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Die
Erfindung betrifft einen Transformator mit einem Kern, mindestens
einer Primärwicklung und mindestens zwei Sekundärwicklungen
sowie eine Vorrichtung zur Hochspannungs- und Hochleistungsversorgung.
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Derartige
Transformatoren und Vorrichtungen werden beispielsweise bei Elektronenbeschleunigern,
Lasertrennvorrichtungen oder auch Bogenlampen eingesetzt. Regelmäßig
sind hierbei zum Betrieb derartiger Anlagen eine Spannung im Bereich mehrerer
Kilovolt bis hin zu 1.000 kV und ein Strom von mehreren Ampere bereitzustellen.
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Aus
der
FR 1 020 371 ist
eine Schaltungsgruppe von Transformatoren und Gleichrichtern bekannt,
bei der mittels einstellbarer Anzapfungen der Wicklungen auf den
Primärseiten und teilweise auch einstellbarer Anzapfungen
der Wicklungen auf den Sekundärseiten der Transformatoren,
insbesondere der Anteil von Oberwellen dritter Ordnung im Ausgangssignal
der Schaltungsgruppe regelbar ist. Auf den Ausgangsseiten der Transformatoren
wird das Ausgangssignal durch die Gleichrichtung mehrerer phasenverschobener
Spannungen erzeugt.
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Bei
dem Transformator ist aus Sicherheitsgründen auf eine ausreichende
Isolation der Wicklungen gegeneinander sowie der Wicklungen gegenüber
einem auf einem Bezugspotential, in der Regel auf dem Erdpotential,
liegenden Kern zu achten. Bei Hochspannungstransformatoren ergeben
sich hieraus Anforderungen an die Isolation, die zu einem erheblichen
Teil zur Gesamtgröße eines derartigen Transformators
beitragen. Insbesondere wenn eine allen Wicklungen gemeinsame und
der höchsten notwendigen Isolationsfestigkeit einer einzelnen
Wicklung entsprechende Isolationsfestigkeit gefordert wird, ist
hierdurch ein voluminöser Aufbau des Transformators bedingt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen
Transformator sowie eine zugehörige gattungsgemäße
Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der
Technik überwindet. Insbesondere soll ein Transformator
geschaffen werden, der trotz der an ihn gestellten Forderungen bezüglich
einer hohen Ausgangsspannung sowie einer hohen Ausgangsleistung
einen kompakten Aufbau ermöglicht. Des Weiteren soll eine
Vorrichtung zur Hochspannungs- und Hochleistungsversorgung geschaffen
werden, die unter Verwendung eines erfindungsgemäßen
Transformators bei möglichst geringem Störsignalanteil
eine hohe Spannung sowie eine hohe Leistung abzugeben vermag.
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Die
Aufgabe ist durch den im Anspruch 1 bestimmten Transformator sowie
durch die im nebengeordneten Anspruch bestimmte Vorrichtung gelöst. Besondere
Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen
bestimmt.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung weist bei einem Transformator
mit einem Kern, mit mindestens einer Primärwicklung und
mindestens zwei Sekundärwicklungen, bei dem im Betrieb
des Transformators eine erste Sekundärwicklung einen höheren maximal
auftretenden Potentialunterschied gegenüber dem Kern aufweist
als eine zweite Sekundärwicklung, die erste Sekundärwicklung
aufgrund der räumlichen Anordnung der ersten und zweiten
Sekundärwicklung in Bezug auf den Kern eine größere
Isolationsfestigkeit gegenüber dem Kern auf als die zweite Sekundärwicklung.
Hierdurch ist eine Isolationsfestigkeit der jeweiligen Sekundärwicklung
gegenüber dem Kern geschaffen, die dem jeweils gegenüber dem
Kern auftretenden maximalen Potentialunterschied angepasst ist.
Hierdurch ist auch ein kompakter Aufbau des Transformators ermöglicht.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung ist aufgrund einer zwischen
den Sekundärwicklungen und dem Kern angeordneten Isolation
dem jeweils gegenüber dem Kern auftretenden maximalen Potentialunterschied
der Sekundärwicklungen gegenüber dem Kern Rechnung
getragen. Als Isolation kann beispielsweise eine Folie oder eine
Platte aus einem elektrisch isolierenden Material eingesetzt werden. Alternativ
oder ergänzend kann der Hohlraum auch mindestens teilweise
ausgeschäumt werden. Zum Abführen von Wärme
können Schlitze oder sonstige Öffnungen vorgesehen
sein, durch die ein Kühlmittel, beispielsweise Luft, geführt
werden kann. Die Isolation kann auch selbst eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung weist der Transformator
mindestens drei Sekundärwicklungen auf, wodurch er zum
einen drei wahlweise auch unterschiedliche Spannungen auf der Sekundärseite zur
Verfügung stellen kann, zum anderen ergeben sich durch
Serien- bzw. Parallelschaltung von Sekundärwicklungen wahlweise
die Möglichkeiten einer Erhöhung der Ausgangsspannung
bzw. des zur Verfügung stehenden Ausgangsstroms des Transformators.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung ist die Primärwicklung
sowohl auf ihrer dem Kern zugewandten Seite als auch ihrer dem Kern
abgewandten Seite jeweils von mindestens einer Sekundärwicklung
benachbart. Durch einen derartig geschachtelten Aufbau lässt
sich eine besonders innige Kopplung bei dem Transformator realisieren,
was sich günstig bezüglich der Energieübertragung
des Transformators auswirkt. Dergestalt ist auch der an den Sekundärwicklungen
wirksame und die Funktion einer an dieser angeschlossenen äußeren
Schaltung beeinflussende Innenwiderstand des Transformators günstig
beeinflussbar. Insbesondere kann durch einen derartigen geschachtelten
Aufbau ein vorzugsweise niedriger Innenwiderstand des Transformators realisiert
werden, der zum einen mit einen geringen Verlustleistung des Transformators
und zum anderen mit einer auch bei variierender Stromentnahme stabilen
Ausgangsspannung des Transformators einhergeht. Eine geringe Verlustleistung
reduziert auch den für die Kühlung des Transformators
erforderlichen Aufwand.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung sind die Primär-
und Sekundärwicklungen jeweils als Zylinderwicklungen ausgeführt
und zueinander koaxial angeordnet. Hierdurch lässt sich
insbesondere auch ein geschachtelter Aufbau, bei dem die Primärwicklung
jeweils innen- und außenseitig von mindestens einer Sekundärwicklung
benachbart ist, in einfacher Weise realisieren.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung sind die Sekundärwicklungen
in separaten Wickelkammern angeordnet. In einer Ausführungsart
der Erfindung ist mindestens eine der Sekundärwicklungen auf
mindestens zwei, vorzugsweise benachbarte Wickelkammern verteilt.
In einer Ausführungsart der Erfindung sind die Wicklungen
derart auf benachbarte Wickelkammern verteilt, dass insbesondere
die an den Rändern der Wickelkammer benachbarten Windungen
der aufgeteilten Wicklungen zueinander einen möglichst
geringen Potentialunterschied aufweisen. Dergestalt sind die Anforderungen
an die Isolationsfestigkeit zwischen den Wickelkammern gering gehalten.
So kann insbesondere erreicht werden, dass der Abstand zwischen
den Wickelkammern und/oder das zwischen den Wickelkammern einzufügende
Isolationsmaterial zur Gewährleistung einer ausreichenden
Isolation reduziert werden kann.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung sind benachbarte Wickelkammern
durch Windungsseparierungselemente getrennt. In einer Ausführungsart der
Erfindung sind hierbei die Windungsseparierungselemente entlang
einer Schiene frei wählbar positionierbar, wodurch die
Erstreckung der Wickelkammer einstellbar ist. Die freie Wählbarkeit
der Position der Windungsseparierungselemente entlang der Schiene
kann beispielhaft dadurch realisiert sein, dass die Windungsseparierungselemente
auf ihrer der Schiene zugewandten Seite Ausnehmungen aufweisen,
die insbesondere mit der Schiene dergestalt korrespondieren, dass
ein Einrasten der Windungsseparierungselemente entlang der Schiene
ermöglicht ist und dergestalt eine werkzeugfreie Montage
der Windungsseparierungselemente entlang der Schiene realisiert
ist.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung ist die Ausdehnung der
Windungsseparierungselemente in Richtung der Erstreckung der Wickelkammer
angepasst an den Potentialunterschied zwischen den Wickelkammern.
Eine derartige Anpassbarkeit der Ausdehnung der Windungsseparierungselemente
erlaubt die Verwendung von Windungsseparierungselementen, die in
Richtung der Erstreckung der Wickelkammer nur eine derart große
Ausdehnung aufweisen, dass die aufgrund des Potentialunterschieds zwischen
den Wickelkammern geforderte Isolationsfestigkeit realisiert ist.
In einer Ausführungsart der Erfindung ist die Ausdehnung
der Windungsseparierungselemente in Richtung der Erstreckung der
Wickelkammer dadurch wählbar, dass zwei oder mehr Windungsseparierungselemente
stapelbar anordenbar sind.
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In
einer Ausführung der Erfindung weist der Transformator
mindestens drei jeweils einer Phase eines Versorgungsnetzes zugeordnete
Primärwicklungen auf. In einer Ausführungsart
der Erfindung weist der Transformator drei Primärwicklungen
auf, die jeweils einer Phase des Dreiphasen-Drehstromversorgungsnetzes
zugeordnet sind. Durch eine derartige Ausgestaltung eignet sich
der Transformator insbesondere zum Einsatz bei dem in der Industrie üblicherweise
verwendeten Dreiphasen-Drehstromversorgungsnetz.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung weist der Transformator
mindestens neun Sekundärwicklungen auf, von denen jeweils
drei Sekundärwicklungen einer Phase eines Dreiphasen-Drehstromversorgungsnetzes
zugeordnet sind. In einer Ausführungsart der Erfindung
ist eine Sekundärwicklung pro Phase über elektrische
Anschlussklemmen mit jeweils einer weiteren Sekundärwicklung
einer anderen Phase in Reihe geschaltet. Durch eine geeignete Verschaltung
von Sekundärwicklungen unterschiedlicher Phasen lassen
sich Phasen erzeugen, die zwischen den Phasen eines üblichen
Dreiphasen-Drehstromversorgungsnetzes liegen.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung weist der Transformator
als Kern einen Dreischenkelkern auf. Dergestalt eignet sich der
Transformator insbesondere zur Anwendung im Dreiphasen-Drestromversorgungsnetz.
Hierdurch wird ein kompakter und kostengünstiger Aufbau
realisiert. Die Schenkel sind über mindestens ein Joch
miteinander verbunden, insbesondere durch ein unteres und ein oberes
Joch.
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In
einer Ausführungsart sind auf jedem Schenkel des Kerns
des Transformators jeweils eine Primärwicklung sowie mindestens
drei Sekundärwicklungen aufgebracht. Hierbei lassen sich
die drei Schenkel des Transformators weitgehend identisch aufbauen,
was zu einer Kostenreduktion und vereinfachten Herstellung eines
erfindungsgemäßen Transformators führt.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung sind zur Isolation zwischen
Transformatorkern und Wicklungen bzw. zur Isolation zwischen einzelnen
Wicklungen Abstandsleisten zwischen dem Kern und der den Kern benachbarten
Wicklung bzw. zwischen einzelnen Wicklungen vorgesehen. In einer
Ausführungsart der Erfindung stellen die zwischen Kern
und der dem Kern benachbarenden Wicklung sowie die zwischen den
Wicklungen eingebrachten Abstandsleisten sicher, dass zwischen dem
Kern und der ihn benachbarten Wicklung bzw. zwischen den Wicklungen
jeweils ein ausreichender Isolationsabstand eingehalten ist, der
dem auftretenden Potentialunterschied Rechnung trägt.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung ist die Ausdehnung der
Abstandsleisten in einer Richtung quer zur Richtung des Isolationsabstandes
derart gewählt, dass sich zwischen Kern und der ihn benachbarenden
Wicklung bzw. zwischen den einzelnen Wicklungen Luftkanäle
längs der Abstandsleisten ergeben, die alternativ oder
ergänzend zur Bereitstellung der erforderlichen Isolationsfestigkeit
auch der Kühlung der Wicklungen dienen können,
da durch diese Kanäle ein Kühlmedium, insbesondere
ein Luftstrom, führbar ist.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung ist eine Sekundärwicklung,
die im Betrieb des Transformators den geringsten maximal auftretenden
Potentialunterschied gegenüber dem Kern aufweist, auf einer
dem Kern zugewandten Seite der Primärwicklung angeordnet.
Für diese Sekundärwicklung mit dem geringsten
maximal auftretenden Potentialunterschied gegenüber dem
Kern ist die geringste Isolationsfestigkeit gegenüber dem
Kern notwendig und dergestalt ist diese kernnah, d. h. in nur geringem
Abstand vom Kern angeordnet. Damit ist ein den Gesamtaufbau des
Trafos in platzsparender Weise realisiert.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung ist eine Sekundärwicklung,
die im Betrieb des Transformators den höchsten maximal
auftretenden Potentialunterschied gegen den Kern aufweist, auf einer dem
Kern abgewandten Seite der Primärwicklung angeordnet. Durch
eine derartige Beabstandung der Sekundärwicklung von dem
Kern lässt sich eine ausreichende Isolationsfestigkeit
der Sekundärwicklung gegenüber dem Kern erzielen.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung sind auf der dem Kern
abgewandten Seite der Primärwicklung mindestens zwei Sekundärwicklungen
nebeneinander angeordnet. Dergestalt sind Anschlussklemmen der Sekundärwicklungen
in einfacher Weise von außen zugänglich und Sekundärwicklungen eines
derart gestalteten Transformators lassen sich über die
Anschlussklemmen in gewünschter Weise miteinander verschalten
oder einer externen Schaltung zuführen.
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In
einer Ausführungsart der Erfindung bildet der Transformator
einen Hochspannungs-/Hochleistungstransformator zur Erzeugung von
Spannungen im Bereich von ca. 1 kV bis 50 kV und Strömen
im Bereich von ca. 1 A bis 30 A, vorzugsweise zur Erzeugung von
Spannungen im Bereich von ca. 5 bis 20 kV und von Strömen
im Bereich von ca. 2 bis 15 A und insbesondere ein Hochspannungs-/Hochleistungstransformator
mit einer Ausgangsspannung von ca. 12 kV und einem Ausgangsstrom
von ca. 6 A.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zur Hochspannungs-
und Hochleistungsversorgung, bei der die Erzeugung einer Hochspannungs-
und Hochleistungsversorgung für einen gleichstrombetriebenen
Verbraucher dadurch realisiert ist, dass die Vorrichtung neben einem
erfindungsgemäßen Transformator mindestens einen Gleichrichter
aufweist, und dass eine Sekundärwicklung des Transformators
oder eine aus mindestens zwei der Sekundärwicklungen gebildete
Serienschaltung mit Eingangsklemmen des Gleichrichters verbunden
ist.
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In
einer Ausführungsart der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist die mit den Eingangsklemmen des Gleichrichters verbundene
Sekundärwicklung auf einer dem Kern zugewandten Seite der
Primärwicklung angeordnet. Die im Betrieb des Transformators
den geringsten Potentialunterschied in Bezug auf den Kern aufweisende
Sekundärwicklung ist auf der dem Kern zugewandten Seite
der Primärwicklung angeordnet. Sie kann mithin den geringsten
Abstand zum Kern aufweisen.
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In
einer Ausführungsart der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist die Vorrichtung mehrere in Serie geschaltete Gleichrichter
auf und die Eingangsklemmen der Gleichrichter sind mit einer Sekundärwicklung
oder mit einer Serienschaltung von Sekundärwicklungen des
Transformators verbunden. In einer Ausführungsart der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist eine Sekundärwicklung mit Eingangsklemmen
eines ersten Gleichrichters verbunden und eine aus mindestens zwei
Sekundärwicklungen gebildete Serienschaltung mit Eingangsklemmen
eines zweiten Gleichrichters verbunden.
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In
einer Ausführungsart er erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist die Sekundärwicklung mit der niedrigsten
Isolationsfestigkeit an die Eingangsklemmen des Brückengleichrichters
angeschlossen, dessen eine Ausgangsklemme das Bezugspotential einer
Ausgangsgleichspannung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des aus mindestens zwei Gleichrichtern gebildeten Serien-Gleichrichters
bildet.
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In
einer Ausführungsart der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist der Kern des Transformators mit Erde verbunden und
weist Erdpotential auf. In einer Ausführungsart der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist der Kern des Transformators das Bezugspotential
des an die Vorrichtung angeschlossenen Brückengleichrichters
auf.
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In
einer Ausführungsart der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind Sekundärwicklungen, die an Eingangsklemmen
des Serien-Gleichrichters angeschlossen sind, die einen kleinen
Potentialunterschied zum Potential des Kerns aufweisen, in relativ kleinem
Abstand zum Kern, und Sekundärwicklungen, die an Eingangsklemmen
des Serien-Gleichrichters angeschlossen sind, die einen relativ
großen Potentialunterschied zum Potential des Kerns aufweisen,
in relativ großem Abstand zum Kern angeordnet.
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In
einer Ausführungsart der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist der Transformator mehrphasig, insbesondere dreiphasig,
und eine Serienschaltung von Sekundärwicklungen ist von
mindestens zwei Sekundärwicklungen unterschiedlicher Phasen
gebildet. In einer Ausführungsart der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind bei einem Dreiphasen-Drehstromtransformator jeweils eine Sekundärwicklung
einer Phase in Serie mit einer Sekundärwicklung einer weiteren
Phase in der Art einer Zickzackschaltung geschaltet. Neben Sekundärwicklungen,
die nicht mit einer weiteren Sekundärwicklung verschaltet
sind und dementsprechend eine der drei Phasen des Dreiphasenversorgungsnetzes
liefern, stehen drei weitere Phasen zur Verfügung, um dergestalt
den zur Vorrichtung gehörigen Gleichrichter, insbesondere Serien-Gleichrichter,
mit Hilfe von sechs unterschiedlichen Phasen anzusteuern. Die Ausgangsgleichspannung
der Vorrichtung weist einen geringen Störspannungsanteil
auf, insbesondere einem geringen Wechselspannungsanteil. Außerdem
wird der magnetische Fluss effektiv ausgenutzt.
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In
einer Ausführungsart bildet die Vorrichtung eine DC(Direct
Current)-Hochspannungsversorgung bzw. DC-Hochleistungsversorgung
für einen angeschlossenen Verbraucher. In einer Ausführungsart
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung an einen
angeschlossenen Verbraucher eine Gleichstromleistung abgeben. In
einer Ausführungsart der erfindungsgemäßen
Vorrichtung kann die Vorrichtung an den Verbraucher eine Hochspannung
von ca. 12 kV und einem Gleichstrom von ca. 6 A abgeben.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung,
in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele
im einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den
Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale
jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination
erfindungswesentlich sein.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines
Transformators sowie einer Vorrichtung mit einem Transformator,
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Spule des Transformators,
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Schnitts durch die Spule des
Transformators, und
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4 zeigt
eine weitere perspektivische Ansicht eines Schnitts durch die Spule
des Transformators.
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Die 1 zeigt
in schematischer Darstellung eines Ausführungsbeispiels
eines Transformators 1 sowie einer Vorrichtung 2 mit
dem Transformator 1. Der Transformator 1 ist ein
Dreiphasentransformator und weist einen perspektivisch und nur teilweise
dargestellten Kern 4 auf. Der Kern 4 ist zur Vereinfachung
der Darstellung nur für die an einer Anschlussklemme 10 des
Transformators 1 angeschlossene Phase eines Dreiphasen-Drehstromversorgungsnetzes
dargestellt, die an eine Primärwicklung P31 angeschlossen
ist. Die weiteren Primärwicklungen P11, P21 sind über
Anschlussklemmen 6 und 8 an jeweils eine weitere
Phase des Dreiphasen-Drehstromversorgungsnetzes angeschlossen. Die
jeweilige weitere Anschlussklemme der Primärwicklungen
P11, P21 und P31 sind miteinander verbunden, so dass der Transformator 1 primärseitig
in Sternschaltung an das Dreiphasen-Drehstromversorgungsnetz angeschlossen
ist.
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Die
ersten Sekundärwicklungen S32 und S33 sind mit einem ersten
Abstand auf den Kern 4 angebracht. Mit einem zweiten, gegenüber
dem ersten kleiner Abstand ist eine zweite Sekundärwicklung S31
auf den Kern 4 aufgebracht. Die ersten Sekundärwicklungen
S32 und S33 können die äußerste Lage
bilden und/oder die zweite Sekundärwicklung S31 kann die
innerste Lage bilden. Die Primärwicklung P31 ist mit einem
dritten Abstand auf dem Kern 4 angeordnet, der kleiner
ist als der erste Abstand und größer ist als der
zweite Abstand. Für die nur mit einem Schalplansymbol dargestellten
Primärwicklungen P11 und P21 der weiteren Phasen sowie
für weitere nur als Schaltplansymbol dargestellte Sekundärwicklungen
S11, S12, S13, S21, S22 und S23 der weiteren Phasen ist eine analoge
Anordnung bezüglich eines zugehörigen Kerns gegeben.
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Die
zweiten Sekundärwicklungen S11, S21 und S31 sind mit ihren
Wicklungsenden direkt an einer Gleichrichter 46 und 48 aufweisenden
Schaltung 20 über Eingangsklemmen 22, 24, 26, 28, 34 und 36 angeschlossen.
Die ersten Sekundärwicklungen S22 und S33 sind in Serie
geschaltet, und die Serienschaltung der beiden ersten Sekundärwicklungen S22
und S33 ist an den Eingangsklemmen 30 und 32 der
Schaltung 20 angeschlossen.
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Die
zweite Sekundärwicklung S11 ist über die Eingangsklemmen 22 und 24 der
Schaltung 20 an die Eingangsklemmen des Gleichrichters 46 angeschlossen.
Die Ausgangsklemme 50 des Gleichrichters 46 ist
mit der Ausgangsklemme 42 der Schaltung 20 verbunden.
Die Ausgangsklemme 42 der Schaltung 20 bildet
das Bezugspotential einer sich zwischen den Ausgangsklemmen 44 und 42 ausbildenden
Ausgangsspannung der Schaltung 20.
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Die
Gleichrichter 46 und 48 sind in der 1 nur
beispielhaft angegeben. Die Schaltung 20 enthält darüber
hinaus weitere Gleichrichter, die in Serie miteinander verschaltet
sind und einen sogenannten Serien-Gleichrichter bilden, wie dies
im Ausführungsbeispiel durch eine Verbindung der Ausgangsklemme 52 des
Gleichrichters 46 und der Ausgangsklemme 54 des
weiteren Gleichrichters 48 realisiert werden kann. Dergestalt
lässt sich an den Ausgangsklemmen 44 und 42 der
Schaltung 20 eine sehr hohe Gleichspannung erzeugen. An
den Ausgangsklemmen 44 und 42 ist eine in der 1 nicht
dargestellte Last oder eine zu betreibende Anlage als Verbraucher
anschließbar.
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Die
Gleichrichter 46 und 48 sind nur beispielhaft
jeweils als Brückengleichrichter ausgeführt und durch
vier Halbleiterdioden gebildet. Die dargestellten Halbleiterdioden
sind jedoch beispielsweise auch durch Thyristoren oder andere geeignete
elektronische „Ventile" ersetzbar.
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Die 2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer im Ausführungsbeispiel
der 1 durch die Primärwicklung P11 und die
Sekundärwicklungen S11, S12 und S13 gebildeten Spule 60.
Die Primärwicklung P11 ist auf einer dem Kern 4 zugewandten
Innenseite 112 von einer Sekundärwicklung S11
benachbart und auf einer dem Kern 4 abgewandten Außenseite 114 von
den Sekundärwicklungen S12 und S13 benachbart. Die Wicklungen
P11, S11, S12 und S13 sind um den in der 2 nicht
dargestellten Kern 4 zylinderförmig aufgebracht,
und die Sekundärwicklungen S12 sowie S13 bestehen jeweils
aus zwei Teilwicklungen 74, 76 sowie 78, 80,
von denen bei der perspektivischen Ansicht der 2 jeweils
einige Lagen der zugehörigen Windungen erkennbar sind.
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Erste
Windungsseparierungselemente 84 separieren die zweite Sekundärwicklung
S12 von der weiteren zweiten Sekundärwicklung S13. Zweite Windungsseparierungselemente 82 separieren
die zweite Sekundärwicklung S12 in zwei Teilwicklungen 74 und 76,
die jeweils über Anschlussklemmen 66 und 68 verschaltbar
sind. Weitere zweite Windungsseparierungselemente 82 separieren
zwei Teilwicklungen 78 und 80 der weiteren zweiten
Sekundärwicklung S13, welche jeweils über Anschlussklemmen 70 und 72 verschaltbar
sind. Über Anschlussklemmen 62 und 64 ist
das Ende und der Anfang der ersten Sekundärwicklung S11
verschaltbar.
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Die
Primärwicklung P11 weist Anschlussklemmen 92 auf. Über
die Anschlussklemmen 92 ist die Primärwicklung
P11 beispielsweise mit einer Phase eines Dreiphasen-Drehstromversorgungsnetzes verbindbar.
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Die
ersten und zweiten Windungsseparierungselemente 84 und 82 weisen
eine in Richtung der Erstreckung der Wickelkammern unterschiedliche
Erstreckung auf. Durch die größere Erstreckung des
ersten Windungsseparierungselements 84 wird zwischen den
zweiten Sekundärwicklungen S12 und S13 ein größerer
Abstand und damit eine höhere Isolationsfestigkeit gegeneinander
erreicht. Durch das schmalere zweite Windungsseparierungselement 82, das
zur Trennung der Wickelkammern der Sekundärwicklung S12
und S13 dient, wird eine geringere Erstreckung in Richtung der Wickelkammer
und damit eine geringere Isolationsfestigkeit erreicht.
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Abstandsleisten 86 gewährleisten
einen ausreichenden radialen Abstand zwischen der Sekundärwicklung
S11 und der Primärwicklung P11. In den sich zwischen den
Abstandsleisten 86 ausbildenden Zwischenräumen 88 kann
beispielsweise Luft als Kühlmedium die entstehende Verlustwärme
des Transformators 1 abführen. Der in 2 nicht
dargestellte Kern 4 der Spule 60 ist mindestens
teilweise in dem durch die gestrichelten Linien dargestellten Hohlraum 90 der
Spule 60 angeordnet.
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Die 3 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Schnitts durch die Spule 60 des
Transformators 1. Neben den bei den ersten Sekundärwicklungen
S12 und S13 bereits erläuterten ersten und zweiten Windungsseparierungselementen 84 und 82 zeigt
der Schnitt auch bei der zweiten Sekundärwicklung S11 dritte
Windungsseparierungselemente 94. Die Lagen der Sekundärwicklung
S11 sind aus einem Leiter kreisförmigen Querschnitts gebildet.
Diese Querschnittsform ist in den Randbereichen der Sekundärwicklung
S11 jeweils angedeutet. Zwischen der zweiten Sekundärwicklung
S11, der Primärwicklung P11 sowie zwischen der Primärwicklung
P11 und den ersten Sekundärwicklungen S12, S13 sind die
Abstandsleisten 86 angeordnet. Die Primärwicklung
P11 ist aus, wie in den Randbereichen von P11 angedeutet, Leitern
mit einem rechteckförmigen Querschnitt gebildet. Zwischen
den Abstandsleisten 86 bilden sich wiederum freie Kanäle 88 aus,
die zur Kühlung, insbesondere durch einen Luftstrom, dienen.
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Die
Abstandsleisten 86 weisen eine Querschnittsform auf, die
ausgehend von einer Rechteckform durch konkave Ausnehmungen eine
Verjüngung des Querschnitts aufweist, wobei die konkaven
Ausnehmungen an den Seiten angeordnet sind, die den Wicklungen zugewandt
sind. Durch diese Querschnittsform ist eine definierte Anlage der
Abstandsleiste 86 an die benachbarte Wicklung gewährleistet, insbesondere
an vier durch die ursprüngliche Rechteckform vorgegebenen
Eckpunkten. Neben der durch die mit der Ausnehmung realisierten
Materialeinsparung und damit Gewichtsersparnis, ist durch die Ausnehmung
auch ein die Kühlung der Wicklung unterstützender
Kanal gebildet.
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Die 4 zeigt
eine weitere perspektivische Ansicht eines Schnitts durch die Spule 60 des
Transformators 1. Aufgrund der in der 4 gewählten Perspektive
ist die Spule 60 gegenüber der Darstellung in 3 stark
verkürzt dargestellt. Zwischen den Abstandsleisten 86 bilden
sich Kanäle 88 aus, die zur effektiven Kühlung
der Spule beitragen. Auf eine detaillierte Darstellung der Querschnittsform
der zur Bildung der Wicklungen S11, S12, S13 und P11 verwendeten
Leiter wurde in der 4 verzichtet; in Abhängigkeit
von der zur Herstellung der Spule 60 geforderten Biegbarkeit,
der Stromleitfähigkeit sowie der Erzielung einer guten
Wärmeabfuhr können die Wicklungen beispielsweise
durch Leitungen mit einem runden oder einem sonstigen Querschnitt
gebildet sein, insbesondere durch Leitungen mit einem rechteckigen
Querschnitt.
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Der
Transformator 1 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel
insgesamt drei der Spulen 60 auf, die im Wesentlichen identisch
aufgebaut sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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