CN105308695A - 变换器单元、特别是组合变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有壳体(2)的变换器单元(1)，壳体(2)具有模制于其上的空心圆柱体(2b)，空心圆柱体(2b)延伸到壳体(2)中，变换器单元具有非磁性环形芯(4)，其承载第一次级绕组(3)，第一次级绕组与空心圆柱体(2b)同心地放置在壳体底部(2a)上并且被嵌入固体材料(5)中，变换器单元具有磁性环形芯(8)，其承载第二次级绕组(7)，第二次级绕组与空心圆柱体(2b)同心地布置在非磁性环形芯(8)上方，以及变换器单元具有浇注材料(12)，壳体开口用浇注材料封闭。为了实现小型化的变换器单元，在第一和第二次级绕组(3,7)之间布置第一扁平间隔元件(6)，其中，其贴靠第一次级绕组(3)和第二次级绕组(7)。此外，向第二次级绕组(7)和壳体壁(2d)之间的空间填充电绝缘的颗粒(9)，并且浇注材料(12)至少延伸至在向着壳体开口的方向上位于上方的颗粒(9)。

Description

变换器单元、特别是组合变换器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的变换器单元、特别是组合变换器，其在共同的壳体中具有用于电流测量的变换器和用于电流供应的变换器。
背景技术
已知具有绕制在非磁性环形芯上的第一次级绕组和绕制在磁性环形芯(铁心)上的第二次级绕组的组合变换器。在此，两个次级绕组布置在共同的壳体中，该壳体具有罐形形状，该罐形形状具有在壳体底部上模制的通道空心圆柱体。在此，第一次级绕组用于电流测量(用于电流测量的变换器)，并且第二次级绕组用于电流供应(用于电流供应的变换器)，其中，将电导体引导穿过通道空心圆柱体和环形芯，并且形成变换器的初级绕组。磁性环形芯优选由软铁制成。
用于断路器的变流器必须具有高击穿强度，即较长的空气隙和爬电路径。为了进行所谓的浪涌测试或者EMV测试，特别地需要这些。
原则上，已知为了获得高击穿强度，将两个次级绕组嵌入浇注材料中，并且将绕组的接头线穿过浇注材料引导到外部。作为绝缘剂的浇注材料必须在工业应用中对应地得到认证。
特别地在用于断路器的变流器的情况下，现在经常要求它们必须不含硅，以避免在含硅的情况下在特定条件下出现析出(挥发)。
由此，作为浇注材料经常仅考虑特别是由两种成分构成的树脂、即环氧树脂。但是，其有如下缺点：在浇注材料化学聚合时，产生体积收缩，其与绕组上的压力相关联，当铁心由软铁制成时，这特别地使铁心的磁导率减小。
用于断路器的变流器还需要被设计用于大的工作温度范围(例如从-25℃至大约180℃)。部分地必须保证直至-40℃的贮存温度。实际上正是在180℃左右的较高温度的情况下，在为树脂的情况下出现浇注材料中的裂缝，这又形成不希望的爬电路径。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，实现一种特别紧凑(即小型化)的具有磁性和非磁性环形芯的变换器单元，其在相对大的温度范围上具有高击穿强度(高压强度)，在能量转换中具有高效率，并且能够无干扰地进行电流测量。
解决方案通过权利要求1的特征给出；从属权利要求是有利构造。
解决方案设置为，在所述第一次级绕组和所述第二次级绕组之间布置第一扁平间隔元件，其中，其以一个扁平侧贴靠所述第一次级绕组，并且以另一个扁平侧贴靠所述第二次级绕组；沿径向方向来看，所述第二次级绕组和所述壳体壁之间的空间填充有电绝缘的颗粒，至少直到所述第二次级绕组的顶部；并且所述浇注材料至少贴靠(至少延伸到)在向着所述壳体开口的方向上位于上方的颗粒。这里，(紧密地)贴靠颗粒和壳体壁意为像在粘合连接等的情况下的紧密的贴靠连接。此外，至少贴靠颗粒意为对应地贴靠位于上方的颗粒的表面的上部。
技术上简单的是，所述颗粒以颗粒层覆盖所述第二次级绕组的顶部，所述颗粒层的厚度取平均颗粒直径的多倍。
有利地提出了，所述颗粒从所述颗粒层的顶部开始，仅以直到平均颗粒直径的多倍的、小于所述颗粒层的厚度的深度嵌入所述浇注材料中。
当所述第二次级绕组的顶部被薄膜覆盖，并且所述浇注材料延伸直到a)所述薄膜的顶部，以及直到b)位于所述薄膜侧面的、在向着所述壳体开口的方向上位于上方并且基本上与所述薄膜位于一个平面内的颗粒时，所述变换器单元进一步更紧凑。
技术上有意义的是，位于所述薄膜侧面的、在向着所述壳体开口的方向上位于上方并且基本上与所述薄膜位于一个平面内的颗粒嵌入所述浇注材料中。
一个简单的实施例设置为，所述颗粒被构造为球形的。
电气上非常适合的球形的颗粒被构造为玻璃珠。
当第二扁平间隔元件以一个扁平侧贴靠所述薄膜，并且至少部分地覆盖所述薄膜时，能够使得制造非常简单。
附图说明
下面根据实施例详细描述本发明。其中：
图1示出了在上部的次级绕组上方具有颗粒层的变换器单元的截面图，
图2示出了在上部的次级绕组上方具有薄膜的根据图1的变换器单元，以及
图3示出了具有放置在薄膜上的孔盘元件的根据图2的变换器单元。
具体实施方式
图1示出了用于断路器(未示出)的变换器单元1(组合变流器)的示意性截面图，从变换器单元1向断路器供给电能和用于电流测量的信号。
变换器单元1具有由电绝缘合成材料制成的具有罐形形状的壳体2。在壳体底部2a上模制(通道)空心圆柱体2b(一般称为通道2c)，穿过该空心圆柱体2b延伸有作为变换器单元1的初级导体(初级绕组)的电流导体(未示出)。这里，合成材料例如具有大约20-30kV/mm的绝缘能力。
(第一)次级绕组3位于壳体底部2a上，与空心圆柱体2b同心地布置，并且绕制在非磁性环形芯4上(用于电流测量的罗高夫斯基变换器(Rogowskiwandler))。次级绕组3嵌入电绝缘的固体的合成材料5中。次级绕组3当然也可以是围绕环形芯4绕制的单层的环形线圈。
孔盘形式的扁平间隔元件6以其下表面紧挨着次级绕组3的上面，使得从上面看次级绕组3沿径向至少部分地被覆盖。在次级绕组3和间隔元件6之间没有合成材料5。在图1中，从上面看次级绕组3沿径向完全被覆盖。
绕制在磁性环形芯8上的另一个(第二)次级绕组7(用于能量供应的铁心变换器)位于间隔元件6的顶部。间隔元件6唯一地限定两个次级绕组3、7之间的间隔。这里，磁性环形芯8由软铁制成。绕组7当然也可以是单层地围绕环形芯8绕制的环形线圈。
次级绕组7在间隔元件6上方完全嵌入电绝缘的松散颗粒9中。在图1中，绕组7也在上方完全被颗粒9覆盖；覆盖部或颗粒层10这里具有厚度D。径向方向11上的嵌入基本上已经足够了。彼此邻接的颗粒9在图1中仅(右上方)示意性地示出。换句话说：这里，颗粒9填充次级绕组7旁边的区域和上方的(具有厚度D的)区域。
颗粒9是具有合适的直径分布(例如这里是高斯分布形式)的玻璃珠。但是，替换地，也可以是陶瓷粉末或者陶瓷颗粒，特别是具有300μm的平均颗粒大小的氧化铝(Al2O3)。原则上，也可以将硬化的树脂粉碎。
这里，颗粒层10的厚度D取平均颗粒直径的多倍。
向紧挨着颗粒层10的区域灌入浇注材料12。在此，浇注材料12紧密(密切)地贴靠壳体壁2d的内侧，并且至少还贴靠在向着壳体开口的方向上位于上方的颗粒9。
然而，从颗粒层10的顶部开始，颗粒9在图1中以甚至直到平均颗粒直径的多倍的深度T嵌入浇注材料12中，其中，深度T小于颗粒层10的厚度D。由此，浇注材料12几乎直到深度T地(围绕式地)贴靠颗粒9，而不仅仅相应地贴靠在朝着壳体开口的方向上位于上方(最上方)的颗粒9的顶部。
图2示出了一种替换的变换器单元1，其中，第二次级绕组7的顶部被薄膜13、而不是用颗粒层10覆盖。径向上位于更外部并且因此不被薄膜13覆盖的、在向着壳体开口的方向上位于上方的颗粒9在图2中大致与薄膜13位于一个平面中。现在，浇注材料12紧密(密切)地贴靠薄膜13的顶部，并且至少贴靠所述位于外部的、上面的颗粒9，因为薄膜13不到达壳体壁2d的内侧。
与薄膜13位于一个平面中的颗粒9同样可以经过平均颗粒直径的多倍地嵌入浇注材料12中，然而浇注材料12不到达第二次级绕组7。
在图2中在浇注材料12中经过平均颗粒直径的多倍地嵌入颗粒9。嵌入边界通过虚线14示意性地示出。
图3示出了平的孔盘元件15，其对应于间隔元件6并且平放在薄膜13上，并且沿径向至少部分地覆盖次级绕组7。在填充玻璃珠时，该孔盘元件15将次级绕组7保持在下方，即主要避免次级绕组7浮起。替换地，薄膜13也可以平放在间隔元件6上。
次级绕组7、3的接头线16、17穿过浇注材料12。
用于制造根据图1(以及对应的图2和3)的变换器单元1的方法包括以下步骤：
-将次级绕组3放入壳体4中，
-然后，将间隔元件6推到次级绕组3上，
-然后，填入合成材料5，其中，间隔元件6的顶部保持没有合成材料5，
-然后，将次级绕组7放入壳体4中，使得其支撑在间隔元件6的顶部，
-然后，填入颗粒9，使得次级绕组7在径向上并且在上方被颗粒9包围并且嵌入其中，以及
-然后，将向上开放的壳体4用浇注材料12浇注，其流动性确保仅直到为平均颗粒直径的多倍的深度T地将浇注材料12渗入颗粒层10中，其中，浇注借助真空浇注机进行，以避免空气夹杂。

Claims (9)

1.一种具有电绝缘的罐形形状的壳体(2)的变换器单元(1)，所述壳体在下部具有壳体底部(2a)和布置在壳体底部(2a)上的空心圆柱体(2b)，所述空心圆柱体(2b)向上延伸到所述壳体(2)的内部空间中，
所述变换器单元具有非磁性环形芯(4)，其承载第一次级绕组(3)，所述第一次级绕组与所述空心圆柱体(2b)同心地放置在所述壳体底部(2a)上并且所述第一次级绕组被嵌入固体材料(5)中，
所述变换器单元具有磁性环形芯(8)，其承载第二次级绕组(7)，所述第二次级绕组与所述空心圆柱体(2b)同心并且所述第二次级绕组布置在所述非磁性环形芯(8)上方，以及
所述变换器单元具有电绝缘的、起加工硬化作用的浇注材料(12)，壳体开口用所述浇注材料封闭，其中，所述浇注材料(12)以与壳体壁(2d)的内侧紧密连接的方式贴靠所述壳体壁(2d)，
其特征在于，
在所述第一次级绕组(3)和所述第二次级绕组(7)之间布置有第一扁平间隔元件(6)，其中，所述第一扁平间隔元件(6)以一个扁平侧贴靠所述第一次级绕组(3)，并且以另一个扁平侧贴靠所述第二次级绕组(7)，
沿径向方向来看，所述第二次级绕组(7)和所述壳体壁(2d)之间的空间填充有电绝缘的颗粒(9)，至少直到所述第二次级绕组(7)的顶部，并且所述浇注材料(12)延伸至少直至在向着所述壳体开口的方向上位于上方的所述颗粒(9)。
2.根据权利要求1所述的变换器单元(1)，
其特征在于，
所述颗粒(9)用颗粒层(10)覆盖所述第二次级绕组(7)的顶部，所述颗粒层(10)的厚度(D)取平均颗粒直径的多倍。
3.根据权利要求2所述的变换器单元(1)，
其特征在于，
所述颗粒(9)从所述颗粒层(10)的顶部开始，以直到平均颗粒直径的多倍的深度(T)嵌入所述浇注材料(12)中，其中，所述深度(T)小于所述颗粒层(10)的厚度(D)。
4.根据权利要求1所述的变换器单元(1)，
其特征在于，
所述第二次级绕组(7)的顶部被薄膜(13)覆盖，并且所述浇注材料(12)贴靠a)所述薄膜(13)的顶部，以及贴靠b)位于所述薄膜(13)侧面的、在向着所述壳体开口的方向上位于上方并且与所述薄膜(13)位于一个平面内的颗粒(9)。
5.根据权利要求4所述的变换器单元(1)，
其特征在于，
位于所述薄膜(13)侧面的、在向着所述壳体开口的方向上位于上方并且与所述薄膜(13)位于一个平面内的颗粒(9)嵌入所述浇注材料(12)中。
6.根据权利要求5所述的变换器单元(1)，
其特征在于，
所述嵌入不延伸到所述第二次级绕组(7)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的变换器单元(1)，
其特征在于，
所述颗粒(9)被构造为球形的。
8.根据权利要求7所述的变换器单元(1)，
其特征在于，
所述颗粒(9)被构造为玻璃珠。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的变换器单元(1)，
其特征在于，
第二扁平孔盘元件(15)以一个扁平侧贴靠所述薄膜(13)，并且至少部分地覆盖所述薄膜(13)。
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