DE19745812A1

DE19745812A1 - Transformer with frame-shaped plate packet for power supply system

Info

Publication number: DE19745812A1
Application number: DE1997145812
Authority: DE
Inventors: Alain Berthet; Jean-Francois Ravot; Serge Therry
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Secheron SA
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 1999-04-22

Abstract

The transformer has coils on at least two arms of the frame-shaped packet consisting of at least four winding pairs. A central space is divided by at least one transverse yoke into spaces into which the coils protrude. The arms are directly adjacent to each other. Externally closed short circuit yokes arranged on the sides of the coils remote from the divided spaces between the arms are connected to the arms via intermediate yokes

Description

TECHNICAL AREA

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator mit rahmenförmigem Blechpaket. Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Transformator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a transformer with a frame Sheet pack. The invention is based on a transformer according to the preamble of claim 1.

Transformatoren genannter Art sind beispielsweise bekannt durch die EP 656 637.Transformers of the type mentioned are known for example from EP 656 637.

TECHNOLOGICAL BACKGROUND AND PRIOR ART

Statische Frequenzumformer in Verbindung mit Transformatoren stellen heutzutage die bevorzuge Wahl dar für die Kopplung von Bahnstromsystemen und nationalen Energieversorgungsnetzen. Aus historischen Gründen haben Bahnstromsysteme in vielen Ländern eine von den nationalen Energieversorgungsnetzen unterschiedliche Frequenz, oder sie werden alternativ dazu mit Gleichstrom betrieben. Obwohl für die Bahnstromversorgung eigene Kraftwerke installiert sind, erzwingt die große Fluktuation des Energiebedarfs im Bahnnetz ebenfalls eine Kopplung an nationale Energieversorgungsnetze. Neben einer permanenten Lieferung eines Teilbedarfs kann mittels dieser Kopplungen das Bahnstromsystem stabilisiert werden. Zudem kann ebenfalls aus dem Bahnnetz in das nationale Netz zurückgespeist werden.Place static frequency converters in connection with transformers nowadays the preferred choice for the coupling of traction current systems and national energy supply networks. For historical reasons Traction current systems in many countries one of the national ones Power supply networks have different frequencies, or they will alternatively operated with direct current. Although for that Traction power supply own power plants are installed, the large forces Fluctuation of the energy requirement in the rail network also requires a coupling national energy supply networks. In addition to permanent delivery A partial requirement can be achieved by means of these couplings be stabilized. In addition, can also from the rail network in the national Be fed back into the grid.

Zur Bereitstellung von 16 2/3 Hz-Energie (25-Hz-Energie für USA) beispielsweise, werden Transformatoren über statische Umrichter mit Leistungshalbleitern wie Gate-Turn-Off-(GTO)-Thyristoren betrieben. Die benötigte Leistung wird dabei allgemein durch Parallelschaltung von mehreren einspeisenden Vierquadrantenstellern über nur einen solchen Transformator erreicht. Hierfür speisen beispielsweise, wie in der EP 656 637 gezeigt, vier Vierquadrantensteller die Unterspannungswicklungen eines solchen Transformators, wobei die Oberspannungswicklung zur Erzielung eines gewünschten Spannungsniveaus entweder in Reihe betrieben werden oder parallel geschaltet sind.To provide 16 2/3 Hz energy (25 Hz energy for USA) for example, transformers are using static converters Power semiconductors such as gate turn-off (GTO) thyristors operated. The required power is generally achieved by connecting in parallel several four-quadrant feeders using just one Transformer reached. For this purpose, for example, as in EP 656 637 shown four four-quadrant adjusters the undervoltage windings such transformer, the high-voltage winding to achieve of a desired voltage level can either be operated in series or are connected in parallel.

Der im genannten Stand der Technik gezeigte Transformator weist dabei ein mit einem kreuzförmigen Zwischenjoch versehenes, rahmenförmiges Blechpaket auf, welches zur Führung des magnetischen Nutzflusses überall gleichen Querschnitt hat. Für den seltenen aber dennoch möglichen Störungsfall eines Kurzschlusses in einem Vierquadrantensteller, kann mit dem Blechpaket in der EP 656 637 nur noch ein verschwindend geringer magnetischer Fluß über die Zwischenjoche geführt werden, da der Magnetkreis für den Nutzfluß des Blechpakets an der kurzgeschlossenen Wicklung unterbrochen erscheint. Derartige Transformatoren weisen also aufgrund ihres rahmenförmigen Blechpakets eine große Bauhöhe auf und bieten zudem keine Möglichkeit einer Redundanz im Kurzschlußfall eines an sie an geschlossen Vierquadrantenstellers.The transformer shown in the cited prior art has one with a cross-shaped intermediate yoke, frame-shaped Sheet pack on which to guide the magnetic useful flow everywhere has the same cross-section. For the rare but possible Failure of a short circuit in a four-quadrant actuator can be done with the laminated core in EP 656 637 is only a negligible one magnetic flux over the intermediate yokes, since the Magnetic circuit for the useful flow of the laminated core on the short-circuited Winding appears interrupted. Such transformers therefore have due to their frame-shaped laminated core, a large height on and also offer no possibility of redundancy in the event of a short circuit they closed at four-quadrant.

PRESENTATION OF THE INVENTION

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden, das heißt, einen Transformator mit rahmenförmigem Blechpaket so auszubilden, daß vergleichsweise zum Stand der Technik die Bauhöhe entscheidend reduziert werden kann und zudem eine Redundanz bereitgestellt wird, falls eine Wicklung des Transformators im Störfall eines an sie angeschlossenen Vierquadrantenstellers kurzgeschlossen wird.The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned means to design a transformer with a frame-shaped laminated core that compared to the prior art, the height is crucial can be reduced and redundancy is also provided if a winding of the transformer in the event of a fault connected to it Four-quadrant is short-circuited.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.According to the invention, the object is characterized by the features of the first Claim solved.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß durch die unmittelbar zueinander benachbarten Schenkel und durch die seitlichen Begrenzung des Blechpakets durch Rückschlußjoche die Bauhöhe vergleichsweise niedrig ist.The advantages of the invention can be seen, inter alia, in that immediately adjacent legs and through the side Limitation of the laminated core through yokes in the construction height is comparatively low.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zudem vorgesehen, daß die Querschnitte im gesamten Blechpaket mit Ausnahme der Schenkel auf ein Maß zur Führung des halben Schenkelflusses reduzierbar sind.In a particularly preferred embodiment of the invention is also provided that the cross sections in the entire laminated core with the exception of Legs can be reduced to a measure for guiding half the leg flow are.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, und zwar zeigt die einzige Figur eine Schnittdarstellung durch eine Schenkelebene eines erfindungsgemäßen Transformators. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment explained, and shows the only one Figure is a sectional view through a leg plane transformer according to the invention.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.They are only the elements essential for understanding the invention shown.

WAY OF CARRYING OUT THE INVENTION

In der einzigen Figur ist mit 1 ein Blechpaket eines Transformators bezeichnet. Das Blechpaket 1 umfaßt beispielhaft vier Schenkel 2, die untereinander an ihren Enden mittels Querjochen 3 und einem Zwischenjoch 4 verbunden sind. Zwischen den Querjochen 3 und dem Zwischenjoch 4 bilden sich Fensteretagen 7a, 7b mit mehreren Freiräumen 6, 6a, 6b aus.In the single figure, 1 denotes a laminated core of a transformer. The laminated core 1 comprises, by way of example, four legs 2 which are connected to one another at their ends by means of transverse yokes 3 and an intermediate yoke 4 . Window floors 7 a, 7 b with a plurality of free spaces 6 , 6 a, 6 b form between the transverse yokes 3 and the intermediate yoke 4 .

Erfindungsgemäß sind beiderseits der unmittelbar zueinander benachbarten Schenkel 2 Rückschlußjoche 5 vorgesehen, die ebenfalls mittels der Querjoche 3 und des Zwischenjochs 4a Verbindungen mit den außenliegenden Schenkeln 2 aufweisen. Die Querschnittsflächen des gesamten Blechpakets 1 ist mit Ausnahme der Schenkel 2 für die Führung des halben magnetischen Flusses in den Schenkel 2 ausgelegt. Die Schenkel 2 haben einen Querschnitt für die Führung des gesamten Nutzflusses im Transformator.According to the invention 2 yoke 5 are provided on both sides of the directly adjacent legs, which also have connections to the outer legs 2 by means of the transverse yokes 3 and the intermediate yoke 4 a. The cross-sectional areas of the entire laminated core 1 are designed , with the exception of the legs 2, for guiding half the magnetic flux into the legs 2 . The legs 2 have a cross section for guiding the entire useful flow in the transformer.

Erfindungswesentlich ist, daß die Querschnittflächen der Rückschlußjoche 5, der Querjoche 3 und des Zwischenjochs 4, 4a lediglich halb so groß sind, wie die Querschnittsfläche der Schenkel 2. Mit dieser Maßnahme ist es möglich kompaktere, was bedeutet, kleinere Transformatoren mit einer Vielzahl von Wicklungsanordnungen zu bauen im Vergleich zum Stand der Technik. In dem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß mit geringerer Bauhöhe und Baulänge zudem eine Reduzierung des Konstruktionsgewichts sowie des Ölgewichts erzielt wird.It is essential to the invention that the cross-sectional areas of the yoke 5 , the transverse yoke 3 and the intermediate yoke 4 , 4 a are only half as large as the cross-sectional area of the legs 2 . With this measure, it is possible to build more compact, which means to build smaller transformers with a large number of winding arrangements compared to the prior art. In this context, it should be pointed out that with a lower overall height and overall length, the construction weight and the oil weight are also reduced.

Jeder Schenkel 2 ist mit zwei Wicklungspaaren 8a, b versehen, wobei jedes Wicklungspaar aus einer Oberspannungs- und einer Unterspannungswicklung besteht. Für jede Wicklung schließt sich der magnetische Kreis ausgehend von einem Schenkel 2 über das Zwischenjoch 4, 4a ein Querjoch 3 und über ein Rückschlußjoch 5. In dieser kompakten neuen Bauweise hat somit jede Wicklung einen magnetischen Kreis im Blechpaket. Besonders vorteilhaft einer oben beschriebenen Transformatoranordnung ist, daß selbst bei Ausfall einer Wicklung 8a, 8b, das heißt, bei einem unerwarteten Kurzschluß, jede unbetroffene weitere Wicklung 8a, 8b unbeeinflußt mit dem Nennwert des Nutzflusses weiterbetrieben werden kann.Each leg 2 is provided with two pairs of windings 8 a, b, each pair of windings consisting of an overvoltage and an undervoltage winding. For each winding, the magnetic circuit closes, starting from a leg 2 via the intermediate yoke 4 , 4 a, a transverse yoke 3 and a yoke 5 . In this compact new design, each winding has a magnetic circuit in the laminated core. It is particularly advantageous of a transformer arrangement described above that even if one winding 8 a, 8 b fails, that is, in the event of an unexpected short circuit, any unaffected further winding 8 a, 8 b can continue to be operated unaffected by the nominal value of the useful flow.

Wenn derartige Transformatoren für die Kopplung von Bahnstromnetzen, 16 2/3 Hz oder 25 Hz, mit nationalen Energieversorgungsnetzen, 50 Hz oder 60 Hz, über Frequenzumformereinrichtungen eingesetzt werden, wird im Kurzschlußfall einer Wicklung dennoch eine Versorgung mittels der verbleibenden Wicklungen gewährleistet. Ein derartiger Kurzschluß einer Wicklung kann beispielsweise seinen Ursprung im Versagen eines Vierquadrantenstellers in einer Frequenzumformereinrichtung haben. Bekannt ist zwar, alle Oberspannungswicklungen eines Blechpakets für eine möglichst hohe und damit transportierbare Spannung in Reihe zu schalten, neu ist allerdings, daß bei der erfindungsgemäßen Blechpaketanordnung der Ausfall einer Wicklung lediglich mit einem Achtel Spannungsverlust bezogen auf die Gesamtspannung eingeht. Ein derartiger Transformator kann somit weiterbetrieben werden.If such transformers for the coupling of traction current networks, 16 2/3 Hz or 25 Hz, with national energy supply networks, 50 Hz or 60 Hz, used over frequency converter devices, is used in In the event of a short circuit in a winding, a supply is still provided by means of remaining windings guaranteed. Such a short circuit For example, winding can originate in the failure of one Have four quadrant in a frequency converter device. It is known that all high-voltage windings of a laminated core for one to connect the highest possible and therefore transportable voltage in series, what is new, however, is that in the laminated core arrangement according to the invention Failure of a winding is only related to an eighth of the voltage loss to the total voltage. Such a transformer can thus continue to be operated.

Denkbar im Sinn der Erfindung ist ebenfalls der Einsatz einer größeren Anzahl von Wicklungspaaren auf einer entsprechend größeren Anzahl von Schenkeln 2. Des weiteren ist bei einer Anordnung mit nur vier Schenkeln 2 die Anzahl der Wicklungspaare 8a, b durch mehr als zwei Fensteretagen 7a, 7b mit mehreren Querjochen 4, 4a erhöhbar. It is also conceivable in the sense of the invention to use a larger number of pairs of windings on a correspondingly larger number of legs 2 . Furthermore, in an arrangement with only four legs 2, the number of winding pairs 8 a, b can be increased by more than two window levels 7 a, 7 b with a plurality of transverse yokes 4 , 4 a.

Reference list

11

Blechpaket
Sheet pack

22nd

Schenkel
leg

33rd

Querjoch
Transverse yoke

44th

, ,

44th

a Zwischenjoch
a Zwischenjoch

55

Rückschlußjoch
Yoke

66

, ,

66

a, b Freiraum
a, b free space

77

a, b Fensteretage
a, b window floor

88th

a, b Wicklungen
a, b windings

Claims

1. Transformer with rahmenförmigem laminated core (1), in which at least two opposing legs (2) of the laminated core (1) windings (8 a, b) are arranged consisting of at least four pairs of winding, being enclosed by the lamination stack (1) Central free space ( 6 ) is divided by at least one intermediate yoke ( 4 ) arranged transversely to the legs ( 2 ) in such a way that an upper and a lower window level ( 7 a, b) with free spaces ( 6 a, 6 b) are formed in which clearances ( 6 a, 6 b) of the window floors ( 7 a, b) the windings ( 8 a, b) protrude, which consist of high-voltage windings and low-voltage windings arranged coaxially with one another, the high-voltage windings being connected in series, characterized in that

- That the legs ( 2 ) are arranged immediately adjacent to each other,
- That on the free spaces ( 6 a, 6 b) between the legs ( 2 ) from the sides facing the windings ( 8 a, b) to the outside enclosing yoke ( 5 ) are provided, and
- That the transverse to the legs ( 2 ) arranged intermediate yoke ( 4 , 4 a) connects the yoke ( 5 ) with the legs ( 2 ).

2. Transformer according to claim 1, characterized in

- That the cross-sectional areas of the yoke ( 5 ) and the intermediate yoke ( 4 , 4 a) and the cross-sectional area of the legs ( 2 ) at their ends connecting transverse yokes ( 3 ) are designed for guiding half the magnetic flux of the legs ( 2 ).