组部分116a具有第一绕组部分刚度并且第二绕组部分116b具有第二绕组部分刚度。所述第一绕组部分刚度与所述第二绕组部分刚度之间的刚度差使得声功率在所述主频率下最小化。
[0069]
图7示出了绕组110的线圈匝数120的放大细节。绕组110在线圈匝120之间设置有多个间隔件130。间隔件通常沿绕组110的轴向长度分布在线圈匝之间，以将线圈的匝彼此分离并电隔离。
[0070]
绕组110进一步具有沿第一轴线z的第一延伸。线圈轴线平行于第一轴线z。绕组110具有沿第二轴线x的第二延伸和沿第三轴线y的第三延伸(参见图8)。第一轴线、第二轴线和第三轴线彼此垂直，并且如沿第二轴线x所见，所图示的绕组110的中心彼此相距一定距离。绕组110包括第一中心平面a，该第一中心平面沿第二轴线x和第三轴线y延伸并且如沿第一轴线z所见将绕组110分成两半。绕组110包括第二中心平面b(参见图8)，该第二中心平面沿第二轴线x和第一轴线z延伸并且如沿第三轴线y所见将绕组110分成两半。绕组110包括第三中心平面c，该第三中心平面沿第三轴线y和第一轴线z延伸并且如沿第二轴线x所见将绕组110分成两半。
[0071]
每个绕组110可以具有沿线圈轴线(即，与第一轴线z平行)的第一端部和相反的第二端部。第一端部和第二端部分别设置有第一压板112和第二压板114，绕组110被夹持在这两个压板之间。
[0072]
所述绕组110的机械振动的对称模态使得对于在平行于相关中心平面的方向上的位移，所述绕组110的位于所述中心平面a、b、c中的一个中心平面的相反两侧的每个部分同时在相同方向上位移。所述变压器100的机械振动的非对称模态使得对于在平行于相关中心平面的方向上的位移，所述变压器100的位于所述中心平面a、b、c中的一个中心平面的相反两侧的每个部分同时在相反方向上位移。
[0073]
模态频谱可以用于研究结构响应于不同频率的振动振幅。用于创建模态频谱的装置和方法是本领域技术人员已知的。例如可以通过脉冲锤引起变压器箱壁振动，并且箱壁的振动可以通过加速度传感器或通过分布在箱壁表面上的压电力换能器来测量。所测量的信号可以被转发到计算机系统，该计算机系统执行模态分析并且由此数值地确定箱壁的动态特性。
[0074]
如结合图1至图5所讨论的，绕组110的噪声产生机制由几乎对称的绕组轴向力分
布控制。本公开的绕组110试图通过引入非对称振动形状来破坏这种匹配，使得点积趋向于零。绕组110的力分布由于结构而给定。芯、线圈匝120和/或压板的形状和设计是预设的，以获得变压器100所需的电气性能。然而，可以在不影响性能的情况下修改绕组110振动所依赖的其他特性。这种特性是机械刚度。另一特性是绕组110的质量。由于对绕组和变压器的设计要求，修改质量的可能性受到限制。为此目的，根据本公开的变压器100使其绕组110中的至少一个设置有具有不同绕组部分刚度的多个绕组部分116。
[0075]
在图8的示例性实施例中，图8是图6的实施例的绕组110的顶侧截面图。每个相绕组被示出为具有内绕组110和外绕组110。内绕组可以是低压绕组，并且外绕组可以是高压绕组，反之亦然。每个绕组110可以具有不同的绕组部分116。
[0076]
根据本公开，绕组110包括至少两个绕组部分116。因此，大于两个的任何数量的绕组部分116也在本公开的范围内。
[0077]
绕组部分116在本文中是指绕组110的线圈匝的一部分。绕组部分可以是绕组的沿第一轴线z(未示出)在长度上限制的一部分，诸如绕组的轴向长形区段。绕组部分也可以/替代性地是由中心角α限制到绕组的周向扇区弧长的绕组的扇区。
[0078]
在绕组部分116之间引入刚度差异破坏了机械振动的对称模态，替代地在包括不同绕组部分的绕组110中引入非对称模态的振动。因此，绕组110和变压器100作为整体的机械振动的对称模态被破坏。
[0079]
在诸如图6或图8所示的包括根据本公开的至少一个绕组110的变压器100中，以及在诸如图6或图8所示的包括具有根据本公开的至少一个绕组110、封闭在变压器箱200中的变压器100的变压器设备300中，绕组110的机械振动的对称模态以及因此变压器100和变压器箱200的机械振动的对称模态通过引入具有第一绕组部分刚度(如沿线圈轴线z所见)的第一绕组部分116a而被破坏。第二绕组部分116b可以进一步具有沿线圈轴线z所见的第二绕组部分刚度。如前所述，第一绕组部分刚度不同于所述第二绕组部分刚度。
[0080]
第一绕组部分116a设置有第一间隔件分布，并且第二绕组部分116b设置有第二间隔件分布。第一间隔件分布不同于所述第二间隔件分布。用于间隔件130的材料选择是可以用于破坏机械振动的对称模态的因素。当线圈匝120振动时，由间隔件130提供的弹性影响绕组110和变压器100作为整体的刚度，从而影响绕组110和变压器100的振动模态。应当注意，图7的细节仅示出了一个间隔件分布的一部分。
[0081]
第一间隔件分布可以包括第一类型的间隔件，并且第二间隔件分布可以包括第二类型的间隔件。第一类型的间隔件不同于所述第二类型的间隔件。第一类型的间隔件可以例如具有第一弹性模量，并且第二类型的间隔件可以具有第二弹性模量。第一弹性模量与所述第二弹性模量相差至少3gpa，或更优选地相差至少5gpa，诸如至少10gpa。
[0082]
因此，可以通过提供具有不同弹性模量的间隔件130来修改绕组110的主要贡献模态或对称模态的模态形态。例如，可以通过选择用于间隔件130的适当材料来选择弹性模量。可选择/可适用的材料的弹性模量的范围在0.1gpa至120gpa之间或更高。
[0083]
替代性地，第一间隔件分布可以包括在围绕线圈轴线的方向上彼此之间以第一距离布置的间隔件，并且第二间隔件分布可以包括在围绕线圈轴线的方向上彼此之间以第二距离布置的间隔件。第一距离不同于所述第二距离。通过例如与第二绕组部分相比减小第一绕组部分中的间隔件之间的距离，与第二绕组部分相比可以增加第一绕组部分的刚度。
这将意味着与第二绕组部分相比，在第一绕组部分中线圈匝120的每单位长度的间隔件的数量更多。
[0084]
可选地，第一类型的间隔件在结构上成形为具有如沿线圈轴线所见的第一刚度，并且第二类型的间隔件在结构上成形为具有如沿线圈轴线所见的第二刚度，所述第一刚度不同于所述第二刚度。与传统间隔件相比，间隔件130可以具有提供增加的或减小的刚度的结构形状。因此，第一类型的间隔件和第二类型的间隔件可以具有相同的材料，但是可以设置有不同的形状，以便为至少第一绕组部分和第二绕组部分提供不同的刚度。作为示例，与实心间隔件130相比，中空间隔件130可以提供减小的刚度。
[0085]
图9图示了根据本公开的绕组的示例性构型，其中，如沿线圈轴线所见，第一绕组部分116a相对于第二绕组部分116b位于不同的轴向位置处。另外，第三绕组部分116c和第四绕组部分116d也沿线圈轴线设置在不同的轴向位置处。应当注意，如果绕组110包括内绕组和外绕组，则两个绕组或内绕组和外绕组中的仅一个可以包括相对于彼此位于如沿线圈轴线所见的不同轴向位置处的绕组部分。此外，根据本公开的变压器100包括根据本公开的至少一个绕组110。换句话说，变压器100可以具有设置有多个绕组部分116的一个或多个绕组110。在图9所示的示例中，所有三个绕组110具有根据本公开的绕组部分的相同构型。仍然根据本公开的不同变压器100可以具有包括多个绕组部分的一个绕组110，而另外两个绕组是传统绕组。
[0086]
作为示例，优化研究使用不同类型的间隔件130来将不同的弹性模量分配给绕组部分的不同构型，即不同数量的绕组部分116，以及绕组部分116沿线圈轴线相对于彼此的不同轴向位置。图10示出了五种不同绕组构型的研究的仿真结果，其中，绕组部分116的数量n从沿线圈轴线的一个绕组部分变化到五个绕组部分。曲线示出了由具有变压器箱200的变压器设备300辐射的声功率，该变压器箱包括变压器100，该变压器继而包括根据本公开的三个相同绕组110。可以看出，在所图示的示例中，n＝4在100hz的主频率下从变压器箱200产生71.3db的最低声辐射。相比之下，在n＝1处，即其中(多个)绕组的刚度或质量沿线圈轴线均匀分布，类似于传统绕组，声功率在100hz的主频率处为80.2db。
[0087]
图11示出了根据本公开的绕组110的另一示例性构型。在此，第一绕组部分116a与第二绕组部分116b位于绕组110的不同的扇区中。作为示例，内绕组包括第一绕组部分116a，并且外绕组包括第二绕组部分116b。所示的变压器100的所有三个绕组110在该示例中被示出为相同的，但是如上所述，绕组110可以具有相对于彼此具有不同构型的绕组部分116。
[0088]
绕组部分扇区的弧长由线圈轴线处、在线圈轴线与绕组部分的线圈匝之间延伸的两个半径r之间的中心角α确定。与第二绕组部分116b相比，第一绕组部分116a可以具有不同的弧长。将第一绕组部分116a和第二绕组部分116b布置在绕组110的不同扇区中是破坏绕组110的结构对称性的另一种方式。在所图示的示例中，第一绕组部分116a由中心角α1和半径r1限定。第二绕组部分116b由中心角α2和半径r2限定。绕组部分116还可以具有沿线圈轴线的轴向长度。在图11的示例中，绕组部分的轴向长度等于绕组(未示出)的长度。
[0089]
在图12所示的另一示例性优化研究中，位于绕组110的不同扇区中的绕组部分116各自被分配有具有一定弹性模量的间隔件130。针对三种不同绕组构型的研究的仿真结果，其中，以一个、两个或四个绕组部分116研究绕组部分116的数量n。曲线示出了由具有变压
器箱200的变压器设备300辐射的声功率，该变压器箱包括变压器100，该变压器继而包括根据本公开的三个相同绕组110。可以看出，在所图示的示例中，n＝2在100hz的主频率下从变压器箱200产生70.5db的最低声辐射。相比之下，在n＝1处，即其中(多个)绕组的刚度或质量沿线圈轴线均匀分布，类似于传统绕组，声功率在100hz的主频率处为80.2db。
[0090]
从上述示例可得，不同的绕组部分116可以沿线圈轴线位于不同的轴向区段中，并且同时位于不同的扇区中。换句话说，图9和图11的示例可以组合，例如使得图11的第一绕组部分116a和第二绕组部分116b沿线圈轴线具有有限的延伸，并且如沿线圈轴线所见位于不同的轴向位置处。
[0091]
受益于前述描述和相关联附图中呈现的教导，本领域技术人员将想到所公开的实施例的修改和其他实施例。因此，应当理解，(多个)实施例不限于所公开的具体实施例，并且修改和其他实施例旨在包括在本公开的范围内。尽管本文可以采用特定术语，但是它们仅在通用和描述性意义上使用，而不是出于限制的目的。

技术特征：
1.一种用于变压器(100)的相绕组的绕组(110)，所述绕组(110)具有围绕线圈轴线(z)的线圈匝(120)，所述绕组(110)适于当所述变压器(100)操作时以预定频率变换变压器(100)中的电压，所述绕组(110)由具有对应于所述预定频率乘以二的主频率并且具有振动模态的机械负载激励，其中，负载和振动模态的组合产生所述绕组(110)的振动，所述绕组(110)具有一组振动模态，每个振动模态具有振动模态频率，其中，所述一组振动模态中的至少一个主要贡献振动模态是所述振动模态中的当所述绕组(110)被所述负载激励时产生最大声功率的振动模态，其中，所述绕组(110)包括多个绕组部分(116)，所述多个绕组部分(116)至少包括第一绕组部分(116a)和第二绕组部分(116b)，其中，所述第一绕组部分(116a)具有第一绕组部分刚度，并且所述第二绕组部分(116b)具有第二绕组部分刚度，并且其特征在于，所述第一绕组部分刚度与所述第二绕组部分刚度之间的刚度差使得声功率在所述主频率下最小化。2.根据权利要求1所述的绕组(110)，其中，所述第一绕组部分(116a)具有沿所述线圈轴线所见的第一绕组部分刚度，并且所述第二绕组部分(116b)具有沿所述线圈轴线所见的第二绕组部分刚度，所述第一绕组部分刚度不同于所述第二绕组部分刚度。3.根据权利要求1或2中任一项所述的绕组(110)，其中，所述绕组(110)在所述线圈匝(120)之间设置有多个间隔件(130)，并且其中，所述第一绕组部分(116a)设置有第一间隔件分布，并且所述第二绕组部分(116b)设置有第二间隔件分布，所述第一间隔件分布不同于所述第二间隔件分布。4.根据权利要求1至3中任一项所述的绕组(110)，其中，如沿所述线圈轴线所见，所述第一绕组部分(116a)相对于所述第二绕组部分(116b)位于不同的轴向位置。5.根据权利要求1至4中任一项所述的绕组(110)，其中，所述第一绕组部分(116a)与所述第二绕组部分(116b)位于所述绕组100的不同的扇区中。6.根据权利要求5所述的绕组(110)，其中，所述第一绕组部分(116a)位于所述绕组110的由第一中心角α1界定的扇区中，并且其中，所述第二绕组部分(116b)由第二中心角α2界定。7.根据权利要求3所述的绕组(110)，其中，所述第一间隔件分布包括第一类型的间隔件，并且所述第二间隔件分布包括第二类型的间隔件，所述第一类型的间隔件不同于所述第二类型的间隔件。8.根据权利要求6所述的绕组(110)，其中，所述第一类型的间隔件具有第一弹性模量，并且所述第二类型的间隔件具有第二弹性模量，所述第一弹性模量不同于所述第二弹性模量。9.一种变压器(100)，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的绕组(110)。10.一种变压器设备(300)，包括根据权利要求9所述的变压器(100)，其中，所述变压器(100)被封闭在变压器箱(200)中。

技术总结
一种用于变压器(100)的相绕组的绕组(110)。绕组(110)具有围绕线圈轴线(z)的线圈匝(120)。绕组(110)适于当变压器(100)操作时以预定频率变换变压器(100)中的电压。绕组(110)由具有对应于所述预定频率乘以二的主频率的机械负载激励并且具有振动模态。负载模态和振动模态的组合产生绕组(110)的振动。绕组(110)具有一组振动模态。每个振动模态具有振动模态频率，其中，这一组振动模态中的主要贡献振动模态是振动模态中的产生最大声功率的振动模态。绕组(110)由负载激励并且第一绕组部分刚度与第二绕组部分刚度之间的刚度差使得声功率在所述主频率下最小化。得声功率在所述主频率下最小化。得声功率在所述主频率下最小化。


技术研发人员：K
受保护的技术使用者：日立能源瑞士股份公司
技术研发日：2022.02.11
技术公布日：2023/10/15