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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Ringkerntransformator mit mehreren
voneinander in Umfangsrichtung des Ringkerns beabstandete Teilwicklungen
einer Unterspannungswicklung.
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Das
Bewickeln der Unterspannung von Ringkerntransformatoren hoher Leistung,
beispielsweise von 1.000 kVA und 400 Volt, ist mit herkömmlich
isolierten Wickeldrähten sehr aufwendig, zeitintensiv und
somit teuer. Die Wickeldrähte müssen spiralförmig
um den Ringkern angeordnet und danach parallel geschaltet werden.
Solch hohe Querschnitte von ca. 2500 Quadratmillimetern sind nur
durch eine Aufteilung in mehrere Wickeldrähte, welche spiralförmig um
den Ringkern gewickelt werden, zu realisieren.
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Nachteilig
dabei ist, dass der kernnahe spiralförmige Wickeldraht
eine kleinere Windungslänge aufweist, als die weiteren
spiralförmigen Wickeldrähte, welche vom Transformatorkern
weiter entfernt sind. Dadurch sind die Widerstände der
einzelnen Wickeldrähte unterschiedlich. Durch die Parallelschaltung
ergeben sich Ausgleichsströme, welche zu einer deutlichen
Verschlechterung des Wirkungsgrades des Transformators führen.
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In
der
EP 0 557 5 49 B1 ist
eine Aufteilung der Oberspannungswicklung in Segmente beschrieben,
welche in Reihe geschaltet werden. Die Unterspannungswicklung wird
dabei spiralförmig um den Ringkern gelegt. Dies ist bei
kleinen Leistungen eine mögliche Variante, jedoch bei hohen
Leiterquerschnitten sehr aufwendig und teuer.
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In
der
DE 10 2004
030 845 A1 ist ein Schweißstromwandler beschrieben,
mit einem Kern, auf dem Primär- und Sekundärwicklungen
angeordnet sind und Dioden mit den Endbereichen der Sekundärwicklungen
verbunden sind, wobei die Sekundärwicklungen Mittelabgriffe
aufweisen, wobei die Mittelabgriffe der Sekundärwicklungen
an einem oder mehreren elektrisch leitenden Baukörpern
angebracht sind und mit denselben leitend verbunden sind.
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Hierbei
wird die Parallelschaltung nicht kernnahe, sondern auf der ringkernabgewandten
Seite realisiert.
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In
der
DE 30 29 650 C2 ist
ein Ringkerntransformator zum Widerstandsschweißen beschrieben, wobei
die innenliegenden Leiterabschnitte der Primär- und Sekundärwicklung
eine größere radiale Höhe aufweisen als
die außenliegenden Leiterabschnitte, die Primärwicklungen
im wesentlichen in ihrem Querschnitt sektorförmig gestaltet
sind und in Umfangsrichtung abwechselnd Windungen der Primärwicklungen
und der Sekundärwicklung nebeneinander liegen. Hierbei
wird das Verschalten der Wicklungen nicht kernnahe, sondern auf
der kernabgewandten Seite realisiert.
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Es
besteht daher insbesondere die Aufgabe, eine Unterspannungswicklung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einer Parallelschaltung
gleiche Widerstände der Teilwicklungen aufweist und das
Bewickeln vereinfacht und beschleunigt erfolgen kann, sowie dass
der Wirkungsgrad erheblich verbessert wird.
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Die
erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe
besteht insbesondere darin, dass die Unterspannungswicklung eines
Ringkerntransformators oder eines ringähnlichen Transformators
in mehrere Teilwicklungen aufgeteilt wird und diese mit einem elektrisch
leitenden Material kernnahe parallel geschaltet werden.
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Durch
die Aufteilung der Unterspannungswicklung in mehrere einzelne Teilwicklungen
wird es möglich, flache leitende Bänder, zum Beispiel
aus Kupfer oder Aluminium maschinell zu wickeln. Die Segmente der
Unterspannungswicklung bestehend aus mindestens einem Wicklungsträger,
einem elektrischen Leiter und mindestens einem Isolationsmaterial,
wobei der Wicklungsträger, der elektrische Leiter und das
Isolationsmaterial auf einen geschlossenen oder geteilten Ringkern
aufgebracht werden. Zum Bewickeln eines Wicklungsträgers
wird dieser in eine Halte- und Drehlagerung einer Wickelvorrichtung
eingesetzt und das Wicklungsmaterial wird dem Wicklungsträger
zugeführt. Durch die Rotation des Wicklungsträgers
wird das Wicklungsmaterial von der (den) Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle(n) ab-
und auf den Wicklungsträger aufgewickelt. Eine besonders
günstige Ausführungsform sieht vor, dass zum gleichzeitigen
Bewickeln mehrerer, insbesondere an einem Ringkern angeordneter
Wicklungsträger mehrere, in Umfangsrichtung nebeneinander
angeordnete Wickelstationen vorgesehen sind. Dadurch können
mehrere nebeneinander angeordnete Wicklungsträger gruppenweise
oder alle gleichzeitig bewickelt werden, wodurch die benötigte
Zeit zum Bewickeln erheblich reduziert werden kann. Die Anzahl der
Wickelstationen kann dabei so gewählt sein, dass für
jeden Wicklungsträger eine Wickelstation vorhanden ist.
Die Anschlussstellen der so realisierten Wicklungen werden in Umfangsrichtung
des Ringkerns nach außen geführt und jeweils mit
einem elektrischen Leiter, kernnahe parallel geschaltet.
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Das
kernnahe Verschalten ist vorteilhaft, weil dadurch die Leitungslänge
der Elemente zur Parallelschaltung, wesentlich reduziert werden
kann, dadurch der geringste Widerstand in den Elementen zur Parallelschaltung
erreicht wird und somit der Wirkungsgrad des Transformators erhöht
werden kann.
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Ist
der Ringkern des Transformators mit einem Stufenkern versehen, so
können die Elemente zur Parallelschaltung, in den Stufungen
des Ringkerns mit elektrisch leitendem Material, welches eine Isolation
zum Kern und zur Unterspannungswicklung aufweist, realisiert werden.
Es besteht hierbei auch die Möglichkeit, die in die Stufungen
des Ringkerns eingelegten Elemente zur Parallelschaltung, gleichzeitig
als Abstandshalterung für die Teilwicklungen der Unterspannungssegmente
zu benutzen. Ist der Kern in seinem Querschnitt an einen Kreis angenähert,
so können die Elemente zur Parallelschaltung, mit zwei
kernnahen isolierten Halbschalen aus leitendem Material ausgeführt
werden.
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Die
Elemente zur Parallelschaltung können aus Kupfer oder Aluminium
bestehen, wobei die geometrischen Form der Elemente zur Parallelschaltung der
Form des Ringkerns angepasst werden können. Die Elemente
zur Parallelschaltung können zum Beispiel quadratisch,
rechteckig, rund, kreissegmentartig oder schalenförmig ausgebildet
sein. Die Elemente zur Parallelschaltung können auch als
Hohlleiter ausgebildet sein, wobei ein kühlendes Medium
durch den Hohlleiter fließen kann. Jeweils der Anfang und das
Ende der Wicklungen der einzelnen Segmente werden in Umfangsrichtung
des Ringkerns nach außen geführt und mit den isolierten
elektrischen Leitern verbunden, welche die Elemente zur Parallelschaltung
bilden. Die elektrisch isolierten Elemente zur Parallelschaltung
werden zwischen zwei Segmenten nach außen geführt
und bildet den Anfang und das Ende der gesamten Unterspannungswicklung.
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Die
Stromdichte ist je nach geometrischen Ort, in den Elementen zur
Parallelschaltung unterschiedlich, so ist die geringste Stromdichte
am entferntesten Ort, von den Anschlussstellen der Unterspannungswicklung
zu erwarten. In Richtung Anfang und Ende hingegen, wird die Stromdichte
höhere Werte annehmen. Ein Ausgleich kann dadurch erfolgen,
dass die Elemente zur Parallelschaltung jeweils in Richtung Anfang
und Ende querschnittsverstärkt ausgebildet sind. Diese
Querschnittsverstärkung kann dadurch erfolgen, dass jeweils
zum Anfang und zum Ende der Anschlussstellen hin, die Anzahl der elektrischen
Leiter der Elemente zur Parallelschaltung erhöht wird.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand von einer Figur näher erläutert.
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1 zeigt
den Querschnitt eines Ringkerntransformators.
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Der
Ringkern 4 ist kreisrund ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform
werden die Elemente zur Parallelschaltung 3 und 6 schalenförmig
und kernnahe realisiert. Die Elemente zur Parallelschaltungen 3 und 6 befinden
sich oberhalb des Ringkerns 4 und unterhalb der Unterspannungsteilwicklung 1.
Mit dem Element zur Parallelschaltung 3, werden alle Anfänge
der Teilwicklungen der Unterspannungswicklung elektrisch verbunden.
Mit dem Element zur Parallelschaltung 6, werden alle Enden
der Teilwicklungen der Unterspannung elektrisch verbunden. Das Elemente
zur Parallelschaltung 3, bildet nach außen hin den
Anfang der gesamten Unterspannungswicklung, das Element zur Parallelschaltung 6,
das Ende. Die Elemente zur Parallelschaltungen 3 und 6 sind
durch eine Isolationsschicht 5 gegenüber dem Ringkern isoliert.
Eine weitere Isolationsschicht 2 befindet sich zwischen
den Elementen zur Parallelschaltungen 3 und 6 und
gegenüber der Unterspannungsteilwicklung 1.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0557549
B1 [0004]
- - DE 102004030845 A1 [0005]
- - DE 3029650 C2 [0007]