CN107851504B - 具有超导绕组的变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器，其带有至少一个第一变压单元，所述第一变压单元具有初级绕组和次级绕组。两个绕组分别具有至少一个高温超导的导体。两个绕组分别多匝地围绕对于两个绕组共同的第一环形基础结构这样缠绕，使得两个绕组在所述环形基础结构的圆周的被共同缠绕的主要部分上延伸。

Description

具有超导绕组的变压器

本发明涉及一种带有至少一个变压单元的变压器，所述变压单元具有初级绕组和次级绕组。

大多数常规变压器基于围绕软磁芯布置的电绕组，其中，所述芯通常是由相对彼此电绝缘的铁片构造的。这种变压器具有至少一个初级绕组和次级绕组，初级绕组和次级绕组通过共同的软磁芯感应地耦合。电相的两个绕组大多共同围绕这种芯的不同节段布置。两个绕组的导体材料原则上既可以是正常导电也可以是超导的。

这些具有软磁芯的常规变压器具有不同缺点：

-在绕组内部的最大可用磁场被软磁性的材料的饱和磁场限制。对于铁芯，最大可用磁场一般在1.4T至2T之间。

-软磁芯的材料占这种变压器的很大一部分重量和成本。而对于移动应用、尤其海上应用来说，变压器重量的明显降低正好是需要的。

-常规变压器的杂散场相当大，这一方面会导致电损耗，另一方面会导致电磁兼容性方面的问题。

带有超导绕组的变压器不必强制性配备软磁芯。由于超导的特性，大电流可以在绕组中近似没有欧姆式损耗地流动，并且原则上在没有铁芯的情况下也可以产生非常高的磁场，而不会出现饱和效应。至少，超导的变压器可以用减少的量的软磁材料构造。因此可以避免或减弱上述缺点中的至少头两个。然而，已知的带有超导绕组的变压器具有与其结构相关的其他缺点或困难：

-在带有软磁芯的设计方案中，所述芯同样会布置在随超导体一同冷却至低温的区域中。在这种情况下，在寒冷区域中发生磁滞损耗，这使得该损耗相比于相应的暖芯的交变磁化而增加，因为芯的电阻下降并且更高的感应电流流动。此外，由于这些磁滞损耗发生在寒冷区域中，因此冷却耗费增加。

-备选地，软磁芯可以布置在待冷却的区域之外。然而，围绕超导绕组的低温恒温器的结构显然更复杂，因为首先需要带有用于芯的凹部的环形的低温恒温器，其次，至少在芯和线圈绕组之间的区域中的低温恒温器壁应尽可能地由不能导电的材料构成，以避免由涡流引起的额外的电损耗。在其他区域中，低温恒温器壁也应该或者尽可能地由不导电的材料构成，或者低温恒温器壁应该远离绕组地布置，以使电损耗最小化。备选地，导电的低温恒温器壁也可以在局部区域中由绝缘材料中断，以抑制环形闭合的电流流动。但是这种结构在制造技术上是相对费事的。

已知的低温超导的变压器中，初级绕组和次级绕组分别被分为多个相互串联连接的子绕组，这些子绕组交替相继地围绕环形基础结构缠绕地布置。例如H.Hirczy在文献“Archiv für Elektrotechnik 55(1972)第1-9页中描述了这种变压器。这种多次相互嵌套的布置使得在单个绕组部分之间的磁通密度不会变得太高，并且因而可以把在单个的超导导体部分中的交流电损耗保持得很低。对于带有低温超导的导体材料的变压器，这样的布置是必要的，因为在无铁(芯)变压器中，在其他条件相同的情况下由于导磁率很低，所以必须配设高很多的绕组数。然而，这与单个的、未径向细分的初级和次级绕组相比导致明显更复杂的结构，这种结构的绕组耗费、触点耗费升高，并且更易出故障。

因此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种克服上述缺点的变压器。尤其应提供一种可以尽可能简单地制造的和/或具有尽可能小的重量的变压器。

所述技术问题通过权利要求1中描述的变压器解决。根据本发明的变压器具有至少一个带有初级绕组和次级绕组的第一变压单元。两个绕组分别具有至少一个高温超导的导体。两个绕组分别多匝地围绕对于两个绕组共同的第一环形基础结构这样缠绕，使得两个绕组在所述环形基础结构的圆周的被共同缠绕的主要部分上延伸。

所述环形基础结构在此应理解为这样的结构，所述结构或者呈现为在圆周上完全闭合的环，或者呈现为在圆周的确定位置处开口的环。在此，所述环的两个端部例如可以轴向相对彼此错移。换句话说，所述绕组围绕共同的环形的基体布置。变压器的两个绕组在此不是布置在环形的基体的不同节段上，而是布置在对于两个绕组共同的圆周区域中。尤其地，两个绕组的其中一个绕组在所述共同的圆周区域中完全包围另一个绕组。

根据本发明的变压器的显著优点是，通过使用高温超导的导体材料实现简单的嵌套。因此与现有技术相反的是，初级和次级绕组在此不必分为单个的、深入彼此嵌套的子绕组，以便在高电流和高匝数情况下实现可接受的交流电损耗程度。这决定于高温超导体的材料性质，因为对于高温超导体来说相对于低温超导体不同的是临界磁场相对较高。额外地，对于高温超导体来说用于冷却的技术耗费更低，并且因而可以在冷环境中容许比在低温超导体情况下更高的损耗。由于高温超导体相对较高的比热容，所以也可以容许更高的局部功率损耗密度。这尤其适用于当高温超导绕组在明显低于其转变温度的工作温度下运行时，例如在低于转变温度多于10K的情况下。

本发明的有利设计方案和改进设计方案从权利要求1的从属权利要求和下面的说明中得到。

因此，对于所述至少一个变压单元，一个绕组的所有相互串联地电连接的匝可以在圆周的整个被共同缠绕的部分上径向地包围另一个绕组的所有相互串联地电连接的匝。换言之，要么初级绕组在环的整个决定性的圆周区域上完全径向地包围次级绕组，要么次级绕组在环的整个决定性的圆周区域上完全径向地包围初级绕组。术语“径向”在此一般不应被理解为作为整体的沿环的半径的方向，而应被理解为相对于环的横截面的局部中心的径向方向。一个绕组“径向地包围”另一个的表述意味着所述绕组在每个上述横截面中都被布置在另一个之外。

除了在独立权利要求中所述的两个绕组之外也就不存在其他的子绕组，所述子绕组与上述两个绕组串联式电连接，并且与相应的其他绕组类型交替地彼此嵌套，如按照现有技术对于低温超导的变压器需要的那样。

两个绕组的内部在第一环形基础结构的圆周的主要部分上可以不具有软磁芯。尤其地，环形基础结构的被共同缠绕的圆周区域可以基本上不具有这种软磁芯。与带有正常导电绕组的常规变压器相比，这样的变压器可以以相对较低的重量构造。因此所述变压器可以特别有利地在移动应用中使用，例如对于海上应用或在航空中。无芯或少芯的设计方案的进一步的优点是，在变压器的首次磁化时的淬火(quenchen)风险、即超导失效的风险被降低。也就是说在带有软磁芯的传统超导变压器中，在芯的首次磁化时由于绕组的欧姆电阻很低而出现很大的电流(所谓的Rush-In-Currents)，这会导致这样的失效。在不带有软磁芯的实施方式中，在绕组的主要部分中所述风险显著降低。

第一环形基础结构可以有利地呈现为开口环，在所述开口环的两个端部区域之间存在轴向错移。换句话说，所述基础结构可以与螺旋结构的单个的圈一致。绕组布置在共同的环形基础结构上的一般性优点是，磁通可以在环的圆周上闭合，并且在所述环的外部仅存在很低的杂散磁场。在具有开口环的特殊实施例中，这样的杂散磁场在开口的区域中比在环的其余区域中更强。这使得由该杂散场引起的损耗会比在环完全闭合情况下的稍高。然而从带有轴向错移的打开式的结构得到的优点在于，通过在开口处升高的杂散场可以进行所述第一变压单元向另外的、轴向相邻的变压单元上的期望的磁耦合。例如在多相交流电网的多个相之间期望这种耦合，以便在负载不平衡的情况下、在单相负载的情况下、在短路情况下或上级电网中的其他故障的情况下防止单个相的发散或者单个相的隔离的中断。因此应在单个相之间构成磁平衡。例如在以星形-星形-连接的传统三相变压器中，相的这种磁耦合通过附加的补偿绕组实现。

在带有轴向错移的第一环形基础结构的一种实施方式中，所述错移可以小于所述环形基础结构的直径。有利地，所述错移可以这样得小，即磁通可以由上级环结构尽可能地闭合，并且在环开口的区域中的杂散场比较小，使得由杂散场引起的损耗也可以保持得小。在非圆形的环结构中，上述直径相应理解为环的平均的侧向外部尺寸。

有利地，在带有开口环结构的实施方式中，可以仅在所述结构的端部区域中布置处于两个绕组内部中的软磁芯。换句话说，环形基础结构的圆周的剩余部分可以不具有软磁芯，并且这种芯可以仅存在于开口的区域中，以便例如实现上述第一变压单元与相邻的和相似构造的另外的变压单元的磁耦合。

变压器可以有利地具有多个变压单元，所述多个变压单元可以分别相似于上述第一变压单元地构造。上文结合第一变压单元说明的有利实施方式可以以相应的方式用于这种更复杂的变压器。这种多相变压器例如可以用于三相交流电网中，以实现单个相的期望的磁耦合。

在这样的多相变压器中，所有的变压单元都可以分别具有配属的环形基础结构，所述环形基础结构分别呈现为开口环，在所述开口环的两个端部区域之间存在轴向错移，其中，单个的环形基础结构这样地轴向相对彼此错移地布置，使得它们一同构成上级的螺旋式结构。换句话说，第一环形基础结构的端部区域可以与相邻的第二环形基础结构的第一端部区域相对置，并且所述第二环形基础结构的第二端部区域又可以与相邻的第三环形基础结构的第一端部区域相对置，以由全部三个开口环结构得到上级的螺旋式结构。在此，在一个开口环结构的两个端部区域之间的轴向错移例如可以大致对应于单个相邻的环结构之间的轴向错移。然而，轴向错移、即单个环的轴向的开口也可以略大于相邻的环结构之间的轴向错移，以进一步提升相邻的变压单元之间的磁耦合。然而备选的是，若期望较弱的磁耦合，则单个环的轴向开口也可以小于两个相邻的环结构之间的轴向错移。

具有磁耦合的多个变压单元的这种变压器可以具有软磁性耦合轭，该软磁性耦合轭(Kopplungsjoch)在轴向错移的环形基础结构的开口的区域中沿轴向方向延伸。这种轴向地延伸的耦合轭特别适于通过单个变压单元在开口的区域中特别明显的杂散磁场实现轴向相邻的单元的磁耦合。耦合轭可以有利地包括铁作为材料，或甚至基本上由铁构成。非常有利的是，所述材料可以包括所谓的金属玻璃(例如无定形铁)和/或纳米晶体材料。这种材料由于高磁导率和饱和极化而特别适用。

这种轴向延伸的耦合轭可以有利地在单个环形基础结构的开口的区域中配设凸出部，所述凸出部分别延伸到开口环结构的端部区域中。通过这种凸出部可以增强相邻的变压单元的磁耦合。在此有利地避免了杂散磁场从环结构的开口的区域向远离耦合轭的区域中的扩散，因为磁通被导引通过耦合轭。因而降低了杂散磁场向其他空间区域中的扩散。

通过耦合轭的凸出部导致的更强的磁耦合的进一步优点在于，磁通在更大的环开口上也可以闭合，并且因而可以选择更大的在环结构的端部区域之间的间距。以此可以使得两个绕组的端子容易接近，因为例如可以为外绕组配设比内绕组更大的开口。

所述变压器可以具有用于冷却高温超导导体的低温恒温器，其中，所述低温恒温器可以共同包围所有相应存在的初级绕组和次级绕组。因此有利的是，为将变压器的所有超导绕组共同冷却而仅需要一个低温恒温器。

这种低温恒温器可以有利地具有简单连续的拓扑结构。换句话说，所述低温恒温器不是构造为环式低温恒温器，而是具有简单连续的不带有贯通孔的结构。与环形的低温恒温器围绕环形的绕组布置并且绕组的内部位于低温恒温器以外的常规超导变压器相比，这种低温恒温器明显更易于制造。这种低温恒温器还可以比带有复杂拓扑结构的低温恒温器设计得更小。

低温恒温器可以有利地具有导电的低温恒温器壁。尤其地，低温恒温器壁可以在低温恒温器的外表面的主要部分上构造为导电的壁。这有利地允许使用金属材料，以此使得这种低温恒温器可以针对反复的冷却循环而设计得比较耐用。有利地，这种低温恒温器仅在单个变压单元的环形基础结构的开口附近的区域中是不导电的，以降低在这些带有升高的杂散场的区域中的电损耗。然而备选地，低温恒温器壁也可以构造为能够连续地在其整个面上导电。

低温恒温器可以有利地具有由导磁材料制造的低温恒温器壁。这种低温恒温器可以有助于降低低温恒温器以外的杂散磁场，因为磁通可以通过低温恒温器闭合。为了在环形基础结构的开口上环形地闭合磁通，可以例如在环结构的开口的区域中把软磁性耦合轭连接在低温恒温器的外壁上。

初级绕组和次级绕组的高温超导的导体可以具有二硼化镁和/或REBCO类型的化合物。在此，REBCO是REBa₂Cu₃O_x型化合物的缩写，其中，RE代表稀土元素或这些元素的混合物。这种材料特别适于根据本发明的变压器使用，因为它们具有高临界电流密度和高临界磁场。

特别有利地，高温超导的导体一般可以构造为带状导体。这种带状导体例如可以具有在正常导电的金属的基底上的高温超导层。但是备选地，所述基底也可以是不导电的。附加地，在基底的两侧和/或在基底与超导层之间可以布置一个或多个附加的层，例如缓冲层、电稳定层、绝缘层和保护层。

高温超导的导体一般可以有利地具有构造用于使导体中的交流电损耗最小化的结构。为此例如可以把导体分成多个导体条，这些导体条按照罗贝尔导体的方式以特有的换位长度换位。

变压器可以具有至少一个以环形成型的绕组支架。尤其地，对于这种变压器的每个变压单元都可以存在这种绕组支架。在此，相应的绕组支架在其外部形状方面可以与相应的环形基础结构一致。这种绕组支架例如可以分别构造为实心的环，初级绕组和次级绕组的匝围绕所述绕组支架缠绕。在带有开口环结构的实施方式中，这种绕组支架的端部区域可以配设有凹部，软磁性耦合轭的上述突出部可以向凹部中突伸。然而备选地，这种绕组支架也可以在其整个圆周上构造为环形的空心体。

绕组支架一般地可以有利地由非导电材料构成，以便把绕组支架中的电磁损耗保持得尽可能地低。

下面参考附图根据优选实施例说明本发明，其中：

图1示出根据本发明第一实施例的变压器的部件的示意性立体图，

图2示出图1的变压器的其他部件的示意性立体图，

图3示出用于图2的变压器的环形基础结构的示意性横截面图

图4示出根据本发明第二实施例的变压器的示意性立体图，

图5示出根据第三实施例的变压器的部件的示意性立体图，

图6示出图5的变压器的其它组成部件，

图7示出图5和图6的变压器的其它组成部件，

图8示出图5至图7的变压器的低温恒温器。

图1示出根据本发明第一实施例的变压器的部件的示意性立体图。所示出的是绕组支架27a，绕组支架27a具有环形基础结构9a。在第一实施例中，环形基础结构9a为闭合的环、即圆环。尽管在所示的实施例中所述环是带有圆形横截面的圆形的环，但是对于环圆周的上级形状和环横截面的形状都可以想到其他形状，例如卵形或者椭圆的形状以及多边形或带有圆角的多边形。变压器的初级绕组5a围绕环结构9a缠绕，其中，所述初级绕组具有高温超导的导体7，在本实施例中，高温超导的导体7作为平的带状导体25a存在。该第一带状导体25a以圆环形的绕组的形式围绕所述环形的基体9a缠绕多匝W_i，在这种情况下，所述环形的基体通过第一绕组支架27a确定。为了与外部电路相连，初级绕组5a配设有两个触点6a，初级绕组5a通过该触点6a可以例如与交流电源连接。图1中所示的少量的匝W_i在此仅是示例，并且在必要的情况下也可以表示明显更高数量的匝。重要的是，初级绕组5a的匝W_i以共同的内部径向绕组层围绕绕组支架27a缠绕。可选的是，所述内部径向绕组层还可以具有多个彼此重叠地围绕绕组支架27a缠绕的子层。

图2中示出已经在图1中示出的变压器1的元件以及该变压器的第一变压单元3a的另外的重要元件。第一实施例中的变压器1尤其可以仅具有一个这种变压单元3a，使得图2示出所有对于变压器1的基本功能必要的部件。然而，在多相变压器中也可以存在多个这种变压单元。作为图1中所示的元件的补充，图2示出构成变压器1的次级绕组5b的第二带状导体25b。该次级绕组5b同样具有用于与上级的次级电路相连、例如与用电设备电路相连的两个触点6b。次级绕组6b同样围绕同一环形基础结构9a缠绕，确切地说，环的圆周的主要部分u被两个绕组5a和5b缠绕。在此，次级绕组5b这样地布置，使得次级绕组5b与初级绕组5a相比，关于基础结构9a的想象中的环形中心位于更外侧地布置。在此，次级绕组5b因此布置在更外部的径向的绕组层上，并且在环圆周的每个节段中都完全围绕初级绕组5a。然而，一般而言，初级绕组和次级绕组的布置顺序也可以颠倒。

图3表明两个相互嵌套的绕组5a和5b的所述几何特性。因此，图3示出了用于图2中所示的变压器1的环形基础结构的示意性横截面，其中，所述横截面平面被设置为使得横截面平面包含环形基础结构9a的中心轴线a。因此所述横截面示出变压器1的变压单元3a的两个相对置的圆周节段，其中，用z表示每个这种节段横截面的局部中心。因此，相对于局部中心z，初级绕组5a在内绕组层31a上围绕绕组支架27a缠绕。在此，所述内绕组层31a的最小内半径通过所述第一绕组支架27a的半径r₁确定。在此，对于所给出的圆周位置的横截面，所述内绕组层31a没有被初级绕组5a的带状导体完全充满，所述层仅说明初级绕组5a的匝W_i所处的径向区域。在所示的示例中，相对于局部中心z在内绕组层31a的径向外部还布置有可选的电绝缘中间层29，在此，所述电绝缘中间层构成了具有相对更大半径r₂的第二绕组支架27b。所述第二绕组支架27b的位置在图2中也由虚线表示。但不是必须存在这样的中间层。次级绕组5b也可以直接施加在初级绕组5a上，只要单个导体7已充分电绝缘。重要的是，一个绕组5b相对于所给出的圆周节段的局部中心z完全径向地包围另一个绕组5a。尤其地，初级绕组5a和次级绕组5b不被分成这样的子绕组，这些子绕组对于两种绕组类型以其半径交替。在此没有示出的在相应的绕组层31a和31b内的子绕组的细分是完全可能的，但是一种绕组类型的所有子绕组应当完全地径向包围另一绕组类型的所有子绕组。在此，与图1至图3中所示的实例不同的是，初级绕组5a原则上也可以径向在次级绕组5b外部布置。重要的仅仅是一个绕组完全包围另一个绕组，而与径向的顺序无关。

在图1至图3所示的变压器1运行时，通过在初级绕组5a中流动的电流在次级绕组5b中感应出电流，其中，电流的比例和电压的比例以已知的方式由匝数W_i和W_i'的比例给定。在此所示的大约2：1的匝数比同样仅被示例性理解。在此，根据期望的变压比，可以使用非常不同的数比。根据变压方向，次级绕组5b也可以与在此所示实例不同地具有比初级绕组5a更多的匝数。两个绕组5a和5b的两个带状导体25a和25b通常可以相似或相同地构造，其中，它们可以具有相同的材料和/或相同的横截面尺寸。然而，在匝数比更极端的情况下有利的是，对于两种绕组类型使用不同的横截面积和/或不同的材料。因此，例如如图2所示，具有较低数量的匝W_i'的绕组5b可以具有比另一个绕组5a更大的导体横截面，因为在具有较少的匝Wi'的绕组5b中通常有更大的电流流动。在使用带状导体25a、25b的情况下，其例如可以具有更大的宽度，以提高载流能力，其中，其他特性、尤其材料和垂直尺寸可以有利地构造为相同的。

通过第一实施例的封闭的环形的结构9a可以实现在变压器1运行期间，磁通在绕组5a、5b内部环形地流通，并且只有非常小的杂散场向两个绕组5a和5b径向外部的区域中渗透。在此，环形基础结构9a的内部可以有利地不具有软磁芯。在此，内绕组支架27a可以由非磁性的材料构成。内绕组支架例如可以构造为实心的环或也可以构造为环形空心管。

图4示出根据本发明第二实施例的另外的变压器1的示意性立体图。在此也仅示出一个变压单元3a，其中，整个变压器1又可以包括一个或多个这种变压单元3a。此图所示实施例原则上与图1至图3所示的构造相似。然而在此与第一实施例的区别在于存在有开口环形基础结构9a。相应地，第一绕组支架27a具有带开口12的切开的环的结构。相对于其中心轴线a，环结构9a具有轴向错移11，所述轴向错移11小于在此为圆形的环9a的外直径15。除了所述开口12和轴向错移11之外，该变压器的其余元件与第一实施例中的相似地构造。然而，在根据第二实施例的变压器1运行时，磁通没有完全地在环形基础结构9a内部闭合，而是在开口12的区域中有升高的杂散磁场从本来的环结构渗出。该升高的杂散磁场会是所期望的，以便实现这样的第一变压单元3a与多相变压器中另外的相似构造的变压单元的磁耦合。

在图5中以示意性立体图示出根据本发明第三实施例的这种多相变压器。仅示出变压器1的选定的元件，在该示例中，所述变压器1具有三个这样的变压单元3a、3b和3c，其中的每个例如都可以与图4中的相似地构造。在此为了清楚起见，对于第一变压单元仅示出一个带有初级绕组5a的打开的第一环形基础结构9a，所述初级绕组5a包围打开的第一环形基础结构9a。对于剩余的两个变压单元3b和3c，仅示出开口环形基础结构9b和9c的形状。所有三个变压单元3a、3b和3c应当彼此相似地构造，并且分别具有局部地径向包围所述初级绕组的次级绕组。初级绕组和次级绕组的径向的顺序基本上也可以正好相反。也可以为单个变压单元3a、3b和3c选择不同的径向的顺序。

三个变压元件3a、3b和3c的基础结构9a、9b和9c相对于变压器1的上级的系统轴线a彼此轴向错移地布置。在此在该实施例中，两个相邻的这种单元之间的轴向错移11a与相应的开口环的内部轴向错移11基本一致。通过两个错移11a和11的这种彼此适应的选择，实现例如第一环结构9a的第二端部区域13b与第二环结构9b的第一端部区域13a基本对置地布置，并且对于由第二和第三环结构9b和9c组成的第二对与此相应。以这种方式通过三个环结构9a、9b和9c的布置得到在图5中可见的上级的螺旋式结构。

除了三个变压单元9a、9b和9c以外，图5的变压器1还具有沿系统的轴向a延伸的软磁性耦合轭17。耦合轭17这样地布置，使耦合轭17位于三个开口环结构9a、9b和9c的开口12的区域中。由此，在所述开口12的区域中从环结构的端部区域13a和13b出来的磁通可以耦合到软磁性耦合轭中，由此加强相邻布置的变压单元的磁耦合。在图6中示意性地示出对于三个变压单元3a、3b和3c的磁通33a、33b和33c的相应走向，也示出了同一变压器1的软磁性耦合轭17，但是为了清楚起见而未示出两个下方的变压单元3b和3c的绕组支架和绕组。对于位于上面的变压单元3a，除了图5中已经示出的初级绕组5a之外，还示出了位于外部的次级绕组5b，次级绕组5b与图4类似地布置在开口环形基础结构9a的包裹体28上。

所述软磁性耦合轭17具有六个榫状的凸出部19，所述凸出部19在端部区域13a和13b中突伸入三个环结构9a、9b和9c中，从而进一步加强了磁通向耦合轭17中的耦合。然而，即使在没有这种凸出部的情况下，相比于在不具有这种轭的相应的几何布置时的情况，三个单元的磁通33a、33b和33c也经由耦合轭的软磁性材料更强地相互耦合。然而，多个轴向相邻的变压单元在不带有布置在其间的软磁性材料的情况下的类似的磁耦合基本上也是可能的。重要的是，通过单个环结构9a、9b和9c的轴向错移11，在开口的区域中散出的磁通33a、33b和33c靠近分别相邻变压单元的磁通，并且因此与其磁耦合。由此在这样的多相变压器中有利地实现相的耦合。

图7示出根据图5和图6的第三实施例的变压器1的另外的组成部件的示意性立体图。除了在图6中已经示出的元件以外，图7还示出低温恒温器21，所述低温恒温器21包围三个变压单元3a、3b和3c的所有初级和次级绕组。借助于该低温恒温器21，高温超导绕组5a和5b可冷却到低于超导体转变温度的低温温度。所述低温恒温器21是封闭的热绝缘的容器，通过该容器使得位于内部的元件与温暖的外部环境热隔离。例如可以是浴式低温恒温器。位于外部的低温恒温器壁23例如可以是真空隔绝的。

图7中的低温恒温器21具有带简单连续的拓扑的内部空间，因此是简单的腔室而不是环形的内部空间。为了更好地表示，图8示出同一低温恒温器21的外部轮廓而不带有变压器1的其余元件。在磁耦合轭17的区域中，低温恒温器21配设有凹部，使得所述磁耦合轭17可有利地布置在温暖的区域中。从沿轴向a延伸的凹部20分支地布置有另外的凹部20'，另外的凹部20'这样地成型，使得另外的凹部20'能容纳耦合轭17的侧向的凸出部19。

尽管图7和图8的低温恒温器具有立方体形的基础结构，但原则上也可以采纳其他形状，例如其他的柱形结构，其基面适合于单个的变压单元的形状。低温恒温器21的外壁23可以具有导电的、例如金属材料。例如，外壁23在外表面的大部分上可以具有这种导电的材料，并且仅在凹部20和/或20'的区域中由非导电材料构成，以使在环开口12的区域中由于磁通33a、33b和33c穿过低温恒温器壁23引起的损耗最小化。

Claims (14)

1.一种变压器(1)，其带有至少一个第一变压单元(3)，所述第一变压单元具有初级绕组(5a)和次级绕组(5b),

-其中，两个绕组(5a、5b)分别具有高温超导的电导体(7)

-并且其中，两个绕组(5a、5b)多匝(W_i、W_i')地围绕对于两个绕组(5a、5b)共同的第一环形基础结构(9a)这样缠绕，

-使得两个绕组(5a、5b)在所述第一环形基础结构(9a)的圆周的被共同缠绕的主要部分(u)上延伸，

-其中，第一环形基础结构(9a)呈现为开口环，在该开口环的两个端部区域(13a、13b)之间存在轴向错移(11)，使得所述第一环形基础结构相当于螺旋结构的单个的圈。

2.按照权利要求1所述的变压器(1)，其中，对于所述至少一个变压单元(3a)，一个相应绕组(5b)的所有相互串联地电连接的匝(W_i')在圆周的整个被共同缠绕的主要部分(u)上径向地包围另一个绕组(5a)的相互串联地连接的匝(W_i)。

3.按照权利要求1所述的变压器(1)，其中，两个绕组(5a、5b)的内部在第一环形基础结构(9a)的圆周的主要部分(u')上不具有软磁芯。

4.按照权利要求1所述的变压器(1)，其中，所述轴向错移(11)小于所述第一环形基础结构(9a)的直径(15)。

5.按照权利要求1所述的变压器(1)，其中，仅在所述第一环形基础结构(9a)的端部区域(13a、13b)中布置处于两个绕组(5a、5b)内部中的软磁芯。

6.按照权利要求1至5之一所述的变压器(1)，其具有多个变压单元(3a、3b、3c)，所述多个变压单元分别具有带高温超导的电导体(7)的初级绕组(5a)和次级绕组(5b)，

-其中，各变压单元(3a、3b、3c)的两个绕组(5a、5b)的每一个都多匝(W_i、W_i')地围绕各变压单元(3a、3b、3c)的对于两个绕组(5a、5b)共同的环形基础结构(9a、9b、9c)这样缠绕，

-使得各变压单元(3a、3b、3c)的两个绕组(5a、5b)在相应环形基础结构(9a、9b、9c)的圆周的被共同缠绕的主要部分(u)上延伸。

7.按照权利要求6所述的变压器(1)，其中，所有变压单元(3a、3b、3c)都分别具有配属的环形基础结构(9a、9b、9c)，所述环形基础结构呈现为开口环，在该开口环的两个端部区域之间存在轴向错移(11)，

-其中，各个环形基础结构(9a、9b、9c)这样地轴向相对彼此错移地布置，使得它们一同构成上级的螺旋式结构(19)。

8.按照权利要求7所述的变压器(1)，所述变压器具有软磁性耦合轭(17)，该软磁性耦合轭在轴向错移的环形基础结构(9a、9b、9c)的开口(12)的区域中沿轴向方向(a)延伸。

9.按照权利要求1至5之一所述的变压器(1)，所述变压器具有用于冷却高温超导的电导体(7)的低温恒温器(21)，其中，所述低温恒温器(21)共同包围所有分别存在的初级和次级绕组(5a、5b)。

10.按照权利要求9所述的变压器(1)，其中，所述低温恒温器(21)具有简单连续的拓扑结构。

11.按照权利要求9所述的变压器(1)，其中，所述低温恒温器(21)具有导电的低温恒温器壁(23)。

12.按照权利要求1至5之一所述的变压器(1)，其中，高温超导的电导体(7)具有二硼化镁和/或REBCO类型的化合物。

13.按照权利要求1至5之一所述的变压器(1)，其中，高温超导的电导体(7)构造为带状导体(25)。

14.按照权利要求1至5之一所述的变压器(1)，所述变压器具有至少一个以环形成型的绕组支架(27a)。

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