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Transformator Die Erfindung betrifft einen Transformator und besteht darin, dass wenigstens eine Windung der Wicklung mittels eines hohlen Leiters gebildet ist, dessen Hohlraum dazu bestimmt ist, von einem Kühlmittel durchströmt zu werden.
Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine mittels eines hohlen Leiters gebildete Windung der Wicklung eines Transformators. Fig.2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-11 in Fig. 1.
Fig.3 zeigt, teilweise im Schnitt, eine Draufsicht auf einen Manteltransformator, dessen Sekundärwicklung aus vier im wesentlichen nach Fig. 1 und 2 ausgeführten, parallel geschalteten Windungen besteht.
Fig.4 zeigt eine teilweise Draufsicht auf eine andere Ausführungsform einer mittels eines hohlen Leiters gebildeten Windung.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4.
Fig. 6 und 7 zeigen je einen Querschnitt durch weitere Ausführungsformen des hohlen Leiters.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Windung weist zwei Metallplatten 1 und 2 auf, deren jede die Form eines offenen Rahmens hat. Die Metallplatten 1 und 2 sind an ihrem äusseren und inneren Umfang mittels metallischer Distanzstücke 3 im Abstand voneinander gehalten. Dabei sind sowohl die Distanzstücke 3 mit den Platten 1 und 2 als auch die aneinander angrenzenden Distanzstücke miteinander dicht verlötet. Auf diese Weise ist ein schleifenför- miger hohler Leiter gebildet. Der Querschnitt desselben hat die Form eines relativ langgestreckten Rechtecks.
An jedem der beiden Enden der Windung mündet in den Hohlraum ein metallisches Anschluss- rohr 4, welches in eine Bohrung der Platte 1 eingelötet ist. Das eine dieser Rohre 4 dient zur Zuleitung und das andere zur Ableitung des Kühlmittels. Als Kühlmittel ist ein Gas (z. B. Luft) oder eine Flüssigkeit (z. B. Wasser oder öl) durch den Hohlraum zu leiten.
Die äussersten Enden der Windung sind massiv und haben je eine durchgehende Bohrung 5 zur Aufnahme eines Bolzens für die Verbindung mit einer anderen Windung oder für den Anschluss einer Leitung.
7e nach den gewünschten Anschlussmöglichkeiten für die Kühlmittelzu- und -ableitung kann auch eine andere als die in Fig. 1 und 2 gezeigte Anordnung der Anschlussrohre 4 Verwendung finden. Beispielsweise kann an einem Ende der Windung ein Anschlussrohr in die Platte 1 und am anderen Ende der Windung ein zweites Anschlussrohr in die Platte 2 eingesetzt sein, wenn mehrere nebeneünander angeordnete Windungen in Serie an die Kühlmittellei- tungen angeschlossen werden sollen.
Oder es können sowohl die Platte 1 als auch die Platte 2 an jedem Ende der Windung ein Anschlussrohr aufweisen, wenn mehrere nebeneinander angeordnete Windungen parallel zueinander an die Kühlmittelleitung angeschlossen werden sollen.
Bei dem in Fig.3 dargestellten Manteltransformator bezeichnen 6 den Transformatorkern und 7 die Primärwicklung. Die Sekundärwicklung besteht aus vier elektrisch parallel geschalteten Windungen, deren jede im wesentlichen nach Fig. 1 und 2 aufgebaut ist.
Die einander entsprechenden Enden der Sekun- därwindungen sind aufeinander geschichtet und mittels Bolzen 8, welche durch die Bohrungen 5 hin-
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durchgeführt sind, und Muttern 9 mit Unterlagschei- ben 10 zusammengehalten. Zwischen die einander entsprechenden Enden benachbarter Windungen eingefügte Zwischenlagen 11 dienen dazu, die vier elektrisch parallel geschalteten Sekundärwindungen in gleichmässigem Abstand über die axiale Länge der Wicklung verteilt zu halten.
Ausserdem ist mit jeder Reihe einander entsprechender Enden der Sekundärwindungen ein Anschlussstück 12 einer Anschluss- leiteng zusammengeklemmt, die aus einem geflochtenen Leiterband 13 besteht, von welchem nur ein Teil in Fig. 3 dargestellt ist.
Die Enden der Hohlräume der Sekundärwindungen sind mittels Anschluss- bzw. Verbindungsrohren so miteinander verbunden, dass die Hohlräume im Betrieb parallel zueinander vom Kühlmittel durchströmt werden. (Die entsprechenden Verbindungen sind in Fig. 3 nicht dargestellt.) Zu diesem Zwecke kommunizieren die Hohlräume aller Sekundärwindungen an einander entsprechenden Enden miteinander und es ist beispielsweise die Kühlmittelzuleitung an den Hohlraum am in der Zeichnung linken Ende der obersten Windung und die Kühlmittelableitung am rechten Ende der untersten Windung anzuschliessen.
Die Primärwicklung und die aus den Platten 1, 2 und Distanzstücken 3 bestehenden Sekundärwindungen ohne deren Enden sind in einem aus Ver- gussmasse bestehenden Körper 14 eingebettet.
Wenn die Vergussmasse widerstandsfähig gegen- über dem Kühlmittel ist, und auch den hohlen Teil der Windungsenden der Sekundärwindungen umschliesst, führt die Einbettung auch zu einem zusätzlichen, allseitig dichten Abschluss des Hohlraumes der Sekundärwindungen. Es ist dann nicht erforderlich, dass die Platten 1, 2 und die Distanzstücke 3 zuverlässig dicht verlötet sind, und es genügt ein so dichtes Verlöten,
dass die Vergussmasse beim Einbettungsvorgang nicht in unerwünschter Weise in den Hohlraum der Windungen eindringt. Ausserdem sind nachträglich auftretende undichte Stellen der Lötverbindung zwischen den Platten 1, 2 und den Distanzstücken 3 nicht nachteilig, weil die Ver- gussmasse eine zusätzliche Dichtung sicherstellt.
Um die Kühlung der Primärwicklung zu verbessern, können deren Windungen abweichend von der in Fig.3 dargestellten Anordnung zwischen den Sekundärwindungen verteilt angeordnet sein (sogenannte Verschachtelung), wodurch auch eine festere Kopplung erzielt wird.
Bei dem Transformator nach Fig.3 können die Kühlmittelleitungen zwischen den einzelnen Sekundärwindungen aus Metallrohren bestehen, und es ist nur ein isolierendes Zwischenstück in der Kühlmit- telzu- oder -ableitung erforderlich. Sind die mittels eines hohlen Leiters gebildeten Windungen jedoch elektrisch in Serie geschaltet, so müssen die Kühlmittelleitungen zwischen den einzelnen Sekundärwindungen aus elektrisch isolierendem, beispielsweise aus Kunststoff bestehendem, Rohr oder Schlauch ange- fertigt sein, wenn die Hohlräume dieser Windungen parallel zueinander im Strömungsweg des Kühlmittels liegen.
Die aus einem hohlen Leiter gebildete Windung kann auch aus Rohrstücken bestehen, die auf Gehrung zusammengesetzt sind. Ein Beispiel einer solchen Ausführungsform ist in Fig.4 in der Draufsicht und in Fig. 5 im Querschnitt gezeigt.
Bei einer anderen Ausführungsform der aus einem hohlen Leiter gebildeten Windung ist diese im wesentlichen aus zwei Teilen zusammengesetzt. Jeder dieser Teile hat die Form eines offenen Rahmens mit U-förmigem Profil. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch einen solchen hohlen Leiter. Auch kann gemäss einem weiteren Beispiel der eine Rahmen U-förmiges Profil haben und der andere flach sein. Ein Querschnitt eines derartigen Leiters ist in Fig. 7 gezeigt.
Die grössere Abmessung des Querschnitts des hohlen Leiters kann statt wie in Fig. 2 und 5 gezeichnet parallel zur Windungsebene auch senkrecht zur Windungsebene verlaufen.
Bei dem oben beschriebenen Transformator wird eine besonders wirksame Kühlung erzielt, weil der gesamte innere Umfang des Querschnittes des hohlen Leiters Kontakt mit dem Kühlmittel hat, wobei dieser Umfang bedeutend grösser ist als der Umfang eines massiven Leiters gleichen Querschnitts. Der flache Querschnitt des Hohlraumes hat ebenfalls einen relativ grossen Umfang, so dass das Kühlmittel im wesentlichen mit seinem ganzen Strömungsquerschnitt zur Kühlung wirksam ist.
Dadurch sind die Kühlverhältnisse bedeutend günstiger als beispielsweise bei den bekannten Transformatoren, bei denen auf den Leiter der Windungen, insbesondere auf einen bandförmigen Leiter ein Rohr aufgelötet ist, durch welches das Kühlmittel strömt, oder bei den Transformatoren, deren Wicklung sich in einem Ölbad befindet.
Infolge der wirksamen Kühlung des an Hand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Transformators genügt es, wenn ein Kühlmittel verwendet wird, welches annähernd Raumtemperatur und damit den Vorteil hat, nicht zur Bildung von Kondenswasser an Apparaten und Leitungen zu führen.
Die mittels eines hohlen Leiters gebildeten Transformatoren-Windungen haben auch den Vorteil, bei gegebenem Querschnitt des Leitermaterials einen minimalen, nicht durch Skineffekt erhöhten Wirkwiderstand zu haben.
Der an Hand der Fig. 1 bis 6 beschriebene Transformator eignet sich insbesondere für grosse Stromstärken in den mittels eines hohlen Leiters gebildeten Windungen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet dieses Transformators sind daher beispielsweise Widerstands-Schweissmaschinen.
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Transformer The invention relates to a transformer and consists in that at least one turn of the winding is formed by means of a hollow conductor, the cavity of which is intended for a coolant to flow through it.
The subject of the invention is shown in the drawing, for example.
1 shows a plan view of a turn of the winding of a transformer formed by means of a hollow conductor. FIG. 2 shows a section along the line II-11 in FIG. 1.
FIG. 3 shows, partially in section, a plan view of a jacket transformer, the secondary winding of which consists of four parallel-connected windings, essentially constructed according to FIGS. 1 and 2.
FIG. 4 shows a partial plan view of another embodiment of a turn formed by means of a hollow conductor.
FIG. 5 shows a section along the line V-V in FIG. 4.
6 and 7 each show a cross section through further embodiments of the hollow conductor.
The turn shown in Figs. 1 and 2 comprises two metal plates 1 and 2, each of which has the shape of an open frame. The metal plates 1 and 2 are held at their outer and inner circumference by means of metallic spacers 3 at a distance from one another. Both the spacers 3 with the plates 1 and 2 and the spacers adjacent to one another are soldered together tightly. In this way, a loop-shaped hollow conductor is formed. The cross section of the same has the shape of a relatively elongated rectangle.
At each of the two ends of the winding, a metallic connecting pipe 4 which is soldered into a bore in the plate 1 opens into the cavity. One of these tubes 4 is used for supplying and the other for discharging the coolant. A gas (e.g. air) or a liquid (e.g. water or oil) must be passed through the cavity as a coolant.
The outermost ends of the turn are solid and each have a through hole 5 for receiving a bolt for connecting to another turn or for connecting a line.
7e, depending on the desired connection options for the coolant supply and discharge, an arrangement of the connecting pipes 4 other than that shown in FIGS. 1 and 2 can also be used. For example, a connection pipe can be inserted into plate 1 at one end of the turn and a second connection pipe can be inserted into plate 2 at the other end of the turn if several turns arranged next to one another are to be connected in series to the coolant lines.
Or both the plate 1 and the plate 2 can have a connection pipe at each end of the turn if several turns arranged next to one another are to be connected to the coolant line in parallel to one another.
In the jacket transformer shown in Figure 3, 6 designates the transformer core and 7 the primary winding. The secondary winding consists of four turns electrically connected in parallel, each of which is constructed essentially according to FIGS.
The corresponding ends of the secondary turns are stacked on top of one another and by means of bolts 8 which pass through the bores 5.
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are carried out, and nuts 9 with washers 10 held together. Intermediate layers 11 inserted between the corresponding ends of adjacent turns are used to keep the four secondary turns connected electrically in parallel at a uniform distance over the axial length of the winding.
In addition, with each row of corresponding ends of the secondary turns, a connection piece 12 of a connection line is clamped together, which consists of a braided conductor strip 13, only a part of which is shown in FIG.
The ends of the cavities of the secondary windings are connected to one another by means of connecting or connecting pipes in such a way that the coolant flows through the cavities parallel to one another during operation. (The corresponding connections are not shown in Fig. 3.) For this purpose, the cavities of all secondary windings communicate with one another at corresponding ends and there is, for example, the coolant supply line to the cavity at the left end of the uppermost winding in the drawing and the coolant discharge line at the right end to be connected to the lowest turn.
The primary winding and the secondary windings consisting of the plates 1, 2 and spacers 3 without their ends are embedded in a body 14 made of potting compound.
If the casting compound is resistant to the coolant and also encloses the hollow part of the winding ends of the secondary windings, the embedding also leads to an additional, all-round sealing of the cavity of the secondary windings. It is then not necessary that the plates 1, 2 and the spacers 3 are reliably and tightly soldered, and soldering that is so tight is sufficient that
that the potting compound does not penetrate undesirably into the cavity of the turns during the embedding process. In addition, leaks in the soldered connection between the plates 1, 2 and the spacers 3 that occur subsequently are not disadvantageous because the potting compound ensures an additional seal.
In order to improve the cooling of the primary winding, its turns can be arranged distributed between the secondary turns (so-called nesting) in a way different from the arrangement shown in FIG.
In the case of the transformer according to FIG. 3, the coolant lines between the individual secondary windings can consist of metal pipes, and only one insulating intermediate piece is required in the coolant supply or discharge line. However, if the turns formed by means of a hollow conductor are electrically connected in series, the coolant lines between the individual secondary turns must be made of electrically insulating pipe or hose, for example made of plastic, if the cavities of these turns are parallel to each other in the flow path of the coolant lie.
The turn formed from a hollow conductor can also consist of pipe pieces that are mitred together. An example of such an embodiment is shown in FIG. 4 in plan view and in FIG. 5 in cross section.
In another embodiment of the turn formed from a hollow conductor, this is composed essentially of two parts. Each of these parts is in the form of an open frame with a U-shaped profile. Fig. 6 shows a cross section through such a hollow conductor. According to a further example, one frame can also have a U-shaped profile and the other can be flat. A cross section of such a conductor is shown in FIG.
The larger dimension of the cross section of the hollow conductor can, instead of being parallel to the winding plane as shown in FIGS. 2 and 5, also run perpendicular to the winding plane.
In the transformer described above, particularly effective cooling is achieved because the entire inner circumference of the cross section of the hollow conductor is in contact with the coolant, this circumference being significantly greater than the circumference of a solid conductor of the same cross section. The flat cross-section of the cavity also has a relatively large circumference, so that the coolant is essentially effective for cooling with its entire flow cross-section.
As a result, the cooling conditions are significantly more favorable than, for example, in the known transformers in which a tube through which the coolant flows is soldered to the conductor of the windings, in particular on a strip-shaped conductor, or in the case of the transformers whose winding is in an oil bath.
As a result of the effective cooling of the transformer described with reference to FIGS. 1 to 3, it is sufficient if a coolant is used which is approximately room temperature and thus has the advantage that it does not lead to the formation of condensation on apparatus and lines.
The transformer turns formed by means of a hollow conductor also have the advantage of having a minimal effective resistance that is not increased by the skin effect for a given cross-section of the conductor material.
The transformer described with reference to FIGS. 1 to 6 is particularly suitable for large currents in the turns formed by means of a hollow conductor. Resistance welding machines, for example, are therefore a preferred field of application for this transformer.