DD141958A1 - Einphasentransformator mit einer hochstromtragfaehigen wicklung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung von Transformatoren. Die Erfindung folgt dem Ziel, mit einem Transformator mit einer hochstromtragfähigen Wicklung, der eine Funktionsintegration von Transformator und Energieübertragungsleitung bildet, Elektroenergie über eine definierte Entfernung zu übertragen und dabei hohe Nennströme zu realisieren. Mit der Erfindung wird die Aufgabe, einen für beliebig große Stromübersetzung ausgebildeten Einphasentransformator mit einem einfach montierbaren, elektrisch hochbelastbaren, insbesondere als kryogene oder supraleitende Wicklung ausgebildeten Hochstromleiter zu entwickeln, dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß koaxial zur Längsachse angeordnete Ringkerne mit einem geschlossenen Magnetfeldlinienfluß die Hochstromwicklung umschließt und die Ringkerne die Niederstromwicklung Wendelförmig tragen. Die Erfindung wird in der Energieversorgung wirksam.

Description

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Titel der Erfindung;

Einphasentransformator mit einer hochstromtragfähigen Wicklung.

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung wird im Bereich der Energieversorgung und vorwiegend direkt am Ort der Energieverbraucher oder Energieerzeuger wirksam, wo das Problem der Energieübertragung mit dem der Stromübersetzung "bzw. Stromuntersetzung mit technischen Mitteln gelöst werden muß«

Charakteristik der bekannten technischen lösungen;

Es sind Transformatoren mit hochstromtragfähigen Wicklungen, ZeB. supraleitenden oder normalleitenden Wicklungen bei tiefen Temperaturen, die auf Grund der hohen

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Stromdichte zu geringen radialen Abmessungen der die Wicklungen tragenden Spulen führen, "bekannt. Zur Realisierung großer Leistungen und zur Einhaltung von durch das Regellichtprofil der Schienentransportwege vorgegebenen Bauabmessungen wurde "bereits ein Transformator mit einer großen axialen Ausdehnung, die einer Länge einer Energieübertragungsleitung entspricht und eine Kabelform aufweist, vorgeschlagen. Dieser Transformator, der eine Funktionsintegration zwischen Transformator und Energieübertragungslsitung darstellt, besteht im Prinzip aus drei gleichartig gestalteten Wicklungsblöcken, die achsparallel und jeweils im gleichen Abstand symmetrisch, zu einer Längsachse des Transformators oder in einer Ebene innerhalb einer wärmeisolierenden Ummantelung angeordnet sind. Jeder Wicklungsblock verfügt über eine axiale Baulänge, die der einer entfernungsüberbrückenden Energieübertragungsleitung entspricht, und besteht aus mindestens je einer auf einem Schenkel aufgebrachten Oberspannungswicklung, wobei die Ausleitungen beider Wicklungen an entgegengesetzten Enden des entsprechenden Wicklungει) locke s liegen. Die Ober- und die Unterspannungswicklungen umschließen den jeweiligen Schenkel wendelförmig entweder gleichsinnig oder gegenläufig. Die Schenkel, die einen Drehstromkern "bilden, "bestehen aus einzelnen Stäben, Blechstreifen oder Kerndrähten und sind innerhalb des Transformators durch das Joch bildende Magnetleiter untereinander verbunden.

Durch den prinzipiellen Aufbau, die Anordnung der Wicklungen auf den Schenkeln des Transformators, wird die axiale Baulänge desselben im wesentlichen aus technologisch, d.h. fertigungstechnischen Gründen "begrenzt. Die gesamte Masse des jeweiligen Schenkels wird durch die

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Wicklungen im vorvdegend liegend angeordneten Einsatz, "bzw. über die Wicklungen auf das den Transformator umschließende, isolierte Gefäß übertragen. Besonders nachteilig wirkt sich dabei der erforderliche Einbau von vielen Stütze lementen zur Halterung des Kernes in dem genannten Transformator aus, wenn dieser hochstromtragfähige Wicklungen aufweist· Diese Stützelemente wirken dann als Wärmebrückeη, wenn die Wicklungen in supraleitender oder tiefgekühlt normalleitender Anordnung vorliegen.

Ziel der Erfindung:

Das Ziel der Erfindung "besteht darin, mit einem Transformator mit einer hochstromtragfähigen Wicklung, der eine Funktionsintegration von Transformator und einer entfernungsüberbrückenden Energieübertragungsleitung "bildet, Elektroenergie über eine definierte Entfernung zu übertragen und dabei hohe Nennströme zu realisieren sowie diesen mit einem geringen technologischen Aufwand und geringen Kosten herzustellen und beim Nutzer zu montieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eine höchst romt ragfähige Wicklung aufweisenden und als eine entfernungsüberbrückende Energieübertragungsleitung bei gleichzeitiger Umwandlung der Elektroenergie mit einer "beliebig großen Stromübersetzung ausgebildeten Einphasentransformator mit einem einfach montierten, elektrisch' hochbelastbaren, insbesondere als kryogene oder supraleitende Wicklung ausgebildeten Hochstromleiter zu entwickeln.

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Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß ein Einphasentransformator mit einer hochstromtragfähigen Wicklung zur gleichzeitigen Umwandlung und Fortleitung von Elektroenergie, insbesondere zum Einsatz in Mehrphasentransformatoren mit einer einer entfernungsüberbrückenden Energieübertragungsleitung entsprechenden Baulänge entwickelt wurde, bei dem gleichachsig mit einer Längsachse des Einphasentransformators mindestens eine Eochstromwicklung vorgesehen ist, die durch koaxial zur Längsachse angeordnete einzelne Hingkerne, in denen jeweils ein Magnetfluß mit geschlossenen Feldlinien auftritt, umschlossen ist, und bei dem die niederstromwicklung auf den einzelnen Ringkernen wendeIförmig angeordnet ist„ Die Hochstromwicklung besteht entweder aus einem langgestreckten Hohlleiter oder aus mehreren elektrisch parallel geschalteten Hohlleitern, die achsparallel und symmetrisch zur Längsachse des Einphasentransformators angeordnet sind. Die die Hochstromwicklung umschließenden einzelnen Ringkerne weisen eine geringe Breite auf und bilden aneinandergereiht angeordnet einen Transformatorschenkel. Jeder Ringkern ist mit einem, eine dem Übersetzungsverhältnis des Einphasentransformators entsprechende Windungszahl aufweisenden, die Niederstromteilwicklung bildenden Leiter wendelförmig umschlossen. Die auf den einzelnen Keamringen angeordneten Niederstromteilwicklungen sind elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet und bilden die Hiederstromwicklung.

Each einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Einphasentransforinators besteht der Hohlleiter der Hochstromwicklung aus einem starren Rohr oder aus einem flexiblen, mit einem bestimmten Radius entlang einer Kreisbahn biegsamen Wellrohr.

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Die Kochstromwicklung ist als eine kryogene oder supraleitende Wicklung ausgebildet und 'innerhalb eines als Hohlzylinder ausgebildeten, elektrisch nichtleitenden Kryostaten angeordnet. Die Kernringe' befinden sich außerhalb dieses Kryostaten und weisen einen Innendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser des Kryostaten entspricht. Die Kernringe selbst bestehen aus geschichteten Blechen oder Kerndrähten, so daß entweder ein Profilring oder ein Rundring vorliegt.

Ausführungsbeispiel;

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher "erläutert werden

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Pig. 1 einen prinzipiellen Aufbau eines

aus drei gleichartig und erfindungsgemäß ausgebildeten Kernring-Einphasentransformatoren bestehenden Transformators

Fig. 2 einen Schnitt A-A durch einen

Kernring-Einphasentransformator nach Fig. 1.

Zur Übertragung von Elektroenergie über eine bestimmte Entfernung bei gleichzeitiger Umwandlung (Untersetzung) einer Spannung und Realisierung großer Nennströme dienen drei einzelne, jeweils eine Phase eines Drehströmtransformators darstellende Einphasentransformatoren 1;2;3.

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In jedem dieser Einphasentransformatoren 1;2;3 ist die erfindungsgemäße Anordnung einer Hochstromwicklung 4 und einer auf Kernringen 5 angeordneten Hiederstromwicklung 6, wobei die Kernringe 5 die Hochstromwicklung 4 umschließen, realisiert.

Die Hochstromwicklung 4 wird durch einen Hohlleiter oder durch mehrere elektrisch parallel geschaltete Hohlleiter gebildet. Der einzelne Hohlleiter ist in Längsachse 7 des jeweiligen Einphasentransformators 1j2;3 oder, soweit es sich um mehrere Hohlleiter handelt, sind diese achsparallel und symmetrisch hierzu angeordnet. Je nach dem vorgesehenen Einsatzzweck werden der/die Hohlleiter aus einem starren Rohr oder aus einem flexiblen Wellrohr gebildet. Um diese durch mindestens einen Hohlleiter ge_ bildete Hochstromwicklung ist ein aus wärmeisolierende Eigenschaften aufweisendem Material bestehender Kunststoff -Kryostat 8 als innere Umhüllung vorgesehen. Die Kernringe 5 sind koaxial zur Längsachse 7 des jeweiligen Binphasentransformators 1;2;3 einzeln und mit einem bestimmten Abstand zueinander aufeinanderfolgend angeordnet ; Die Schenkel der Kernringe 5 bestehen aus ferromagnetischem Material, z.B. aus Kerndrähten oder geschichteten Blechstreifen. Dieses Kernmaterial ist zu einem geschlossenen Schenkel (Ringkern) gefügt, damit sich in dem jeweiligen Kernring 5 ein Magnetfluß mit geschlossenen Feldlinien ausbilden kann. Die Schenkel der Kernringe 5 sind - abhängig vom eingesetzten Material - als Rundringe oder Profilringe ausgebildet. Jeder der Kernringe 5 ist wendelförmig von einem Leiter umschlossen und somit mit einer Hiederstromteilwicklung versehen. Diese Niederstromteilwicklungen sind elektrisch in Reihe geschaltet und "bilden die Niederstromwicklung 6. Die Ausleitungen 9 der

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einzelnen Niederstromwicklungen 6 der Sinphasentransformatoren Ί;2;3 sind durch eine Sternverbindung 10 niederspannungsseitig und an der entgegengesetzten Seite sind die einzelnen Ausleitungen 11 der Hochstrom- · wicklungen 4 durch eine Sternverbindung 12 miteinander verbunden. Jeder Einphasentransformator 1;2$3 ist als Schutz vor äußeren mechanischen Einwirkungen von einer äußeren Umhüllung 13 als elektrische Isolation umgeben. Das Übersetzungsverhältnis jedes Einphasentransformators 1j2j3 wird durch die Windungszahl jeder Hiederstromteilwicklung bestimmt. Die Hochstromwicklung 4 ist vorteilhaft supraleitend ausgeführt und wird durch eine nicht dargestellte kryogene Flüssigkeit durchströmt. Der Kunststoff -Kryostat 8 trennt thermisch die. supraleitende Hochstromwicklung 4 von der normalleitenden Niederstromwicklung 6,

Mit dem erfindungsgemäß aufgebauten Einphasentransformator können große elektrische Leistungen mittels der Hochstromwicklung 4 realisiert werden, da die in dem Leiter der Hochstromwicklung 4 erzeugte Stromwärme direkt. am Ort des Entstehens zentral abgeführt wird und die als ein Wärmeäquivalent auftretenden Sisenverluste außerhalb des durch den Kryostaten 8 begrenzten supraleitenden Teils des Einphasentransformators 1;2{3 auftreten. Sin weite-rer Vorteil, den der Einphasentransformator 1;2;3 aufweist, besteht in seinem technologischen Aufbau. Die einzelnen Kernringe 5 können getrennt gefertigt und getrennt von der Hochstromwicklung 4 am Einsatzort montiert werden, indem die Hochstromwicklung 4 nach Montage der Kernringe 5 einschließlich der ITiederstromwicklung 6 eingefügt wird. Weiterhin ist dieser Einphasentransformator auf Grund der flexiblen Ausführung der Hochstromwicklung 4 bedingt trommelbar.

Claims (2)

1. -8- ZI 1

   Erfindungsanspruch'

   • Einphasentransformator mit einer hochstromtragfähigen Wicklung zur gleichzeitigen Umwandlung und Portleitung von Elektroenergie, insbesondere zum Einsatz in Mehrphasentranformatoren, mit einer einer entfernungsüberbrückenden Energieübertragungsleitung entsprechenden Baulänge, gekennzeichnet dadurch, daß gleichachsig mit einer Längsachse (7) des Einphasentransformators (1 oder 2 oder 3) mindestens eine Hochstromwicklung (4·) vorgesehen ist, die durch koaxial zur Längsachse (7) angeordnete einzelne Ringkerne (5)» in denen jeweils ein Magnetfluß mit geschlossenen EeIdlinieη auftritt, umschlossen ist und die Niederstromwicklung (6) auf den einzelenn Ringkernen (6) wan-

   • delförmig angeordnet ist·
2. 2. Einphasentransformator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Hochstromwicklung (4) aus einem langgestreckten Hohlleiter oder mehreren elektrisch parallel geschalteten, achsparallel und symmetrisch zur Längsachse (7) des Einphasentransformators (i;2;3) angeordneten Hohlleitern "besteht.

   ο Einphasentransformator nach Punkt 1 und ^,gekennzeichnet dadurch, daß die einzelnen Ringkerne (5) eine geringe Breite aufweisen und die Ringkerne (5) einen Transformatorschenkel bilden.

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   Einphasentransformator nach Punkt 1 und 3» g e k e η nz eich net dadurch, daß jeder Ringkern (5) mit einem eine dem Übersetzungsverhältnis des Binphase ntransformators (1;2j3) entsprechende V/indungszahl aufweisenden Leiter einer Niederströmteilwicklung wendelförmig umschlossen ist.

   5· Einphasentransformator nach Punkt 1,3 und 4, g ekennzeichnet dadurch, daß die auf den einzelnen Ringkernen (5) vorgesehenen Niederströmte ilv/icklungen elektrisch in Reihe geschaltet im Einphasentransformator angeordnet sind und die Niederstromwicklung (6) bilden.

   6e Einphasentransformator nach Punkt 1 und 2, g e k e η nzeichnet dadurch, daß der Hohlleiter der Hochstromwicklung (4) ein starres Rohr oder ein ?/ellrohr darstellt.

   7· Einphasentransformator nach Punkt 1, 2 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Hochstromwicklung (4) eine kryogene oder supraleitende Wicklung darstellt.

   8» Einphasentransformator nach Punkt 1, 2, 6 und 7, g ekennzeichnet dadurch, daß die Hochstromwicklung (4) sich innerhalb eines als Kryostat (8) ausgebildeten Hohlzylinders befindet.

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   9· Einphasentransformator nach Punkt 1 und 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Ringkerne (5) aus geschichteten Blechen oder Kerndrähten bestehen und als Profilringe oder Rundringe ausgebildet sind und einen Innendurchmesser aufweisen, der einem Außendurchmesser des den Kryostaten (8) der Eochstromwicklung (4) bildenden Hohlzylinders entspricht.

   Hierzu 2 Bl. Zeichnungen