DD142106A1 - Einphasentransformator - 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 v/ird die Aufgabe, einen Transformator obengenannter Art mit einem einfachen Kernaufbau sowie einer Kernanordnung zu entwickeln, der eine direkte Abgabe der als Wärmeäquivalent im Kern auftretenden Verluste unter Vermeidung einer thermischen Belastung der Wicklungen, insbesondere der Hochstromwicklung eines elektrisch hochbelastbaren vorwiegend als kryogene oder supraleitende Wicklung ausgebildeten Hochstromleiters, dadurch ermöglicht, daß zwei . achsparallel und symmetrisch zur Transforraatorlängsachse angeordnete Wicklungen vorgesehen sind, die von einem einen Schenkel aus ferromagnetischem Material bestehenden vorwiegend aus Scheiben oder konzentrischen Ringen aufgebauten Körper, in dem ein Magnetfluß mit geschlossenen Feldlinien auftritt, umschlossen sind. - Fig.1 -

Description

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Titel der Erfindung:

B inphasentransf ormat or

/ 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 Spannungsubersetzung "bzw. Spannungsuntersetsung mit einfachen technischen Mitteln gelöst werden muß·

Charakteristik der "bekannten technischen Lösungen:

Es sind Transformatoren mit hochstromtragfähigen Wicklungen, z.B. supraleitenden oder normalleitenden Wicklungen "bei tiefen Temperaturen, die auf Grund der hohen Stromdichte zu geringen radialen Abmessungen der die Wicklung tragenden Spulen führen, bekannt. Zur Realisie-

rüng großer Leistungen und zur Einhaltung von durch das Regellichtprofil der Schienentransportv/ege vorgegebenen Bauabmessungen wurde "bereits ein Transformator mit einer großen axialen Ausdehnung, die einer Länge einer Energieübertragungsleitung entspricht und eine Kabelform aufweist, vorgeschlagen. Dieser Transformator j der eine ]? unkt ionsintegrat ion zwischen Transformator und Energieübertragung sleitung darstellt, "besteht im Prinzip aus drei gleichartig ausgestatteten Wicklungsblochen, die achsparallel und jevJeils im gleichen Abstand symmetrisch zu einer Längsachse des Transformators oder in einer Ebene innerhalb einer wärmeisolierendeη Ummantelung angeordnet sindo Jeder Wicklungsblock verfügt über eine axiale Baulänge, die der einer entfernung.süberbrückenden Energieübertragungsleitung entspricht, und besteht aus mindestens je einer auf einem Schenkel aufgebrachten Oberspannungswicklungj wobei die Ausleitungen beider Wicklungen an entgegengesetzten Enden des entsprechenden Wicklungsblokkes 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 un- ' tereinander verbundene Durch den prinzipiellen Aufbau, die Anordnung der Wicklungen auf den Schenkeln des Transformators, wird die axiale Baulänge desselben im wesentlichen aus technologischen, d»h₀ fertigungstechnischen Gründen begrenzt. Die gesamte Masse des jeweiligen Schenkels wird durch die Wicklungen im vorwiegend liegend angeordneten Einsatz, bzw. die Wicklungen auf das den Transformator umschließende isolierte Gefäß übertragen. Besonders nachteilig wirkt sich dabei der erforderliche Einbau von vielen Stützelementen zur Herstellung des

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Kernes in dem genannten Transformator aus, wenn dieser hochstrorotragfähige Wicklungen aufweist. Diese Stützelement e wirken dann als Wärmebrücken, -wenn die Wicklungen in supraleitender oder in tiefgekühlt normalleitender Anordnung vorliegen.

Ziel der Erfindung:

Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit einem Transformator, der eine Funktionsintegration von Transformator und entfernungsüberbrückende Energieübertragungsleitung bildet und mit hochstromtragfähigen Wicklungen versehen ist, Elektroenergie über eine definierte Entfernung zu übertragen und dabei hohe Ströme zu realisieren sowie diesen mit einem geringen technologischen Aufwand und geringen Kosten herzustellen»

Darstellung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator 'in Funktionsintegration mit einer entfernungsüberbrückenden Energieübertragungsleitung bei gleichzeitiger Umwandlung von Elektroenergie mit einer beliebigen Spannungsübersetzung und mit einem einfachen Kernaufbau sowie einer Kernanordnung zu entwickeln, die eine' direkte Abgabe der als Wärmeäquivalent im Kern auftretenden Verluste an die Umgebungsluft unter Vermeidung einer hiervon ausgehenden thermischen Belastung der Wicklungen, insbesondere eines elektrisch hochbelastbaren, vorwiegend als kryogene oder supraleitende Wicklung ausgebildeten HochStromleiters ermöglicht.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß ein Einphasentransformator mit einer großen axialen Ausdehnung mit

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einer hochstromtragfähigen Wicklung für eine "bei tiefen Temperaturen normalleitende oder supraleitende Anordnung vorwiegend für den Einsatz in Drehstromtransformatoren mit Sternpunkt schaltung entwickelt wurde, "bei dem erfindungsgemäß mindestens zwei achsparallel und symmetrisch zur Langsachse des Einphasentransformator liegende, galvanisch voreinander getrennte Wicklungen vorgesehen und von einem konzentrisch zur Längsachse des entsprechenden Sinphasentransformators angeordneten oder mehreren, auf der Längsachse hintereinander liegend angebrachten, einen Kern "bzw, je einen Schenkel eines Kernes "bildenden, aus ferromagnetischem Material "bestehenden, die Ausbildung eines Magnetflusses mit geschlossenen Feldlinien zulassenden vorzugsweise ringförmigen Körper "bzw· Körpern umschlossen sind*

Der die Wicklungen umschließende Körper "bzw» die Körper sind aus mehreren koaxial zueinander angeordneten ringförmig ausgebildeten Schenkerblechen zusammengesetzt, wobei jeweils der nächstgrößere Schenkelblechring auf dem nachstkleineren aufliegt. Nach einer anderen Ausführung bestehen die die Wicklung umschließenden Körper aus aneinandergereihten kreisringförmigen Scheiben. Sofern ein Übersetzungsverhältnis größer als 1 realisierbar wird, sind für eine Wicklung, z.B» die Primärwicklung, Rück- · leiter vorgesehen, die außerhalb des aus Schenkelblech bestehenden und die Wicklungen umschließenden Körpers angeordnet sind.

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Ausführung sbe i spiel;

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungs-"beispiel naher erläutert werden. in der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau eines aus drei einzelm erfindungsgeroäß ausgebildeten Einphasentransformatoren "bestehenden Dreh strömt ransf orinators in Sternschaltung

Fig. 2 einen schenatisehen Aufbau eines

erfindungsgemäß ausgebildeten Einphasentransformators

3 einen Schnitt durch einen Drehstromtransformator, der mit drei gleichartig ausgebildeten Einphasentransformatoren nach IPig. 1 ausgerüstet ist und ein Übersetzungsverhältnis von größer 1 aufweist.

Zur übertragung von Elektroenergie über eine bestimmte Entfernung bei gleichzeitiger Umwandlung einer Spannung und Realisierung großer ITenngtröme dient ein im Prinzip dargestellter Drehströmtransformator mit Sternpunktschaltung, der aus drei gleichartig und erfindungsgemäß aufgebauten Einphasentransformatoreη 1;2j3 besteht. In jedem dieser Einphasentransformatoren 1j2;3 ist die erfindungsgemäße Anordnung von eine Primärwicklung 4 und eine Sekundärwicklung 5 gemeinsam umschließenden Schenkelblechen 6 aus Kernmaterial hoher Permeabilität verwirklicht. Die Primärwicklung 4 und die Sekundärwick-

lung 5 liegen achsparallel zur Längsachse 7 cles Einphasentransformators Ί;2;3 und sind zu dieser symmetrisch angeordnet, wobei die Ausleitungen 8;9 derselben für die Primärwicklung 4 und für die Sekundärwicklung 5 an entgegengesetzten Enden der einzelnen Einphasentransformatoren 1;2;3 zu Sternpunkten 10;11 zusammengeführt und die freien Ausleitungen 8;9 für den Anschluß an das E-Hetζ vorgesehen sind* Die die Primärwicklung 4 und die Sekundärwicklung 5 umschließenden Schenkelbleche 6 sind entweder als Scheiben 12 ausgebildet, die eine innere Ausnehmung aufweisen, oder bestehen aus konzentrischen Ringen 13·· Letztere Ausbildungsvariante zeichnet sich dadurch aus, daß diese Ringe aus dünnem Material bestehen und nur eine geringe axiale Ausdehnung besitzen, -'s? ob ei mehrere Ringe unterschiedlicher Durchmesser lagenweise gestaffelt angeordnet sind, damit eine radiale Ausdehnung entsteht. Die einzelen Lagen in dieser Anordnung sind elektrisch gegeneinander isoliert. Die so ausgebildeten Segmente 14 aus Kernblech bilden in axialer Richtung einzelne Ringanordnungen. Sofern ein übersetzungsverhältnis von größer 1 realisiert werden soll, erhält die Primärwicklung 4 eine außerhalb der Kernbleche 6 liegende Rückleitung 15· Die Wahl des übersetzungsverhältnisses-bestimmt die Anzahl der Rückleitungen 15« Jeder Einphasentransformator 1;2?3 ist mit einem äußeren Mantel 16 gegen mechanische Beschädigungen geschützt»

Sofern die Wicklungen 4?5 "bei tiefen Temperaturen normalleitend oder supraleitend ausgeführt werden, sind die Primärwicklung 4 und die Sekundärwicklung 5 innerhalb eines nicht dargestellten Kryostaten angeordnet, der aus Kunststoff besteht und von kryogenen Flüssigkeiten beaufschlagt ist.

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die erfindungsgemäße Anordnung der SchenkeIbIeehe 6 schafft sehr gute Kühlbedingungen. Die Anordnung des Schenkelbleches 6 bewirkt, daß die Wicklungen 4;5 nicht noch zusätzlich thermisch belastet v/erden, und gleichzeitig verhindert das Schenkelblech in der Ausführung als Ringe 13 oder Scheiben 12, eine Belastung des Kryostat en bzw. der Wicklungen 4;5. Diese wirken bei einer Anordnung im Bereich tiefer Temperaturen oder als kryogene Wicklungen als Strahlungsschild gegenüber der Umgebung. Weiterhin bestehen die Vorteile in einer einfachen Herstellung und Montage jedes Einphasentransformators.

Claims (5)

2111 Erfindungsanspruch;

1« Einphasentransformator mit einer großen axialen Ausdehnung und mit einer hochstroiatragfähigen Wicklung für eine "bei tiefen Temperaturen norinalleitende oder supraleitende Anordnung vorwiegend für den Einsatz in Dreiistromtransformatoren mit Sternpunktschaltungen, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens zwei achsparallel und symmetrisch zur Längsachse (7) des Sinphasentransformators (1j2j3) liegende, galvanisch voneinander getrennte Wicklungen (4?5) vorgesehen und von einem konzentrisch zur Längsachse (7) des entsprechenden Einphasentransformators (1;2;3) angeordneten oder mehreren, auf der Längsachse (7) hintereinanderliegend angebrachten, einen Kern "bzw* -je einen Schenkel eines Kernes des Einphasentransformators (1;2j3) "bildenden, aus ferromagnetiscliem Material bestehenden, die Ausbildung eines Hagnetflusses mit geschlossenen-Feldlinien zulassenden vorzugsweise ringförmigen Körper bzw.

Körpern umschlossen sind«

2p Einphasentransformator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der die Wicklungen umschließende Körper bzw. die Körper aus mehreren koaxial zueinander angeordneten, ringförmig ausgebildeten Schenkelblechen zusammengesetzt sind, wobei jeweils der nächstgrößere Schenkelblechring (13) auf dem nächstkleineren aufliegt.

3. Einphasentransformator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der die Wicklungen umschließende Körper bzw. die Körper aus aneinandergereihten kreisringförmigen'Scheiben (12) bestehen.

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4. Einphasentransformator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der die Wicklungen umschließende Körper aus einem aufgewickelten Blechband in. Form einer Scheibenspule besteht.

5« Einphasentransformator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei einem Übersetzungsverhältnis größer als 1 die Rücklei'ter 15 der Primärwicklung 4 außerhalb des aus Sche&elblechen 6 bestehenden und die Wicklungen' 4;5 umschließenden Körper angeordnet sind.

Einphasentransformator nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Wicklungen 4?5 aus flexiblen oder starren Drahtseilleitern aufgebaut ist.

Hierzu 2 Bl. Zeichnung