CN118511236A - 具有三级绕组的变压器 - Google Patents

Abstract

一种变压器(200)，包括：芯体(201)，例如，单相芯体，该芯体包括多个绕线芯柱(205a、205b)、形成在多个绕线芯柱(205a、205b)中的每个芯柱上的初级和次级同心绕组(202、204、212、214)、以及形成在少于多个绕线芯柱中的所有芯柱的芯柱上的至少一个三级同心绕组(206)。

Description

具有三级绕组的变压器

技术领域

本公开涉及一种变压器，该变压器具有周围设置有绕组的不止一个芯柱，其中，少于所有芯柱的芯柱具有围绕它们形成的三级绕组。

背景技术

变压器是一种将电能从一个电子电路传输到另一个电路或多个电路的无源部件。有些变压器配备有不止两个电压系统。在某些情况下，一个或多个电压系统具有比其他电压系统低得多的功率要求。这种具有较低功率要求的电压系统在许多情况下由于(例如)相对较大的最小尺寸的绕组而与它们所输送的功率数量相比会产生过高的成本。低功率电压系统的另一个缺点是它们可以输送非常高的短路电流，这对于连接到这些电压系统的装备来说是ge。这种电压系统的示例是三次绕组。

在一些应用中，为电力变压器配备三级电压系统是有利的。因此，除了初级和次级绕组外，变压器还可以具有三级绕组。三级绕组重新分配故障电流的流动，从而稳定或平衡中性点电压，并且它还可以降低变压器的零序阻抗。除了减少变压器中的电压不平衡外，三级绕组还可以用于以不同于初级和次级绕组的电压向辅助负载(例如，变电站辅助装备)供电。在许多采用三级电压系统的应用中，三级电压系统的功率要求低于初级和次级额定功率。

在一些情况下，较大电压系统的功率如此之高，以至于在变压器中不可以使用每相单个绕线芯柱(即，具有绕组的芯柱)。各种其他因素，例如，额定电压、阻抗、传输限制、损耗、短路强度等，可以确定是否需要一个以上绕线芯柱。在某些情况下，通常对于具有高额定功率的单元，变压器可以被设计为每相具有不止一个绕线芯柱，以便通过优化设计满足所有要求。然而，使用多个绕线芯柱可能进一步加剧与具有三级电压系统的变压器相关联的缺点(即，高成本和高短路电流的大风险)。

因此，需要包括三级电压系统的改进的变压器。

发明内容

因此，本公开的目的是提供一种变压器，例如包括单相芯体的变压器，该变压器具有多个绕线芯柱，其中，少于该多个绕线芯柱中的所有芯柱的芯柱上具有三级绕组。例如，根据本公开的各方面的单相变压器可以仅有一个绕线芯柱具有设置在其周围的三级绕组。

根据本公开的各方面，代替在具有多个绕线芯柱的单相变压器中的每个芯柱上使用相同的设计(即，其周围布置有绕组的芯柱)，可以在一个或多个绕线芯柱上使用不同数量的绕组。在本公开的各方面中，变压器的所有绕线芯柱可以具有相同或相似的初级绕组和次级绕组。绕线芯柱之间的主要区别在于，这些芯柱中的一个或多个(但不是全部)不包括三级绕组。因此，可以在变压器绕组芯柱中的一个或多个但少于全部的芯柱处省略三级绕组。这将导致成本降低，因为需要生产和维护更少的绕组。此外，连接到变压器的装备的短路电流减小。例如，对于具有两个绕线芯柱的变压器，由于短路电流的减少，绕组的数量和短路电流都可以减少一半，从而降低制造和运输成本，并改善包括变压器的系统的操作。

根据本公开的一个方面，上述和其他目的通过单相变压器来实现，该单相变压器包括单相芯体，该单相芯体包括多个绕线芯柱、形成在多个绕线芯柱中的每个芯柱上的初级和次级同心绕组、以及形成在多个绕线芯柱中的至少一个芯柱上的与初级和次级绕组同心的三级同心绕组，使得少于多个绕线芯柱中的所有芯柱的芯柱具有三级绕组。

根据本公开的一个方面，上述目的通过一种减少由变压器生成的短路电流的方法来实现，该变压器包括单相芯体，该单相芯体包括多个绕线芯柱。该方法包括：在变压器的多个绕线芯柱中的每个芯柱上形成初级和次级同心绕组，以及在多个绕线芯柱中的至少一个芯柱上形成与初级和次级绕组同心的三级同心绕组，使得少于多个绕线芯柱中的所有芯柱的芯柱具有三级绕组。

根据本公开的各方面的单相或三相变压器，在少于其所有绕线芯柱的芯柱上具有三级绕组，可以允许减少变压器的制造、运输、和维护成本，并减少由包括变压器的系统生成的短路电流。

附图说明

图1示出了变压器的横截面侧视图的示例，该变压器包括两个绕线芯柱并且每个绕线芯柱具有初级绕组、次级绕组、和三级绕组。

图2示出了根据本公开的各方面的变压器的横截面侧视图的示例，该变压器包括两个绕线芯柱并且其中仅一个绕线芯柱具有三级绕组。

图3示出了根据本公开的各方面的变压器的横截面侧视图的另一示例，该变压器包括三个绕线芯柱并且其中仅一个绕线芯柱具有三级绕组。

图4示出了根据本公开的各方面的变压器的透视侧视图的示例，该变压器包括两个绕线芯柱并且其中一个绕线芯柱具有三级绕组。

具体实施方式

传统变压器的每相可以具有绕组形成在其周围的多个芯柱(即，所谓的绕线芯柱)，这些芯柱具有设置在其周围的相同配置的绕组。功率通常在绕线芯柱的绕组之间均分，并且绕组可以并联或串联连接以实现全功率。本文讨论的某些问题可能与传统变压器有关，涉及变压器的绕线芯柱的等同设计或配置。

因此，本公开的各方面提供了一种变压器，例如单相变压器或包括单相芯体的变压器，该变压器具有多个具有不同配置的绕线芯柱，其中，少于所有绕线芯柱的芯柱具有缠绕在它们周围的三级绕组。例如，除了一个绕线芯柱外，变压器的所有绕线芯柱上都可以省略三级绕组。

图1示意性地示出了传统变压器100的示例，其中，变压器100具有芯体101，芯体101包括上磁轭103a和下磁轭103b以及由磁轭103a、103b支撑的两个垂直柱、极、或芯柱105a、105b。变压器100可以是单相变压器。

芯体芯柱105a、105b可以分别被称为第一芯柱和第二芯柱，在本文中也可以被称为绕线芯柱，因为它们具有围绕它们形成的绕组。变压器100还具有两个垂直的侧芯柱107a、107b，这两个侧芯柱由于不具有绕组而不是绕线芯柱。绕线芯柱105a、105b和侧芯柱107a、107b是芯体101的垂直部分，而上磁轭103a和下磁轭103b是芯体101的为芯柱提供机械支撑的部分。在沿着由变压器100的绕组形成的圆柱体或圆柱结构的中心直径穿过芯体101的垂直截面中示出了变压器100。

应当理解，仅通过示例的方式示出了两个绕线芯柱105a、105b，因为变压器100可以具有不止两个绕线芯柱。如图1所示，绕线芯柱105a、105b中的每个芯柱具有围绕该芯柱径向形成或构建的初级、次级、和三级同心绕组，使得这些绕组一起形成圆柱体结构(在本文中称为圆柱结构)，各个芯柱在该圆柱结构内部穿过。绕组是缠绕在相应芯柱(例如，铁磁芯)周围以形成圆柱或套筒的电线线圈。第一绕线芯柱105a具有形成在其上的初级绕组102、次级绕组104、和三级绕组106，从而形成第一圆柱结构110a。类似地，第二绕线芯柱105b具有形成在其上的初级绕组112、次级绕组114、和三级绕组116，从而形成第二圆柱结构110b。三级绕组可以被视为一起构成、连接到、或包括变压器100的三级电压系统。初级绕组连接到AC电源，次级绕组连接到电气部件(负载)，并且三级绕组提供平衡和/或辅助功率。初级绕组在两个绕线芯柱105a、105b之间的功率相等。类似地，次级绕组在两个绕线芯柱105a、105b之间的功率相等。如图1所示，第一圆柱体结构110a和第二圆柱体结构110b的纵轴A1和A2可以与相应的绕线芯柱105a、105b的纵轴重合。因此，每个绕组在图1中被示出为相对于纵轴A1(形成第一圆柱结构110a的绕组)和纵轴A2(形成第二圆柱结构110b的绕组)对称定位的两个相应部分。

变压器100的绕组可以并联或串联连接以实现全功率。如图1所示，标记为“PW”的初级绕组102、112彼此连接。类似地，标记为“SW”的次级绕组104、114彼此连接。标记为“TW”的三级绕组106、116也彼此连接。初级绕组102、112可以被视为连接到变压器100的初级电压系统或包括变压器100的初级电压系统，次级绕组104、114可以被视为连接到变压器100的次级电压系统或包括变压器100的次级电压系统，并且三级绕组106、116可以被视为连接到变压器100的三级电压系统或包括变压器100的三级电压系统。

图1中的示例示出了具有芯柱的变压器100，除了初级绕组和次级绕组之外，每个芯柱还具有三级绕组。如上所述，即使示出了两个绕线芯柱105a、105b，变压器100也可以具有一个绕线芯柱或不止两个绕线芯柱。此外，变压器100可以具有也可以不具有侧芯柱。图1示出了变压器的示例，其中，功率在多个(绕线)芯柱之间划分，每个芯柱具有相同或相似的设计。例如，如在变压器100中一样，传统变压器可以具有两个相同的绕线芯柱，每个芯柱上都有一半功率。应当理解，变压器100具有此处未示出的各种其它部件。

因为变压器100的每个绕线芯柱105a、105b具有相应的三级绕组106、116，使得所有绕线芯柱105a、105b具有相同的设计，所以可能出现某些缺点。例如，如果一个电压系统，例如三级电压系统，与其他电压系统相比具有较低功率，则可能生成高短路电流，从而可能对连接到变压器的装备产生负面影响。为了限制短路电流，可以使用额外的装备，例如限流电抗器和其他限流设备，这增加了系统的部件数量从而增加了成本。此外，如上所述，由于三级绕组的总体尺寸相对较大(与它们的额定功率相比)，变压器的尺寸受到影响。因此，使用这种变压器的功率系统的制造、运输、和操作可能导致与它们输送的功率量相比成本过高。

因此，在本公开的各方面中，通过提供一种变压器来解决上述和其他相关缺点，该变压器具有多个绕线芯柱，每个绕线芯柱包括初级绕组和次级绕组，但是其中，在少于多个绕线芯柱中的所有芯柱的芯柱上包括三级绕组。例如，根据本公开的实施例的变压器可以具有多个，例如，两个、三个、四个、或大于四个绕线芯柱，其中只有一个绕线芯柱具有形成在其上的三级绕组。不止一个绕线芯柱可以具有三级绕组，但是具有三级绕组的绕线芯柱的总数小于变压器中的绕线芯柱的总数。

根据本公开的实施例的变压器可以是包括一个单相芯体的单相变压器，该单相芯体包括两个或更多个绕线芯柱，例如，每相两个或更多个绕线芯柱。变压器的两个或更多个绕线芯柱中的一个或多个但少于全部的绕线芯柱可以是具有三级绕组的绕线芯柱。

在一些方面，根据本公开的实施例的变压器包括至少一个单相芯体，例如，三个单相芯体。三相变压器可以通过连接三个单相芯体/变压器的绕组来构造。图2示出了根据本公开的各方面的变压器200的示例。变压器200具有芯体201，例如，至少一个单相芯体，该芯体201包括上磁轭203a和下磁轭203b以及多个绕线芯柱，这些绕线芯柱可以包括两个绕线芯柱，例如，由磁轭203a、203b支撑的垂直绕线柱或芯柱205a、205b。磁轭203a、203b可以平行于多个绕线芯柱。单相芯体201(例如，铁芯)提供单路径磁电路。芯柱205a、205b以及在其周围具有绕组的其他芯柱在本文中被称为绕线芯柱。应当理解，由于变压器200可以具有不止两个绕线芯柱，所以两个绕线芯体芯柱205a、205b(在本文中分别称为第一芯柱205a和第二芯柱205b)仅作为示例示出。

在沿着由变压器200的绕组形成的圆柱体或圆柱结构的中心直径截取的垂直截面中示出了变压器200。变压器200可以是单相变压器。

在一些实施例中，变压器200可以包括或可以是不止一个单相芯体，例如，三个单相芯体。三个单相芯体(每个被配置为例如变压器200或以类似的方式配置)可以紧密连接，使得它们的集合可以被视为三相变压器。因此，至少一个单相芯体201可以包括三个单相芯体，并且变压器200可以是通过连接三个单相芯体的绕组而构造的三相变压器。绕组可以以任何合适的方式(例如，本领域已知的方式)连接。例如，绕组可以使用Y和/或三角(Delta)连接进行连接。三级绕组可以是向变电站，例如，高压直流(HVDC)换流站，提供平衡和/或辅助功率的稳定绕组。三级绕组可以是三角连接的绕组。

变压器200包括形成在多个绕线芯柱205a、205b中的每个芯柱上的初级和次级同心绕组。每个初级绕组连接到交流电源，每个次级绕组连接到电气部件(负载)。变压器200还包括与初级和次级绕组同心的三级同心绕组，其形成在多个绕线芯柱205a、205b中的至少一个芯柱上，使得少于多个芯柱中的所有绕线芯柱的芯柱具有三级绕组。三级绕组提供平衡和/或辅助功率。绕组可以是形成中空圆柱体绕线结构的电线线圈，该中空圆柱体绕线结构被定位在相应的绕线芯柱周围，例如，铁磁芯的一部分，使得该芯柱穿过圆柱体绕线结构。初级绕组、次级绕组(以及对于一些绕线芯柱的三级绕组)以同心布置被定位在芯柱周围，以形成相应的圆柱体绕组或结构。每个绕组在圆柱体结构中形成相应的层。

如图2所示，变压器200的绕组可以并联连接以实现全功率(功率在这些绕组之间划分)。在某些情况下，绕组可以串联连接。如图2所示，标记为“PW”的初级绕组202、212可以彼此连接。类似地，标记为“SW”的次级绕组204、214可以彼此连接。单个三级绕组206被标记为“TW”。初级绕组202、212可以被视为连接到变压器200的初级电压系统或包括变压器200的初级电压系统，次级绕组204、214可以被视为连接到变压器200的次级电压系统或包括变压器200的次级电压系统，并且三级绕组206可以被视为连接到变压器200的三级电压系统或包括变压器200的三级电压系统。

在图2中，变压器200的单相芯体201包括第一外侧芯柱207a和第二外侧芯柱207b，它们平行于多个绕线芯柱中的芯柱形成，侧芯柱207a和207b周围没有形成绕组。还应当理解，在根据本公开的变压器的一些配置中，变压器可以不具有外侧芯柱。如图2所示，第一绕线芯柱205a和第二绕线芯柱205b具有分别围绕它们形成的相应的第一和第二圆柱体或圆柱结构210a、210b。第一圆柱结构210a和第二圆柱结构210b可以是圆柱体的，这意味着它们的形状可以偏离精确的圆柱形，但是它们通常是圆柱形的并且因此在本文中被称为圆柱结构。在每个圆柱结构中，旋转轴可以位于芯体的中心，即位于相应绕线芯柱的中心。第一圆柱结构210a和第二圆柱结构210b中的每一个由各自的绕组形成，这些绕组以套筒方式以同心布置围绕各自的(绕线)芯柱缠绕。第一圆柱结构210a和第二圆柱结构210b的纵轴B1和B2可以分别与第一绕线芯柱205a和第二绕线芯柱205b的纵轴重合。

第一绕线芯柱205a具有形成在其上的初级同心绕组202、次级同心绕组204、和三级同心绕组206，从而形成第一圆柱结构210a。初级和次级绕组202、204相对于彼此同心，并且三级绕组206与初级和次级绕组202、204同心。因此，在该示例中，其上形成有三级绕组的至少一个芯柱是一个芯柱，即第一绕线芯柱205a。如上所述，芯体201被称为单相芯体，并且其上形成有三级绕组的至少一个芯柱可以被称为每相一个芯柱。

第二绕线芯柱205b具有形成在其上的初级绕组212和次级绕组214，从而形成第二圆柱结构210b。如图2所示，第一绕线芯柱205a包括形成在其上的一个初级绕组202、一个次级绕组204、以及三级绕组206。同样，如图2所示，第二绕线芯柱205b包括形成在其上的一个初级绕组212和一个次级绕组214。

第一绕线芯柱205a和第二绕线芯柱205b具有相同或相似的相应初级和次级绕组，使得主绕组在第一绕线芯柱205a和第二绕线芯柱205b之间基本相同。初级绕组202、212可以彼此并联连接，次级绕组204、214可以彼此并联连接。然而，在某些情况下，初级绕组和次级绕组可以串联连接。

在一些示例中，参考第一绕线芯柱205a，初级绕组202和次级绕组204可以具有比三级绕组206更高的额定功率。例如，初级绕组和次级绕组的电压可以在约30kV至约800kV的范围内。形成在多个绕线芯柱中的至少一个芯柱上的三级绕组206可以是比初级绕组和二次绕组更低电压的绕组。例如，三级绕组206可以具有在约10kV到约36kV的范围内的电压。

在一些实施方式中，取决于应用，初级绕组和次级绕组(也称为主绕组)上的电压电平可以有不同类型的组合：例如，从约60kV到约400kV，或者从约245kV到约400kW，或者从约300kV到约400kV，或从约400kV到约750kV，或从500kV到约800kV，等等。应当理解，根据本公开的方面不限于任何变压器绕组的任何特定电压范围。

在一些实施例中，调节绕组(例如)与主绕组之一串联连接，并且连接的匝数可以例如通过使用抽头变换器来改变。这可以用于调节匝数，从而调节电压。在一些实施方式中，三级绕组可以位于调节绕组与初级绕组或次级绕组之间。

如图2的示例中所示，参考第一绕线芯柱205a，形成在多个绕线芯柱中的至少一个芯柱上的三级绕组206可以是相对于形成在具有三级同心绕组206的芯柱205a上的初级和次级同心绕组202、204的最外层绕组。

此外，在一些示例中，形成在多个绕线芯柱中的至少一个芯柱上的三级绕组相对于形成在具有三级同心绕组的至少一个芯柱上的初级和次级同心绕组可以是径向最内侧的。因此，三级绕组可以是由变压器的绕组形成的圆柱体结构中的径向最内侧的绕组。然而，应当理解，这里的实施例不限于三级绕组相对于初级和次级绕组以及可以包括的其他绕组设置的特定方式。例如，在一些情况下，变压器200可以包括调节绕组。三级绕组可以位于调节绕组与初级绕组或次级绕组之间。当变压器附加地包括其每个绕线芯柱上的调节绕组时，三级绕组也可以是径向最内侧或最外侧的。

第一圆柱结构210a和第二圆柱结构210b可以具有各自不同的配置，因为第一结构210a包括三级绕组206。由于在第一圆柱结构210a中存在三级绕组206而在第二圆柱结构210b中不存在这样的绕组，因此第一圆柱结构210a和第二圆柱结构210b可以被制造成具有一些差异。例如，绝缘层的建立、施加到绕组的压力、以及其他特征可能不同。同时，考虑到三级绕组相对于主绕组的尺寸相对较小，与所获得的益处相比，考虑到绕组中的差异所需的变化可以被认为是较小的。优点包括(例如)减少了短路电流和没有三级绕组的芯柱上的力，有可能利用没有三级线圈的芯柱上的空间，减轻了重量，以及减少了可能发生故障的绕组数量，从而提高了变压器的可靠性。此外，在少于所有绕线芯柱的芯柱上具有三级绕组允许降低变压器的成本。

在一些方面，诸如变压器200的变压器具有不同数量的电压系统，这些电压系统表示在多个芯柱中的不同绕线芯柱上。例如，在图2中，在第一绕线芯柱205a上表示三个电压系统(初级、次级、和三级)，同时在第二绕线芯柱205b上表示两个电压系统(初级和次级)。因此，变压器200具有连接到或包括在多个绕线芯柱(205a、205b)中的不同绕线芯柱上的不同数量的电压系统中的绕组。

在一些实施例中，与在变压器的所有绕线芯柱上具有三级绕组的变压器相比，减小了连接到变压器的装备的短路电流。当在理想化条件下(即，供电电压系统的短路功率无限且变压器以外没有其他阻抗)考虑时，从三级电压系统输送的短路功率可以被认为与具有三级绕组的每个芯柱大致相同。结果，通过省略一个或多个绕线芯柱上的三级绕组，可以显著降低短路电流。例如，在一个绕线芯柱上而不是在两个绕线芯柱上提供三级绕组可以将短路电流减少高达约50％。

变压器阻抗可以是最大阻抗或主阻抗，但也会有其他阻抗。在较少的绕线芯柱具有三级绕组的情况下，对三级绕组的短路阻抗可能会增加，这反过来又大大减少了短路电流。

在一些情况下，短路电流可以与多个绕线芯柱中其上没有形成三级同心绕组的芯柱的数量成比例地减小；然而，比例是近似的。例如，对于具有两个绕线芯柱且其中的一个芯柱具有三级绕组的变压器，短路电流可以减少高达约1/2。作为另一个示例，对于具有三个绕线芯柱且其中的一个芯柱具有三级绕组的变压器，短路电流可以减少高达约2/3。如上所述，由于阻抗的原因，减小是近似的，即在约10％、或约15％、或约20％、或高于20％的范围内。在一些情况下，短路电流的减少可能不直接(近似地)与多个绕线芯柱中没有在其上形成三级同心绕组的芯柱的数量成比例。然而，在任何情况下，在根据本公开的在少于所有绕线芯柱的芯柱上具有三级绕组的变压器中，连接到该变压器的装备的短路电流都将减小(与在其所有绕线芯柱上具有三次绕组的变压器相比)。

返回参考图2，变压器200的第二绕线芯柱205b缺少三级绕组。因此，在变压器200中，三级同心绕组206仅形成在多个绕线芯柱205a、205b中的第一绕线芯柱205a上，使得少于多个芯柱205a、205b中的所有芯柱的芯柱具有三级绕组。

类似于变压器200的变压器，或者根据本公开的各方面配置的类似变压器，可以用于高功率系统中，例如，用于高压直流(HVDC)技术应用中的系统中。HVDC可以基于线路换流器(LCC)和/或电压源转换器(VSC)技术。这样的系统可以包括一个或多个电压系统，这些电压系统具有比包括在更大系统中的其他电压系统更低的功率要求。根据本公开，在少于所有绕线芯柱的芯柱(例如，在图2的示例中的一个芯柱)上形成三级绕组可以提供各种优点。例如，可以减少在低功率电压系统中可能很高的短路电流，这导致减少了对限流电抗器和/或其他装备的需要，或者减小了为高短路电流确定下游装备的尺寸。此外，减少变压器中的绕组总数可以节省成本。作为另一个优点，在制造中，由于可以减少在没有三级绕组的芯柱上的绕组的径向构造，因此可以减少芯体芯柱之间的距离，这进而导致降低的成本以及减少的材料和能量损失。作为进一步的优点，由于在没有三级绕组的一个或多个绕线芯柱上的短路力减小，根据本公开设计的变压器可以具有增加的可靠性和/或减少对在没有三级绕组的绕线芯柱上的机械支撑系统的要求。

在图2中，仅作为示例，变压器200被示出为具有第一绕线芯柱205a和第二绕线芯柱205b，因为变压器100可以具有三个、四个、或不止四个绕线芯柱。无论变压器的绕线芯柱的具体数量如何，只有少于所有的绕线芯柱的芯柱具有围绕它们形成的三级绕组。

图3示出了根据本公开的各方面的变压器300的另一示例，其中，变压器300具有包括三个绕线芯柱和两个外侧芯柱的多个绕线芯柱。如图3所示，变压器300具有芯体301，例如单相芯体，芯体301包括上磁轭303a和下磁轭303b以及由磁轭303b、303a支撑的三个绕线柱或芯柱305a、305b、305c。应当理解，三个绕线芯柱305a、305b、305c，在本文中分别被称为第一、第二、和第三芯柱，仅作为示例示出。变压器300还具有第一侧芯柱307a和第二侧芯柱307b。还应当理解，在根据本公开的变压器的一些配置中，变压器可以不具有侧芯柱。

在沿着芯体301的中心和由变压器300的绕组形成的圆柱体或圆柱结构的中心直径截取的垂直截面中示出了变压器300。变压器300可以是单相变压器。在一些实施例中，变压器300可以是三相变压器。例如，单相芯体301可以包括三个单相芯体，并且变压器300可以是通过连接三个单相芯体的绕组而构造的三相变压器。

如图3所示，第一、第二、和第三绕线芯柱305a、305b、305c具有围绕它们形成的相应的第一、第二、和第三圆柱体或圆柱结构310a、310b、310c。圆柱结构310a、310b、310c的纵轴C1、C2、和C3可以分别与第一、第二、和第三绕线芯柱305a、305b、305c的纵轴重合。

第一绕线芯柱305a具有形成在其上的初级绕组302、次级绕组304、三级绕组306、和调节绕组311，其中，绕组302、304、306、311形成圆柱结构310a。第二绕线芯柱305b具有形成在其上的初级绕组312、次级绕组314、和调节绕组321，其中，绕组312、314、321形成圆柱结构310b。类似于第二绕线芯柱305b，第三绕线芯柱305c具有形成在其上的初级绕组322、次级绕组324、和调节绕组331，其中，绕组322、324、331形成圆柱结构310c。因此，在变压器300中，第一、第二、和第三绕线芯柱305a、305b、305c中只有一个芯柱(例如，第一绕线芯柱305)具有同心地围绕其设置的三次绕组。第二和第三绕线芯柱305b、305c分别在其上形成不包括三级绕组的圆柱结构310b、310c。

在该示例中，三级绕组306被定位在次级绕组304和调节绕组311之间，它们一起被定位在第一绕线芯柱305a上。然而，在其他示例中，三级绕组306可以被定位在初级绕组302和调节绕组311之间。在其他示例中，三级绕组306相对于初级绕组302、次级绕组304、和调节绕组311可以是径向最内侧或最外侧的。绕组可以围绕相应的变压器芯柱以任何合适的同心布置定位。

在一些实施例中，如图3所示，调节绕组311与主绕组中的一个串联连接，并且连接的匝数可以(例如，使用抽头变换器)改变。这可以用于调节匝数，从而调节电压。三级绕组可以位于初级绕组或次级绕组与调节绕组之间。因此，如图3中的示例所示，三级绕组306可以位于次级绕组304和调节绕组311之间。需要注意的是，调节绕组可以以其他方式相对于其他绕组定位，这可能与图3所示的布置不同。此外，少于所有的绕线芯柱可以具有调节绕组，使得并非变压器的所有绕线芯柱除了其他绕组之外还将具有调节绕组。

图3中所示的变压器300的结构类似于图2的变压器200的结构，因此在此不进一步详细讨论变压器300。此外，变压器300具有仅形成在第一、第二、和第三绕线芯柱305a、305b、305c中的一个芯柱上的三级绕组306，提供了与图2的变压器200所提供的优点类似的优点。

图4示出了根据本公开的各方面的变压器400的另一示例。变压器400可以是单相变压器。在一些实施例中，变压器400可以是三相变压器。变压器400包括芯体401，例如单相芯体401，该芯体401包括上磁轭403a和下磁轭403b以及多个绕线芯柱，这些绕线芯柱包括由磁轭403a、403b支撑的第一和第二垂直绕线柱或芯柱405a、405b。应当理解，两个绕线芯柱405a、405b仅通过示例的方式示出，因为变压器200可以具有不止两个绕线芯柱。变压器400不包括侧芯柱。图4还示出了变压器400具有支撑元件409，其中以示例的方式示出了两个支撑元件。根据本公开的各方面，任何适当形状和尺寸的任何数量的支撑元件都可以用于该变压器或任何其他变压器中。

如图4所示，第一绕线芯柱405a和第二绕线芯柱405b具有围绕它们形成的相应的第一和第二圆柱体或圆柱结构410a、410b。第一圆柱结构410a和第二圆柱结构410b的纵轴D1、D2可以分别与第一绕线芯柱405a和第二绕线芯柱405b的纵轴重合。

在该示例中右侧所示的第一绕线芯柱405a具有形成在其上的初级绕组402、次级绕组404、和三级绕组406，其中，绕组402、404、406形成第一圆柱结构410a。在该示例中左侧所示的第二绕线芯柱405b具有设置在其上的初级绕组412和次级绕组414，它们一起形成第二圆柱结构410b。第二绕线芯柱405b缺少三级绕组。如在图2和图3的示例中那样，将三级绕组放置在少于所有(在该示例中为一个)绕线芯柱的芯柱上可以提供上文所讨论的各种优点。在一些情况下，不包括三级绕组的圆柱结构的总体积可能小于这种绕组的总体积。如图4所示，由于仅第一圆柱结构410a具有三级绕组406，第一圆柱结构410a和第二圆柱结构410b的中心之间的距离d可以减小。这允许减小变压器的总体尺寸。绕组数量的减少还导致变压器的重量更小，从而降低了制造和(由于重量的)运输成本。

作为另一个优点，在制造中，在某些情况下，可以减少芯体芯柱之间的距离，因为可以减少在没有三级绕组的芯柱上的绕组的径向构造，这进而又额外地降低了成本并减少了材料和能量损失。作为进一步的优点，由于减少了短路力和一个或多个没有三级绕组的绕线芯柱，根据本公开设计的变压器可以具有增加的可靠性和/或减少对没有三级线圈的绕线芯柱上的机械支撑系统的要求。

如上所述，根据本公开的方面的包括至少一个单相芯体的变压器可以具有两个绕线芯柱和两个侧芯柱，例如，如图2的示例中所示。如图4的示例所示，变压器可以替代地具有两个绕线芯柱而没有侧芯柱。如图3的示例所示，变压器可以替代地具有三个绕线芯柱和两个侧芯柱。其他变压器配置也是可能的。此外，应当理解，根据本公开的各方面的变压器包括各种其他部件，例如，套管、绝缘、变压器油、冷却布置、保护继电器等，为了简洁起见，这些部件在本文中未示出。变压器可以设置在外壳内，例如也未示出的储罐。无论其具体结构如何，根据本公开的各方面的变压器允许减少短路电流并且允许通过减小尺寸和重量以及提高可制造性和可运输性来降低成本。

应当理解，图1至图4中所示的变压器及其部件不是按比例绘制的，并且图1至4中的部件的任何比例仅用于说明目的。

根据本公开的各方面的变压器，例如，图2的变压器200或本文所述的变压器300(图3)和400(图4)，被配置为使得本公开的各方面提供了一种用于减少由包括单相芯体的变压器生成的短路电流的方法，该单相芯体包括多个绕线芯柱。该方法包括：在变压器的多个绕线芯柱的每个芯柱上形成初级和次级同心绕组，以及在多个绕线芯柱中的至少一个绕线芯柱上形成与初级绕组和次级绕组同心的三级同心绕组，使得少于多个绕线芯柱中的所有芯柱的芯柱具有三级绕组。

在一些实施例中，具有形成在其上的三级绕组的至少一个芯柱是一个，例如，单个芯柱。在变压器包括不止一个(例如，三个)单相芯体并且芯体的绕组被连接以形成三相变压器的实施例中，具有形成在其上的三级绕组的至少一个芯柱可以是每相一个芯柱。一起用于构成三相变压器的每个单相芯体可以具有至少一个(但少于所有)芯柱(例如，一个芯柱)具有在其周围布置的三级绕组。因此，根据本公开的各方面的变压器可以被认为是每相具有一个在其上形成有三级线圈的芯柱且。因此，三相变压器可以具有三个芯柱(每相一个芯柱)且每个芯柱上形成有三级绕组。在一些实施例中，具有形成在其上的三级绕组的至少一个芯柱包括不止一个(例如，两个或更多个)绕线芯柱，少于多个绕线芯柱的所有芯柱。两个或更多个但少于所有的芯柱可以是每相的芯柱，使得由三个单相芯体构成且每个单相芯体具有两个或更多个这样的芯柱的三相变压器将具有六个或更多个其上形成有相应的三级绕组的芯柱(这些芯柱少于所有芯柱)。

变压器可以具有平行于多个绕线芯柱中的芯柱形成的侧芯柱，这些侧芯柱周围没有形成绕组。

在可以实现用于减少由变压器生成的短路电流的方法的变压器中，初级绕组和次级绕组可以具有比三级绕组更高的额定功率。形成在多个绕线芯柱中的至少一个芯柱上的三级同心绕组可以是比初级绕组和次级绕组更低电压的绕组。

在变压器中，形成在多个绕线芯柱中的至少一个芯柱上的三级同心绕组相对于形成在具有三级同心线圈的至少一个芯柱上的初级和次级同心绕组可以是径向最外侧的。在一些情况下，形成在多个绕线芯柱中的至少一个芯柱上的三级同心绕组相对于形成在具有三级同心线圈的至少一个芯柱上的初级和刺激同心绕组可以是径向最内侧的。

在一些实施方式中，附加地或替代地，变压器可以包括调节绕组。三级绕组可以位于调节绕组与初级绕组或次级绕组之间。在一些实施方式中，形成在多个绕线芯柱中的至少一个芯柱上的三级同心绕组可以在具有调节绕组的变压器中最外侧或最内侧。

变压器中的多个绕线芯柱可以包括两个绕线芯柱。

在一些实施方式中，单相芯体还包括平行于多个绕线芯柱中的芯柱形成的侧芯柱，这些侧芯柱周围没有形成绕组。

在本公开的各方面中，变压器具有表示在多个芯柱的不同绕线芯柱上的不同数量的电压系统。换言之，变压器具有连接到或包括在不同绕线芯柱上的不同数量的电压系统中的绕组。例如，一些但少于全部的绕线芯柱可以包括初级绕组、次级绕组、和三级绕组，而一个或多个绕线芯柱可以包括初级绕组和次级绕组但不包括三级绕组。变压器还可以在一些或所有绕线芯柱上包括调节绕组。

变压器可以是单相变压器。在变压器是单相变压器的情况下，变压器的单相芯体(其绕组围绕其芯柱布置)可以称为变压器。在一些实施方式中，变压器的至少一个单相芯体包括三个单相芯体，使得变压器可以是通过连接三个单相芯体的绕组而构造的三相变压器。

在根据本公开的各方面的方法中，与其所有绕线芯柱上具有三级绕组的变压器相比，可以减小连接到变压器的装备的短路电流。例如，在一些情况下，在包括两个绕线芯柱且除了其他绕组之外只有其中一个绕组具有三级绕组的变压器中，短路电流可以减少多达约一半(1/2)。

在本发明概念的各种实施例的以上描述中，应当理解，此处使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本发明概念。除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明概念所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，术语，例如在常用词典中定义的术语，应被解释为具有与其在本说明书和相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确定义，否则将不会被解释为理想化或过于正式的意义。

如本文所使用的，“大约”将被本领域普通技术人员理解，并且将在一定程度上根据其使用的上下文而变化。如果该术语的使用对本领域普通技术人员来说是不清楚的，考虑到其使用的上下文，“大约”将意味着该特定术语的正负10％。

在本公开的描述中，应当理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上部”、“下部”、“前部”、“后部”、“左侧”、“右侧”、“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“内部”、“外部”等指示基于附图中所示的定向或位置关系，并且仅用于描述本公开的方便和描述的简单性，而不指示或暗示所引用的设备或元件必须具有特定定向、以特定定向构造和操作，因此不应被解释为限制本公开。

如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”、和“该”也应包括复数形式。为了简洁和/或清晰，可以不详细描述公知的功能或构造。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述各种元件/操作，但是这些元件/操作不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件/操作与另一元件/操作。因此，在不偏离本发明概念的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件/操作可以在其他实施例中被称为第二元件/操作。在整个说明书中，相同的参考数字或相同的参考标号表示相同或相似的元件。

此外，如本文中所使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涵盖”或其变体是开放的，并且包括一个或多个所述特征、整数、元件、步骤、组件、或功能，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、元件、步骤、组件、或功能或它们的组合。此外，如本文所使用的，源自拉丁短语“例如”的通用缩写“e.g.”可用于介绍或指定前面提到的项目的一个或多个一般示例，而不旨在限制此类项目。常见的缩写“即”源自拉丁短语“id est”，可用于指定更一般的引用中的特定项目。

在基本上不偏离本发明概念的原理的情况下，可以对实施例做出许多变化和修改。所有这样的变化和修改旨在包括在本发明概念的范围内。因此，上述公开的主题被认为是说明性的而不是限制性的，并且实施例的示例旨在覆盖落入本发明概念的精神和范围内的所有这样的修改、增强、和其他实施例。因此，在法律允许的最大程度上，本发明概念的范围将由包括实施例及其等同物的示例的本公开的最广泛的可允许解释来确定，并且不应受到前述详细描述的限制或限制。

Claims (16)

1.一种变压器(200)，包括：

单相芯体(201)，所述单相芯体包括：

多个绕线芯柱(205a、205b)；

初级(202、212)和次级(204、214)同心绕组，所述初级和次级同心绕组形成在所述多个绕线芯柱(205a、205b)中的每个芯柱(205a、205b)上；以及

三级同心绕组(206)，所述三级同心绕组与所述初级绕组和所述次级绕组同心，形成在所述多个绕线芯柱(205a、205b)中的至少一个芯柱(205a)上，使得少于所述多个绕线芯柱中的所有芯柱的芯柱具有三级绕组，其中，所述三级同心绕组(206)提供平衡和/或辅助功率。

2.根据权利要求1所述的变压器(200)，其中，其上形成有三级绕组的所述至少一个芯柱(205a)是一个芯柱。

3.根据权利要求1所述的变压器(200)，其中，其上形成有三级绕组(206)的所述至少一个芯柱(205a)是每相一个芯柱。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器(200)，其中，所述初级绕组和所述次级绕组具有比所述三级绕组(206)更高的额定功率。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的变压器(200)，其中，形成在所述多个绕线芯柱中的所述至少一个芯柱上的所述三级同心绕组(206)是比所述初级绕组和所述次级绕组更低电压的绕组。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的变压器(200)，其中，形成在所述多个绕线芯柱中的所述至少一个芯柱上的所述三级同心绕组(206)相对于形成在具有所述三级同心绕组的所述至少一个芯柱上的初级和次级同心绕组是径向最外侧的。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的变压器(200)，其中，形成在所述多个绕线芯柱中的所述至少一个芯柱上的所述三级同心绕组(206)相对于形成在具有所述三级同心绕组的所述至少一个芯柱上的初级和次级同心绕组是径向最内侧的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的变压器(200)，还包括调节绕组(311)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的变压器(200)，其中，所述多个绕线芯柱包括两个芯柱。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的变压器(200)，其中，所述单相芯体还包括与所述多个绕线芯柱(205a、205b)中的芯柱(205a、205b)平行形成的侧芯柱(207a、207b)，绕所述侧芯柱(207a、207b)没有形成绕组。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的变压器(200)，其中，所述变压器(200)具有连接到或包括在所述多个绕线芯柱(205a、205b)中的不同绕线芯柱上的不同数量的电压系统中的绕组(202、212、204、214、206)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的变压器(200)，其中，所述单相芯体包括一个单相芯体，并且其中，所述变压器(200)是单相变压器。

13.根据权利要求1至11中任一项所述的变压器(200)，其中，所述单相芯体包括三个单相芯体，并且其中，所述变压器是通过连接所述三个单相芯体的绕组而构造的三相变压器。

14.一种减少由变压器生成的短路电流的方法，所述变压器包括单相芯体，所述单相芯体包括多个绕线芯柱，所述方法包括：

在所述变压器的所述多个绕线芯柱中的每个芯柱上形成初级和次级同心绕组；以及

在所述多个绕线芯柱中的至少一个芯柱上形成与所述初级和次级绕组同心的三级同心绕组，使得少于所述多个绕线芯柱中的所有芯柱的芯柱具有三级绕组，其中，所述三级同心绕组提供平衡和/或辅助功率。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，其上形成有三级绕组的所述至少一个芯柱是每相一个芯柱。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述变压器还包括与所述多个绕线芯柱中的芯柱平行形成的侧芯柱，绕所述侧芯柱没有形成绕组。