DE102006060567A1

DE102006060567A1 - Verfahren zur Herstellung einer Transformatorspule und eine nach diesem Verfahren hergestellten Transformatorspule

Info

Publication number: DE102006060567A1
Application number: DE102006060567A
Authority: DE
Inventors: Karl Zillmann; Wolfgang Mönig; Benjamin Weber
Original assignee: ABB AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-06-26
Also published as: BRPI0720381A2; PL2102876T3; EG25706A; ES2406069T3; KR101398029B1; EP2102876B1; CN101689422B; US7847665B2; CN101689422A; US20090309685A1; WO2008074409A1; KR20090101180A; EP2102876A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Wickeln einer Spule für einen Transformator beschrieben, wobei die Spulenwicklung in einen zylinderförmigen, rohrförmigen Isolierkörper eingebracht ist. Zur Verkürzung der Spulenlänge und Reduzierung der Menge des Isoliermaterials sowie zur Reduzierung des Kerngewichtes werden die einzelnen Wicklungsdrahtlagen an den Stellen, an denen die Wicklungsdrahtlagen miteinander verbunden werden, radial übereinander gewickelt, so dass die jeweiligen benachbarten Windungsenden in je einer radialen Ebene liegen. Dies wird dadurch erreicht, dass Endwandabschnitte vorgesehen werden, die zur Führung und Formhaltung der Isolierwicklungen oder -schichten dienen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Transformatorspule nach dem Oberbegriff des Anspruches 4.
Eine Transformatorspule besitzt ein Spulenrohr, das von einer Sekundärwicklung und von einer Primärwicklung umgeben ist, welche letztere in einen Block aus isolierendem Material eingebettet ist, wobei die Wicklungen im sog. Filament-Wickelverfahren hergestellt werden. Hierzu wird auf das Spulenrohr, das von der Sekundärwicklung mittels Abstandshalter getrennt ist, eine erste Isolierschicht aufgewickelt, auf die eine erste Lage des Wicklungsdraht aufgewickelt wird. Auf diese erste Lage wird eine Schicht Isoliermaterial aufgebracht, auf diese Lage wieder eine Lage mit Wicklungsdraht aufgebracht, wobei diese Lage zwei Lagenabschnitte aufweist, die von den beiden Enden der inneren Lage des Wickeldrahtes nach Innen, d. h. aufeinander zu verlaufen und in einem bestimmten Abstand voneinander enden. Die entgegengesetzten Enden der inneren Lage werden mit den benachbarten Enden der zweiten Lagenabschnitte verbunden. Dabei ist bei bekannten Wickelverfahren darauf zu achten, dass die entgegengesetzt liegenden Enden der zweiten Lagenabschnitte nicht über die innere erste Lage nach außen abgleiten. Dies wird dadurch erreicht, dass sich die entgegengesetzt liegenden Windungsenden der zweiten Lagenabschnitte in einem axialen Abstand von den Windungsenden der inneren Lage befinden, so dass die Verbindungen der benachbarten Windungenden je einen spitzen Winkel mit der Ringfläche der inneren erste Lage bilden; die beiden Winkel bilden miteinander eine V-Form, deren offene Seite zur inneren ersten Lage geöffnet ist.
An den sich gegenüberliegenden Enden der zweiten Lagenabschnitte schließen je ein dritter Lagenabschnitt an, wobei zwischen den zweiten und den dritten Lagenabschnitten wiederum eine Zwischenlage aus Isoliermaterial eingebracht ist. Die sich gegenüberliegenden Enden der dritten Lagenabschnitte enden wieder in einem Abstand zu den benachbarten Enden der zweiten Lagenabschnitte, so dass die Verbindungen der inneren, sich gegenüberliegenden Enden der zweiten und dritten Lagenabschnitte ebenfalls einen spitzen Winkel miteinander bilden, wobei beide Verbindungen eine V-Form bilden, deren Spitze radial nach innen weist. Diesen dritten Lageabschnitten folgen z. B. zwei vierte und fünfte Lagenabschnitte, deren Längen gegenüber den vorher gewickelten Lagen axial verkürzt sind, so dass sich auch hier die V-Formen ausbilden.
Diese Wicklungsformen, d. h. der Rückversatz, führen dazu, dass der zur Verfügung stehende Wicklungsraum nicht optimal und vollständig ausgenutzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Transformatorspule und eine damit hergestellte Transformatorspule der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Wickelraum besser ausgenutzt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung besteht also in einem Verfahren, das gekennzeichnet ist durch folgende Schritte:
Aufwickeln einer inneren ersten Isolierschicht auf einen zylinderförmigen Körper aus isolierendem Material, an dessen Enden radial nach außen vorspringenden Endwandabschnitte vorgesehen sind, wobei die Isolierschicht bis an die Endwandabschnitte gewickelt wird,
Aufwickeln einer inneren ersten Wicklungsdrahtlage, deren Endwindungen sich in einem Abstand zu den Endwandabschnitten befinden,
Aufwickeln einer zweiten Isolierschicht auf die innere erste Wicklungsdrahtlage bis zu den Endwandabschnitten,
Aufwickeln einer zweiten Wicklungsdrahtlage, die in einem oder zwei Lagenabschnitten gewickelt werden kann, wobei die entgegengesetzt liegenden Endwindungen der zweiten Wicklungsdrahtlage oder der Lagenabschnitte in der radialen Ebene der Endwindungen der inneren ersten Wicklungsdrahtlage liegen,
Verbinden der benachbarten Enden der ersten und zweiten Wicklungsdrahtlagen mittels radialer Verbindungselemente,
Aufwickeln einer dritten Isolierschicht bis hin zu den Endwandabschnitten,
Aufwickeln einer dritten Wicklungsdrahtlage oder zweier dritter Lagenabschnitte, deren Endwindungen radial in der Ebene der Endwindungen der zweiten Lagenabschnitte liegen,
Verbinden der in je einer radialen Ebene liegenden Endwindungen der dritten Lagenabschnitte mit den Enden der zweiten Lagenabschnitte,
Aufwickeln einer vierten Isolierschicht bis hin zu den Endwandabschnitten,
u. s. w., und
ggfls. Entfernen der Endwandabschnitte nach dem Aushärten des Isoliermaterials.
Es besteht die Möglichkeit, die Endwandabschnitte an dem Innenrohr anzuformen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann dahin bestehen, dass zur Bildung der Endwandabschnitte L-förmige Winkelstücke aus Metall vorgesehen werden, deren eine Schenkel die Endwandabschnitte an sich bilden und deren andere Schenkel parallel zum Spulenrohr angeordnet sind und in die einzelnen Isolierschichten eingewickelt werden. Diese L-förmigen Winkelstücke können dann ohne weiteres nach dem Aushärten entfernt werden. Die dabei entstehenden schlitzartigen Öffnungen können ohne weiteres mit Isoliermaterial geschlossen werden, oder auch einfach offen bleiben.
Dabei besteht die Möglichkeit, die Winkelstücke so auszubilden, dass die Schenkel, die die Endwandabschnitte bilden, über die gesamte Stirnfläche der Spule verlaufen; es besteht natürlich auch die Möglichkeit, mehrere L-förmige Winkelstücke radial in Abstand anzuordnen, wobei innere L-förmige Winkelstücke von einer inneren Isolierschicht und äußere L-förmige Winkelstücke von der entsprechenden äußeren Isolierschicht eingewickelt sind. In bevorzugter Weise werden die Winkelstücke dadurch gebildet, dass bogenförmige Rohre vorgesehen sind, die an einem Ende mit Schlitzen versehen sind, die senkrecht zu den bogenförmigen Bereichen aufgebogen sind, so dass durch die senkrecht aufgebogenen Schenkel die Endwandabschnitte gebildet sind.
Mit der erfindungsgemäßen Wicklungsmethode und insbesondere mit dem Vorsehen von Endwandabschnitten zur Führung und Formhaltung der Isolierwicklungen oder -schichten an den axialen Spulenden kann die Verbindung der übereinanderliegenden Wicklungsdrahtlagen mittels der radial verlaufenden Verbindungsstücke erfolgen, weil aufgrund der Endwandabschnitte ein Abgleiten der übereinanderliegenden Endwindungen der jeweils äußeren Wicklungsdrahtlage axial nach außen oder ggfls. nach Innen vermieden ist und demgemäß die zu verbindenden Windungen radial übereinander liegen. Die äußere Form der Transformatorspule besitzt damit radiale Stirnenden und im Inneren der Isolierung, die aus den verschiedenen Isolierschichten gebildet ist, ist der Wicklungsraum optimal ausgenutzt. Dies bewirkt eine kürzere Spulenlänge und die Menge des Isoliermaterials ist reduziert. Auch kann die Schenkellänge des dazu passenden Kerns verringert werden, wodurch sich auch das Kerngewicht reduziert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen 2 und 3 zu entnehmen.
Eine Spule, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen wurde, ist den Unteransprüchen 4 bis 9 zu entnehmen.
Erfindungsgemäß also sind im Spulenkörper Drahtwicklungsabschnitte vorgesehen, deren miteinander verbundene Windungsenden in je einer radialen Ebene liegen, so dass alle Wicklungsabschnitte zwischen zwei radialen Ebenen liegen, in denen gleichzeitig auch die einander zugehörigen und miteinander verbundenen Windungsenden liegen, wobei Verbindungsstücke vorgesehen sind, die radial verlaufen. Die Endwandabschnitte können an einem vom Spulenkörper umgebenen Isolierrohr oder Spulenrohr angeformt sein; es besteht auch die Möglichkeit, dass L-förmige Winkelelement vorgesehen sind, deren Schenkel senkrecht zueinander verlaufen, wobei einer der Schenkel parallel zu den Wicklungsabschnitten von den Isolierschichten festgehalten wird, wogegen der andere Schenkel radial nach außen vorspringt und zur Bildung der Endwandabschnitte dient.
Es besteht die Möglichkeit, die Winkelelemente als bogenförmige Winkelelemente auszubilden, wobei einer der Schenkel eine Bogenform bildet und die anderen Schenkel als Lappen senkrecht dazu ausgebogen sind.
Die Schenkel zur Bildung der Endwandabschnitte können dabei die gesamte Stirnfläche überdecken; es besteht auch die Möglichkeit, dass mehrere Winkelelemente in unterschiedlichen Radien angeordnet sind, so dass die die Endwandabschnitte bildenden Schenkel lediglich einen Teil der Stirnflächen des Spulenkörpers überdecken.
An Hand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
1 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Spule,
2 eine Längsschnittansicht ähnlich derjenigen der 1 einer zweiten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Spule,
3 eine Ausgestaltung eines Winkelstückes für die zweite Ausführungsform, in perspektivischer Darstellung und
4 einen vergrößerten Ausschnitt gemäß „A" der 3.
Es sei nun Bezug genommen auf die 1.
Ein Spulenkörper 10, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, umgibt ein Spulenrohr 11, an dessen Enden radial nach außen anschließende, flanschartige Endwandabschnitte 12, 13 angebracht, hier im ersten Ausführungsbeispiel, angeformt sind. Auf das Spulenrohr 11 zwischen den Endwandabschnitten 12, 13 wird eine erste Isolierschicht 14 aufgebracht, vorzugsweise aufgewickelt. Diese Isolierschicht 14 kann, wie alle anderen Isolierschichten (s. unten), ein Fasergewebe enthalten, das mit aushärtbarem Kunststoff getränkt ist. Die Isolierschicht 14 erstreckt sich bis hin zu den Endwandabschnitten 12, 13. Auf diese Isolierschicht wird eine erste Wicklungslage 15 aufgewickelt, die in der 1 (ebenso wie in der 2) als Linie gezeichnet ist. Wie aus der 4 hervorgeht, kann ein rechteckiger Wicklungsdraht verwendet werden. Anstatt eines Wicklungsdrahtes mit Rechteckform könnte auch einer mit einem kreisrunden Querschnitt eingesetzt werden. Die Querschnittsform ist insoweit für die Erfindung nicht von Bedeutung. Die Wicklungsdrahtlage 15 endet in einem bestimmten Abstand D von den Endwandabschnitten 12, 13.
Auf die erste Wicklungs- oder -drahtlage 15 wird eine zweite Isolierschicht 16 aufgebracht, d. h. aufgewickelt, und zwar wieder bis hin an die Endwandabschnitte 12, 13. Auf diese zweite Isolierschicht 16 werden zwei Wicklungslagenabschnitte 17, 18 aufgewickelt, deren entgegengesetzten Enden in der Radialebene liegen, in denen die Enden der ersten Wicklungslage 15 liegen und deren sich gegenüberliegende Enden 19, 20 in einem Abstand D1 voneinander angeordnet sind. Wie aus der 4 ersichtlich ist, werden die Wicklungslagen 15, 17 und 18 mit radial verlaufenden Verbindungselementen 21, 22 miteinander verbunden, wobei diese Verbindungselemente 21, 22 in den Ebenen liegen, in denen die Enden der ersten Wicklungslage 15 liegen.
Auf die zweiten Wicklungsabschnitte 17, 18 wird eine dritte Isolierschicht 23 aufgewickelt, hierauf zwei dritte Wicklungsabschnitte 24, 25, deren Längen denen der zweiten Wicklungsabschnitte 17, 18 gleichen und die mit diesen an ihren sich gegenüberliegenden Enden mittels radialer Verbindungsglieder ähnlich denen mit den Bezugsziffern 21, 22 verbunden werden, danach eine vierte Isolierschicht (ohne Bezugsziffer) und darauf zwei vierte Wicklungsabschnitte 26, 27, eine weitere Isolierschicht und darauf zwei fünfte Wicklungsabschnitte 26, 27, und darauf die äußere Isolierschicht. Die dritten Wicklungsabschnitte 24, 25 werden mit den vierten Wicklungsabschnitten 26, 27 mit Verbindungselementen in der radialen Ebene der Enden der ersten Wicklungslage 15 und die vierten mit den fünften Wicklungsabschnitten an den sich aufeinander zu weisenden Enden verbunden, wobei die Länge der vierten und fünften Wicklungsabschnitte geringer ist als die Länge der zweiten und dritten Wicklungsabschnitte 17, 24; 18, 25.
Innerhalb des Spulenrohres 11 befinden sich mehrere am Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Abstandshalter 30. Innerhalb der Abstandshalter 30 liegen Sekundärwicklungen 31, die hier nur schematisch angedeutet sind. Der Raum zwischen den Anstandshaltern 30, die radial ausgerichtet sind und sich über die gesamte Länge des Spulenrohres 11 erstrecken, wird von einem Kühlfluid axial durchströmt. Die Zuordnung der sekundär Wicklungen 31 sowie der Abstandshalter zu dem Spulerohr 11 sind für die Erfindung nicht von Bedeutung.
Bei der zweiten Ausgestaltung sind die Endwandabschnitte durch Winkelstücke gebildet, die in der 3 perspektivisch dargestellt sind. An einem Ende eines dem Spulenrohr 11 angepassten Bogenstückes 35 sind Schlitze 36, 37 eingebracht. Die zwischen den peripheren Enden 38, 39 und den Schlitzen 36, 37 sich bildenden Lappen 40, 41 und 42 werden radial nach außen aufgebogen, so dass die Schlitze 36, 37 V-förmig werden. Das Bogenstück 35 bildet den Schenkel 43 des Winkelstückes, das in der 4 insgesamt die Bezugsziffer 44 erhalten hat. Der axial verlaufende Schenkel 43, wird mit der ersten Isolierschichtlage 16 in den Spulenkörper eingewickelt. Für den gesamten Spulenkörper benötigt man so viele Winkelstücke (die in der 3 dargestellt sind), dass die Winkelstücke nach 3 den gesamten Umfang des Spulenrohres überdecken. Nach dem Aushärten des isolierenden Materials können die Winkelstücke herausgenommen werden. Die sich dabei ergebenden Öffnungen können frei bleiben oder mit Isoliermaterial verschlossen werden.
In der Ausführung nach der 2 sind Winkelstücke vorgesehen, deren radial ausgerichtete Schenkel die gesamten Stirnflächen des Spulenkörpers überdecken. Es besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, an den Stirnflächen oder -enden des Spulenkörpers mehrere Winkelstücke radial übereinander zu setzen, wobei die Bogenstücke 35 dem weiter außen liegenden Radius z. B. im Bereich der dritten Wicklungsabschnitte angepasst sind. Die Lappen besitzen eine radiale Länge, die der Einbaustelle am Spulenkörper angepasst ist, wobei die Lappen aller Winkelstücke in je einer radialen Eben liegen, die hier den Stirnebenen des Spulenkörpers entsprechen. Die Schenkel 43 der äußeren Winkelstücke werden dann von den entsprechenden Isolierschichten umhüllt.
Zur Vervollständigung eines Transformators sind gestrichelt dargestellt Kerne 50 vorgesehen, die mit einem Schenkel 51 in den Bereich innerhalb der Sekundärwicklung 31 eingreifen. Dies hat aber mit der hier beschriebenen Erfindung nichts zu tun, sondern dient lediglich dem besseren Verständnis.

Claims

Verfahren zum Wickeln einer Spule für einen Transformator, wobei die Spulenwicklung in einen zylinderförmigen, rohrförmigen Isolierkörper eingebracht ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Aufwickeln einer inneren ersten Isolierschicht auf ein zylinderförmiges Innenrohr aus isolierendem Material, an dessen Enden radial nach außen vorspringende Endwandabschnitte angeordnet sind, wobei die innere Isolierschicht bis an die Endwandabschnitte gewickelt wird, – Aufwickeln einer ersten Wicklungsdrahtlage derart, dass deren Endwindungen in Abstand zu den Endwandabschnitten liegen, – Aufwickeln einer weiteren Isolierschicht auf die erste Wicklungsdrahtlage bis hin zu den Endwandabschnitten, – Aufwickeln einer zweiten Wicklungsdrahtlage, die einen oder mehr Wicklungslagenabschnitte aufweist, wobei die entgegengesetzt liegenden Endwindungen der zweiten Wicklungsdrahtlage in der Radialebene liegen, in der sich die Endwindungen der ersten Wicklungsdrahtlage befinden, – Verbinden der benachbarten Endwindungen mittels radial verlaufender Verbindungselemente, – Aufwickeln einer dritten Isolierschicht bis hin zu den Endwandabschnitten – Aufwickeln einer dritten Wicklungsdrahtlage, die einen oder mehr Wicklungslagenabschnitte aufweist und deren Endwindungen in der Radialebene der Endwindungen der zweiten Wicklungsdrahtlage liegen – Verbinden der freien Endwindungen der zweiten mit der dritten Wicklungsdrahtlagen mittels eines radial verlaufenden Verbindungselementes, – Aufwickeln einer vierten Isolierschicht bis hin zu den Endwandabschnitten, – usw.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endwandabschnitte nach Aushärten des Isoliermaterials entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Entfernung der Endwandabschnitte gebildeten Öffnungen mit Isoliermaterial verschlossen werden.
Spule für einen Transformator, die nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorigen Ansprüche hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Spulenkörper Drahtwicklungsabschnitte vorgesehen sind, deren miteinander verbundene Windungsenden in je einer radialen Ebene liegen, so dass alle Wicklungsabschnitte zwischen zwei radialen Ebenen liegen, in denen gleichzeitig auch die einander zugehörigen und miteinander verbundenen Windungsenden liegen, und dass Verbindungsstücke vorgesehen sind, die radial verlaufen.
Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endwandabschnitte mit einem vom Spulenkörper umgebenen Isolierrohr verbunden sind.
Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Endwandabschnitte L-förmige Winkelelemente vorgesehen sind, deren Schenkel senkrecht zueinander verlaufen, und dass einer der Schenkel parallel zu den Wicklungsabschnitten von den Isolierschichten festgehalten ist, wogegen der andere Schenkel zur Bildung der Endwandabschnitte dient.
Spule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass je Isolierschichtlage jeweils Winkelelemente eingebettet sind, so dass für wenigstens eine Isolierschicht eigene Endwandabschnitte vorgesehen sind.
Spule nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelelemente als bogenförmige Winkelelemente ausgebildet sind, wobei einer der Schenkel eine Bogenform bildet und die anderen Schenkel als Lappen senkrecht dazu ausgebogen sind.
Spule nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Lappen ein Rohrbogen vorgesehen ist, an dessen einem Ende axiale Schlitze vorgesehen sind, und dass die zwischen den Schlitzen befindlichen Lappen senkrecht ausgebogen sind.