DE1912760C3

DE1912760C3 - Air-cooled windings interspersed with axial cooling channels for transformers, choke coils and similar inductive devices

Info

Publication number: DE1912760C3
Application number: DE19691912760
Authority: DE
Inventors: Richard Dr.-Ing. 7312 Kirchheim Pfeiffer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-03-13
Filing date: 1969-03-13
Publication date: 1979-01-25
Also published as: FR2034884A7; DE1912760B2; DE1912760A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit axialen Kühlkanälen durchsetzte luftgekühlte Wicklung für Transformatoren, Drosselspulen unddgL induktive Geräte, bei welcher im Abstand von den wärmeabgebenden zylindrisciien Oberflächen der Wicklung im Kühlkanal axial .ausgedehnte Körp.T aus Isoliermaterial, insbesondere glattwandige Zylinder, angeordnet sind.The present invention relates to an air-cooled winding for Transformers, reactors and the like inductive Devices in which at a distance from the heat-emitting cylindrical surfaces of the winding in Axial cooling duct. Extensive bodies T made of insulating material, in particular smooth-walled cylinders, are arranged are.

Die in elektrischen Geräten im Betrieb entstehende Wärmemenge wird auf zwei Wegen abgeführt: Infolge Umströmung der Wärmequellen durch ein Kühlmittel, Luft oder öl, wird ein großer Anteil der entstandenen Wärme durch Konvektion an dieses Kühlmittel abgegeben und von diesem wegtransportiert Ein Teil der Wärme wird jedoch auch durch Strahlung abgeführt, jedoch nur, wenn den erwärmten Teilen in genügender Nähe kühlere Flächen gegenüberliegen. Bei flüssigkeitsgekühlten Transformatorenwicklungen beispielsweise findet Wärmestrahlung praktisch nur von der zylindrischen Außenoberfläche der Wicklung zu den benachbarten Kesselwänden statt Innerhalb des äußeren zylindrischen Wicklungsmantels findet Wärmeabgabe praktisch nur durch Konvektion an das in besonders vorgesehene Kühlkanälen durchströmende Kühlmittel statt Die in den Kühlkanälen einander gegenüberliegenden zylindrischen Flächen sind im allgemeinen ebenfalls Wicklungsteile bzw. die Kernoberfläche, die selbst eine Eigenerwärmung und infolgedessen eine gegenüber der Umgebung erhöhte Temperatur aufweisen.The amount of heat generated in electrical devices during operation is dissipated in two ways: As a result A coolant, air or oil flows around the heat sources, a large proportion of the resulting Heat given off to this coolant by convection and transported away from it A part however, the heat is also dissipated by radiation, but only if the heated parts are in Opposite cooler surfaces in sufficient proximity. In the case of liquid-cooled transformer windings, for example, heat radiation is practically only found from the cylindrical outer surface of the winding to the adjacent boiler walls instead of inside the outer cylindrical winding jacket heat is practically only by convection to the in particular Coolant flowing through provided cooling channels instead of. The cylindrical surfaces lying opposite one another in the cooling channels are generally also winding parts or the core surface, which itself is self-heating and consequently a have a higher temperature than the environment.

Der Berechnungsingenieur solcher elektrotechnischer Geräte hat nun also die Aufgabe, die im Betrieb im Gerät entstehende Wärmemenge mit der auf den oben geschilderten Wegen abführbaren Wärmemenge so ins Gleichgewicht zu bringen, daß keine unzulässige und das Gerät gefährdende Temperaturübersteigerung auftreten kann. Er wird also, am Beispiel eines Tranformators aufgezeigt, die Stromdichte in den Wicklungen und die Querschnitte der Kühlkanäle in dieser Weise aufeinander abstimmen, was einenThe calculation engineer of such electrical engineering devices now has the task of performing the tasks in the The amount of heat generated in the device is transferred to the amount of heat that can be dissipated in the ways described above To bring equilibrium that no inadmissible and the device endangering temperature increase can occur. So it is shown, using the example of a transformer, the current density in the Coordinate windings and the cross-sections of the cooling channels in this way, what a bestimmten Aufwand an Leitermaterial und bestimmte Außenabmessungen des Gerätes erfordert.requires a certain amount of conductor material and certain external dimensions of the device.

Um eine verbesserte Kühlung der im Inneren einer elektrischen Wicklung ohne Kühlkanäle liegendenTo improve the cooling of those inside an electrical winding without cooling channels Wicklungsteile, von denen die dort entstehende Wärme den weitesten Weg zu den kühlenden Oberflächen durch selbst schon wärmeerzeugende Wicklungsschichten hat, zu erreichen, ist es schon bekannt, in die Wicklung axial herausragende wärmeleitende BlecheWinding parts, from which the heat generated there takes the longest way to the cooling surfaces has to achieve by itself already heat-generating winding layers, it is already known in the Winding axially protruding thermally conductive sheets einzuwickeln, die beiderseits mit wärmeerzeug ?nden Wicklungslagen in Berührung stehen und die leitend übernommene Wärme axial aus der Wicklung herausleiten, wo sie entweder an den immerhin noch kühleren Kern oder den Wickelkörper leitend abgegeben wirdto wrap, which generate heat on both sides Winding layers are in contact and the conductive heat transferred axially out of the winding, where it is either at the still cooler one Core or the winding body is discharged in a conductive manner oder über relativ große freistehende Flächen durch Konvektion an die Umgebungsluft (DE-GM 18 09 595, US-PS 27 70 785). Zur Verbesserung der Wärmeabgabe an die Umgebung können diese Bleche auch geschwärzt sein.or over relatively large free-standing areas Convection to the ambient air (DE-GM 18 09 595, US-PS 27 70 785). To improve the heat emission These sheets can also be blackened to their surroundings.

Um auch eine verbesserte Umströmung der erwärmten Wicklungsoberflächen selbst durch das Kühlmittel zu erreichen, ist es bereits bekannt, Strömungsleitflächen etwa in Gestalt von koaxialen Zylindern im Abstand von den Wicklungsoberflächen in den KühlkaIn order to also improve the flow of the coolant around the heated winding surfaces themselves to achieve, it is already known to have flow guide surfaces in the form of coaxial cylinders Distance from the winding surfaces in the cooling duct nälen anzuordnen (US-PS 13 04 451).to arrange (US-PS 13 04 451).

Es ist jedoch nicht erkannt und ausgenutzt, daß solche koaxialen Zylinder und ähnliche axial ausgedehnte Körper in den Kühlkanälen bei besonderer Auslegung auch Strahlungswärme von den WicklungsoberflächenHowever, it is not recognized and exploited that such coaxial cylinders and similar axially extended bodies in the cooling channels with a special design also radiant heat from the winding surfaces

aufnehmen können, die sie ihrerseits durch Konvektion an das vorbeiströmende Kühlmittel abgeben.can absorb them in turn by convection to the coolant flowing past.

Aufgabe der vorlegenden Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, bei welcher nicht nur die Wicklungsoberflächen die erzeugte Wärme an dasThe object of the present invention is to provide a Specify arrangement in which not only the winding surfaces transfer the generated heat to the

vorbeiströmende Kühlmittel durch Konvektion abgeben, sondern bei welcher zusätzlich die von den Wicklungsoberflächen abgegebene Strahlungswärme in erheblichem Ausmaß ebenfalls dem Kühlmittel zugeführt wird, wodurch die Gesamtwärmeabfuhr ausRelease coolant flowing past by convection, but with which additionally the from the Radiant heat emitted from winding surfaces is also fed to a considerable extent to the coolant, whereby the overall heat dissipation is removed koaxialen Wicklungen oder Wickiungsleilen wesentlich erhöht wird.coaxial windings or winding ropes is increased significantly.

Diese Aufgabe wird bei einer mit axialen Kühlkanälen durchsetzten luftgekühlten Wicklung für Transformatoren, Drosselspulen und dergleichen induktive Geräte,This task is performed with an air-cooled winding interspersed with axial cooling channels for transformers, choke coils and similar inductive devices,

bei welcher im Kühlkanal im Abstand von den wärmeabgebenden zylindrischen Oberflächen der Wicklungen) axial ausgedehnte Körper, insbesondere glattwandige Zylinder, angeordnet sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Körper zur Erzielung einerin which in the cooling channel at a distance from the heat-emitting cylindrical surfaces of the Windings) axially extended body, in particular smooth-walled cylinder, are arranged, according to the invention achieved in that the body to achieve a

hohen Absorption von Strahlungswärme mit schwarzer Farbe bedeckt sind, daß die Oberfläche der Körper durch eine gewellte oder gefaltete Form vergrößert ist, daß die Körper aus gewellten Kunststoffplatten, glasfaserverstärktem Gießharz, gefaltetem oder gewellhigh absorption of radiant heat with black Are covered with paint that the surface of the body is enlarged by a corrugated or folded shape, that the body made of corrugated plastic sheets, glass fiber reinforced cast resin, folded or corrugated tem Preßspan oder dgl. Material bestehen und daß dietem pressboard or the like. Material and that the die Wicklungswände berührenden Stellen der Körperthe body touching the winding walls mit Auflagen aus Aluminium oder einem anderen gutwith pads made of aluminum or another good wärmeleitenden Material versehen sind.thermally conductive material are provided.

An Hand der Zeichnung werden die WirkungsweiseThe operating principle is shown on the basis of the drawing

und Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutertand embodiments of the invention explained in more detail

Fig. 1 zeigt zwei koaxiale Wicklungsteile, die dieFig. 1 shows two coaxial winding parts that the

ganze in ihnen entstehende Wärme allein an denall the warmth that arises in them is sent to them alone zwischen ihnen befindlichen koaxialen Kanal abgeben.release coaxial channel located between them.

Mit Pfeilen 1 ist die Wärmeströmung zu denWith arrows 1 is the heat flow to the

^M Oberflächen der Wicklung in diesem Kanal angedeutet Die an diesen Oberflächen ankommende Wärme wird durch Konvektion von dem durch die Pfeile 2 angedeuteten Kühlmittelstrom aufgenommen und aus ^M surfaces of the winding in this channel indicated. The heat arriving at these surfaces is absorbed by convection from the coolant flow indicated by the arrows 2 and is removed from it

der Wicklung herausgeführt. Eine Wärmestrahlung quer durch den Kanal kann nicht stattfinden, da die beiden im Kanal einander gegenüberliegenden Oberflächen der zwei Wicklungsteile etwa die gleiche Oberflächentemperatur besitzen.the winding led out. A thermal radiation across through the channel can not take place, since the two surfaces of the opposite in the channel two winding parts have approximately the same surface temperature.

Nun kann zur Erhöhung der Wärmeabgabe ein axial ausgedehnter Körper im Kanal angebracht sein, z. B, in der Mitte des Kanals ein koaxialer Zylinder in an sich bekannter Weise eingesetzt werden.Now an axially expanded body can be attached in the channel to increase the heat output, for. Am the center of the channel a coaxial cylinder can be used in a manner known per se.

Dieser Zylinder weist jedoch keine eigene Wärmeerzeugung auf, so ddß seine beiden Oberflächen erheblich kalter als die benachbarten Wicklungsoberflächen sind. Infolgedessen kann er durch Wärmestrahlung laufend Wärme aufnehmen, da auch an ihm das Kühlmittel an beiden Seiten vorbeistreicht und durch Konvektion einen Oberschuß der in ihm vorhandenen Wärmemenge aufnimmt Zur Erzielung einer hohen Wärmeabsorption aus der Strahlung ist dieser Körper gemäß der Erfindung mit schwarzer Farbe bedeckt Ein solcher axial ausgedehnter Körper zwischen den Wicklungen bzw. Wicklungsteilen im Kühlkanal kann verschiedene Gestalt aufweisen: Er könnte auch glatt konzentrisch sein, wie es die Fig.2 zeigt, vorteilhafter wird er eine wellenförmige Gestalt haben und mit seinen Wellenausladungen beidseitig an die Wicklungsoberflächen anstoßen gemäß F i g. 3, er kann zickzackförmig gefaltet sein und mit den Spitzen der Ausfaltungen an den Wicklungsoberflächen anstoßen wie in F i g. 4 gezeigt; die die Wicklungswände berührenden Stellen der Körper sind zweckmäßigerweise mit Auflagen aus Aluminium oder einem anderen gut wärmeleitenden Material versehen. Der die Wärmestrahlung aufnehmende und durch Konvektion Wärme abgebende axialeHowever, this cylinder does not have its own heat generation, so that its two surfaces are considerable are colder than the adjacent winding surfaces. As a result, he can continuously absorb heat through thermal radiation, since the coolant is also on him sweeps past both sides and by convection an excess of the amount of heat present in it absorbs In order to achieve a high level of heat absorption from the radiation, this body is according to Invention covered with black paint. Such an axially elongated body between the windings or winding parts in the cooling channel can have different shapes: It could also be smoothly concentric be, as Fig.2 shows, it will be more advantageous have a wave-like shape and with its wave extensions on both sides of the winding surfaces initiate according to FIG. 3, it can be folded in a zigzag shape and with the tips of the folds at the Abut the winding surfaces as in FIG. 4 shown; the points in contact with the winding walls Bodies are expediently with pads made of aluminum or another good heat-conducting Material provided. The axial one that absorbs heat radiation and emits heat by convection

is Körper im Kühlkanal kann aus handelsüblichen gewellten Kunststoffplatten, aus glasfaserverstärktem Gießharz, aus gefaltetem oder gewelltem Preßspan oder anderen geeigneten Materialien bestehen.is body in the cooling channel can be made from commercially available corrugated plastic sheets, made of glass fiber reinforced cast resin, made of folded or corrugated pressboard or other suitable materials.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patentansprüche;Claims;

1, Mit axialen Kühlkanälen durchsetzte luftgekühlte Wicklung für Transformatoren, Drosselspulen und dergleichen induktive Geräte, bei welcher im Abstand von den wärmeabgebenden zylindrischen Oberflächen der Wicklung im Kühlkanal axial ausgedehnte Körper aus Isoliermaterial, insbesondere glattwandige Zylinder, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper zur Erzielung einer hohen Absorption von Strahlungswärme mit schwarzer Farbe bedeckt sind, daß die Oberfläche der Körper durch eine gewellte oder gefaltete Form vergrößert ist, daß die Körper aus gewellten Kunststoffplatten, glasfaserverstärktem Gießharz, gefaltetem oder gewelltem Preßspan oderdgL Material bestehen und daß die die Wicklungswände berührenden Stellen der Körper mit Auflagen aus Aluminium oder einem anderen gut wärmeleitenden Material versehen sind.1, Air-cooled winding interspersed with axial cooling channels for transformers, reactors and the like inductive devices, in which at a distance from the heat-emitting cylindrical Surfaces of the winding in the cooling channel axially extended bodies made of insulating material, in particular smooth-walled cylinders, are arranged, characterized in that the bodies for Achieve a high absorption of radiant heat are covered with black paint that the Surface of the body is enlarged by a corrugated or folded shape that the body consists of corrugated plastic sheets, glass fiber reinforced cast resin, folded or corrugated pressboard oderdgL material and that the parts of the body in contact with the winding walls are provided with supports made of aluminum or another material that conducts heat well.

2. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. da£ die Körper aus handelsüblichen gewellten Kunststoffplatten zusammengebogen sind.2. Winding according to claim 1, characterized. since the bodies are made from commercially available corrugated plastic sheets are bent together.