DE2417125C3 - Leistungstransformator - Google Patents

Description

klingen so geschaltet sind, daß an jedem Kernschenke] zwei Einheiten der Wicklung gebildet werden, die untereinander elektrisch in Reihe liegen.

Eine wirksame Kühlung der Primärwicklung bei kompakter Bauweise ergibt sich, wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eine der am ersten Kernschenkel des Magnetleiters angeordneten Einheiten der Primärwicklung durch einen aus Isolierstoff gefertigten Schlauch mit einer am zweiten Kernschenkel des Magnetleiters angeordneten Einheit und eine andere am ι ρ ersten Kernschenkel des Magnetleiters angeordnete Einheit der Primärwicklung durch einen anderen aus Isolierstoff gefertigten Schlauch mit einer anderen am zweiten Kernschenkel des Magnetleiters angeordneten Einheit der Wicklung verbunden ist, um einen Durchfluß der Kühlflüssigkeit durch alle Windungen dieser Einheiten zu gewährleisten.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Prinzipschaltbild eines induktiv-kapazitiven Wechselstromstabilisators zur Hochstromversorgung von elektrotechnologischen Anlagen; F i g. 2 den Leistungstransformator im Querschnitt; F i g. 3 die Draufsicht auf den in F i g. 2 abgebildeten Transformator, teilweise geschnitten;

Fig.4 die Vorderansicht auf eine Einheit des Magnetleiters des Transformators;

F i g. 5 die Seitenansicht auf die in F i g. 4 abgebildete Einheit des Magnetleiters;

Fig.6 eine Windung der Primärwicklung des Leistungstransformators;

F i g. 7 den Schnitt durch die Windung gemäß F i g. 6 längs der Linie VII-VlI;

F i g. 8 die elektrischen sowie die Kühlflüssigkeitsverbindungen zwischen den Windungen der Primärwicklung des Leistungstransformators;

F i g. 9 die Vorderansicht des Leistungstransformators;

Fig. 10 den die Sekundärwicklung des Leistungstransformator darstellenden Schienenleiter; Fig. 11 den Schnitt längs der Linie XI-XI aus F ig. 10; F i g. 12 den Anschluß einer vertikalen elektrotechnologischen Anlage an den Leistungstransformator;

Fig. 13 den Anschluß einer horizontalen elektrotechnologischen Anlage an den Leistungstransformator.

Der in F i g. 1 dargestellte induktiv-kapazitive Wechselstromstabilisator ist eine dreiphasige Sternschaltung und enthält eine Kapazität 1, die an die voreilende Phase A angeschlossen ist, eine Drosselspule 2, die an die nacheilende Phase C angeschlossen ist, und einen Leistungstransformator 3, dessen Primärwicklung in die Phase B eingeschaltet ist, während an die Sekundärwicklung des Transformators 3 eine Belastung 4 angeschlossen ist. Dabei müssen die Reaktanzen der Kapazität 1 und der Drosselspule 2 gleich sein, wobei der freie Nullpunkt sich bei gleichbleibendem Wert des Stromes in der Primärwicklung des Leistungstransformators 3 in einer Funktion f(z, —) bewegt, wo R und ζ

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die Widerstände der Belastung 4 sind.

Mit einer Verminderung i.:> gesamten Leistungsfaktors des Leistungstransformators, des Sekundärkreises und der Belastung steigt die Spannung und der kapazitive Strom an, was eine Asymmetrie der Belastungen im dreiphasigen Netz hervorruft. Die Erhöhung des Leistungsfaktors und Verminderung der Spannungs- und Leistungsverlüste gelingt durch die nachfolgend beschriebene Konstruktion des Leistungstransformators.

Der in Fi g. 2 und 3 ersichtliche Leistungstransformator 3 hat einen zweischenkligen Magnetkern 5, der einen Teil der Windungen der Primärwicklung 6 und einen unbeweglichen Schienenleiter 7 umschließt, der als Sekundärwicklung dient Der Magnetkern 5 ist aus einstückigen kaltgewalzten Transformatorenblechen geschichtet, welche mit vier oder mehr Ankerschrauben 8 zusammengezogen sind und besteht aus einer oder mehreren Einheiten.

Auf F i g. 4 und 5 ist eine Einheit 9 des Magnetkerns 5 gezeigt, wobei die fugenfreie Bauweise aus einstückigen Blechen ersichtlich ist Die Transformatorenbleche werden so ausgestanzt, daß die Achsen der Schenkel mit der Walzrichtung zusammenfallen, und der Querschnitt der Joche wird größer als der Querschnitt der Schenkel genommen. Dabei ergibt sich eine wesentliche Verminderung der Magnetisierungs-Amperewindungen und eine Vergrößerung der magnetischen Flußdichte.

Die Stirnseiten jeder Einheit 9 des Magnetkerns 5 sind durch Platten 10 entsprechender Form gestützt und die Ankerschrauben 8 und die Platten 10 sind von der Einheit 9 des Magnetkerns isoliert, um die Bildung von Kurzschlußwindungen zu vermeiden. Die Schenkel des Magnetkerns 5 sind mit Isolationsbiechen 11, 12 umklebt

Der in F i g. 2 gezeigte Magnetkern 5 besteht aus zwei Einheiten 9, die auf einer gemeinsamen Grundplatte 13 montiert sind. Die Länge jeder Einheit 9 beträgt ca. 1 m. Diese Abmessung wird durch die für die Ankerschrauben 8 zulässigen Kräfte bestimmt.

Die Anzahl der Einheiten 9 des Magnetkerns 5 wird durch die Länge des unbeweglichen Schienenleiters 7 des Sekundärkreises bestimmt und kann von 1 bis 6 Einheiten betragen. Eine größere Anzahl von Einheiten ist im Hinblick auf die erforderliche Starrheit der Konstruktion des Magnetkerns nicht zweckmäßig.

Zwischen den Einheiten 9 des Magnetkerns 5 sind Dichtungszwischenlagen 14 aus ölimprägniertem Holz oder einem anderen Isolierstoff eingelegt. Nach der Zentrierung der Einheiten 9 werden diese mit einer Vergußmasse 15 auf der Basis von Epoxydharz oder einem anderen Isolierstoff vergossen, der Klebeeigenschaften aufweist.

In Richtung der Schenkel wird der Transformator mittels einer oberen Platte 13' und einer unteren Grundplatte 13 mit Stiftschrauben 16 verspannt, was dem Magnetkern eine ausreichende Starrheit verleiht. Die obere und die untere Grundplatten 13 und 13' werden aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, z. B. Stahl, hergestellt.

Die Primärwicklung 6 des Transformators 3 ist einlagig, wassergekühlt und aus einzelnen Windungen zusammengesetzt ausgeführt Jede Windung besteht gemäß Fig.6, 7 aus einem rechteckigen, U-förmig gebogenen Kupferrohr 17. Der Kanal 18 des Rohres 17 ist asymmetrisch zur Innenseite der Windung versetzt und dient für den Durchfluß des Kühlwassers. Diese Verlagerung des Kanals 18 des Rohres 17 ermöglicht eine Annäherung der stromführenden Teile der Primärwicklung 6 an den unbeweglichen Schienenleiter 7, der die Sekundärwicklung des Transformators 5 darstellt, was eine Verminderung des Streuflusses zwischen diesen Wicklungen bezweckt.

Zur Verstärkung der Windungsisolation wird auf das Rohr 17 ein Band 19 aus Glashartgewebe oder einem anderen isolierenden und wärmebeständigen Material

aufgeklebt, wonach das Rohr 17 mit Isolierband 20 aus Glasmikanit oder einem anderen wärmebeständigen Isolierstoff umwickelt wird.

Die Windungen der Primärwicklung 6 umgreifen die Schenkel des Magnetkerns 5. Die Stirmeile der Wicklung werden mit in Fig.3 ersichtlichen Keilen verkeilt, die aus öHmprägniertem Holz gefertigt sind. Jede Windung umschließt den Schenkel des Magnetkerns 5 im Längsschnitt auf seiner ganzen Länge. Dabei sind die Enden der benachbarten Windungen der ι ο Primärwicklung 6 entgegengesetzt gerichtet.

Die äußeren Abschnitte der Primärwicklung werden mit Platten 22 aus einem Isolierstoff abgedeckt und dabei auch an den Magnetkern angedrückt. _ Auf Fig.8 ist das Schaltbild der Windungen der Primärwicklung und ihre Anordnung an den Magnetkernschenkeln gezeigt.

Am ersten Schenkel des Magnetkerns sind gleichsinnig aufgeschobene Windungen 23,24 und 25 angeordnet und elektrisch untereinander durch Überbrückungen 26 in Reihe geschaltet. Sie bilden eine Einheit der Primärwicklung mit Ausführungen 27 und 28. Entgegengesetzt und untereinander gleichsinnig sind Windungen 29, 30 und 31 der Primärwicklung aufgeschoben und durch Überbrückungen 32 elektrisch verbunden. Diese bilden eine andere Einheit der Primärwicklung mit Ausführungen 33, 34 auf dem gleichen Schenkel des Magnetkerns.

Am zweiten Schenkel des Magnetkerns sind Windungen 35, 36 und 37 angeordnet und durch Überbrückungen 38 verbunden; diese bilden eine Einheit der Primärwicklung mit Ausführungen 39, 40. Die weiteren Windungen 41,42,43 sind durch Überbrückungen 44 in Reihe geschaltet und bilden eine andere Einheit der Primärwicklung mit Ausführungen 45, 46 auf dem zweiten Schenkel des Magnetkerns.

Die Ausführung 28 ist elektrisch mit der Ausführung 33 durch eine Überbrückung 47 verbunden. Auf diese Weise bilden die Windungen 23, 24, 25 und 29, 30, 31 einen Teil der Primärwicklung, die am ersten Schenkel angeordnet ist.

Die Ausführung 40 ist durch eine Überbrückung 48 mit der Ausführung 45 elektrisch verbunden. Auf diese Weise bilden die Windungen 35,36,37 und 41,42,43 den anderen Teil der Primärwicklung 6, die am zweiten Schenkel angeordnet ist

Die Verbindung dieser Teile der Primärwicklung kann parallel oder in Reihe erfolgen, wodurch die Primärwicklung des Transformators gebildet wird. In F i g. 8 ist z. B. die Reihenschaltung der Ausführungen 23 und 46 durch eine Überbrückung 49 gezeigt

Die Ubcrbrückürigen 26, 32, 38 und 44 (Fig. 9) bestehen aus mit Mikaband isolierten Kupferrohren 50, die den gleichen Querschnitt wie auch die Rohre 17 aufweisen, aus denen die Windungen der Primärwicklung hergestellt sind. Bei ungenügendem Querschnitt der Verbindungsrohre 50 werden diese durch Kupferüberbrückungen 51 überbrückt
Auf diese Weise bilden die Windungen 23, 24, 25 einen gemeinsamen Kanal für die Wasserkühlung und werden mit den Windungen 35, 36, 37 durch eine Überbrückung 52 verbunden, die aus einem Schlauch 53 (siehe F i g. 3) ausgeführt ist. Ebenso sind die Windungen 29, 30, 31 mit den Windungen 41, 42, 43 mittels einer Überbrückung 54 verbunden, die aus einem Schlauch 55 besteht.

Mit Pfeilen 56 ist die Durchflußrichtung des Kühlwassers durch die Windungen 23,24,25 und 37,36, 35 angegeben. Mit Pfeilen 57 ist die Durchflußrichtung des Kühlwassers durch die nacheinander folgenden Windungen 41, 42, 43 und 31, 30, 29 angegeben. Bei einer solchen Anordnung der Ein- und Austrittsstelle des Wassers bleiben die Windungen der Primärwicklung selbst in einem Störungsfall mit Wasser gefüllt. Das Kühlwasser wird über Stutzen 58 (siehe F ι g. 9) zu- und abgeleitet.

Nach der Montage der Windungen der Primärwicklung 6 an den Schenkpin des Magnetkerns 5 wird innerhalb des Magnetkerns 5 zwischen die Windungen der unbewegliche Schienenleiter 7 eingesetzt der gleichzeitig die Sekundärwicklung des Leistungstransformators darstellt.

Der Schienenleiter 7 ist, wie in Fig. 10, 11 gezeigt, hergestellt durch das Verschweißen von zwei Kupferschienen 59 oder durch das Querschnittsverformen eines runden Rohres oder durch das Pressen eines hohlen rechtwinkligen Profils. Zwischen den Schienen 59 entsteht ein Kanal 60, der für den Durchfluß der Kühlflüssigkeit dient

Für den Anschluß der Belastung an den Leistungstransformator hat der Schienenleiter Ausführungen 61, die aus Kupferschienen oder flexiblen Schienenleitern mit entsprechendem Querschnitt gefertigt sind, und für die Zu- und Ableitung des Kühlwassers zwei Stutzen 62, die mit dem Kanal 60 kommunizieren. Der Schienenleiter ist durch Streifen 63 aus Glasmikaband oder einem anderen geeigneten Isolierstoff isoliert.

Fig. 12. zeigt die schematische Anordnung des Leistungstransformators 3 der beschriebenen Konstruktion für vertikale elektrotechnologische Anlagen, deren bewegliche Stromzuführungen 64 im Abstand übereinander liegen, wie es z. B. bei Vakuum-Lichtbogenöfen, elektrischen Schlackenumschmelzofen u.dgl. der Fall ist Dabei sind auch die flexiblen Stromzuführungen 65 vom Leistungstransformator zu den beweglichen Stromzuführungen 64 der Anlage gezeigt

Bei unbeweglichen Stromeinführungen der Anlage werden die Stromzuführungen starr mit Temperaturdehnungsausgleichern zur Änderung der Lage zwischen den Stromeinführungen der Anlage ausgeführt

In r ig. 13 ist uic Anöfunüng ucs Lcistüngätränsförmators 3 für horizontal angeordnete Anlagen dargestellt Die Anlage selbst ist nicht gezeigt Die Stromeinführungen 64 sind hier in horizontaler Ebene voneinander entfernt wie es z. B. in Anlagen der Induktionserhitzung, Induktions-Muffelerhitzungseinrichtungen u. dgl. der Fall ist

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Leistungstransformator, dessen Primärwicklung einen der Zweige eines induktiv-kapazitiven Wechselstromstabilisators zur Hochstromversorgung von elektrotechnologischen Anlagen bildet und dessen Sekundärkreis einzelne, starre Schienenleiter zu in großem Abstand voneinander gelegenen Stromzuführungen einer elektrotechnologischen Anlage aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Schienenleiter (7), der die Stromzuführungen mit dem Sekundärkreis verbindet, eine Länge von etwa dem Abstand zwischen diesen aufweist und zugleich die Sekundärwicklung des Transformators bildet, und daß der von dem starren Schienenleiter durchsetzte zweischenklige Magnetkern (5) des Transformators aus einstückigen kaltgewalzten Blechen mit vergrößertem Jochquerschnitt besieht und sich einteilig oder in mehrere Einheiten (9) unterteilt, über die gesamte Länge des Schienenleiters (7) erstreckt und die Schenkel des Magnetkernes (5) jeweils mit einem Teil der Primärwicklung (6) einlagig bewickelt sind, wobei der von den bewickelten Schenkeln und den unbewickelten Jochen des Magnetkernes (5) begrenzte Teil des Kernfensters von dem Schienenleiter (7) ausgefüllt und derart durchsetzt ist, daß der Schienenleiter (7) mit seinen schmalen Seiten den Jochen zugewandt ist und zentral zwischen den im Kernfenster liegenden Primärwicklungsteilen angeordnet ist, und daß die Primärwicklung (6) aus Profilrohr (17) hergestellt ist, in dem ein Kanal (18) für den Durchfluß einer Kühlflüssigkeit asymmetrisch mit einer Verlagerung zur Innenseite der Windung vorgesehen ist

2. Leistungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Schienenleiter (7) mit einem rechteckigen Querschnitt und auf der ganzen Länge mit eine.n Kanal (60) für den Durchfluß einer Kühlflüssigkeit ausgebildet ist.

3. Leistungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (6) aus U-förmigen Windungen besteht, die so angeordnet sind, daß die Enden der jeweils benachbarten Windungen an abgekehrten Seiten der Kerne des Magnetleiters (5) liegen und an beiden Seiten jedes Kernes mittels Überbrückungen (26, 32, 38, 44) so geschaltet sind, daß an jedem Kernschenkel zwei Einheiten der Wicklung (6) gebildet werden, die untereinander elektrisch in Reihe liegen.

4. Leistungstransformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der am ersten Kernschenkel des Magnetleiters (5) angeordneten Einheiten der Primärwicklung (6) durch einen aus Isolierstoff gefertigten Schlauch (53) mit einer am zweiten Kernschenkel des Magnetleiters (5) angeordneten Einheit und eine andere am ersten Kernschenkel des Magnetleiters (5) angeordnete Einheit der Primärwicklung (6) durch einen anderen aus Isolierstoff gefertigten Schlauch (55) mit einer anderen am zweiten Kernschenkel des Magnetleiters (5) angeordneten Einheit der Wicklung (6) verbunden ist, um einen Durchfluß der Kühlflüssigkeit durch alle Windungen dieser Einheilen zu gewährleisten.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leistungstransformator, dessen Primärwicklung einen der Zweige eines induktiv-kapazitiven Wechselstrom-Stabilisators zur Hochstromversorgung von elektrotechnologischen Anlagen bildet und dessen Sekundärkreis einzelne, starre Schienenleiter zu in großem Abstand voneinander gelegenen Stromzuführungen einer elektrotechnologischen Anlage aufweist

Ein konstruktiv in dieser Weise ausgebildeter Leistungstransformator ist aus der DE-AS 10 51 962 bekannt, wobei dieser allerdings nicht als Element in einen induktiv-kapazitiven Wechselstromstabilisator eingeschaltet ist und keine Maßnahmen entnehmbar sind, den als Sekundärwicklung dienenden Schienenleiter mit möglichst geringen Verlusten an den Sekundärkreis anzuschließen.

Die Erzielung eines günstigen Leistungsfaktors bei der Versorgung von elektrotechnologischen Anlagen wie Induktionserhitzungsanlagen für Metalle und Legierungen, Vakuum-Lichtbogenöfen, Schlackenumschmelzöfen u. dgl. mit hohen stabilisierten Wechselströmen bei geringer Spannung und mit in einem großen Abstand voneinander liegenden Stromeinführungen des Verbrauchers ist problematisch.

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Leistungstransformators der vorstehend vorausgesetzten Bauart in der Weise, daß bei einer günstigen gegenseitigen Kopplung der Wicklungen ein hoher LeistungFfaktor erzielt wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der starre Schienenleiter, der die Stromzuführungen mit dem Sekundärkreis verbindet, eine Länge von etwa dem Abstand zwischen diesen aufweist und zugleich die Sekundärwicklung des Transformators bildet, und daß der von dem starren Schienenleiter durchsetzte zweischenklige Magnetkern des Transformators aus einstückigen kaltgewalzten Blechen mit vergrößertem Jochquerschnitt besteht und sich einteilig oder in mehrere Einheiten unterteilt, über die gesamte Länge des Schienenleiters erstreckt und die Schenkt! des Magnetkernes jeweils mit einem Teil der Primärwicklung einlagig bewickelt sind, wobei der von den bewickelten Schenkeln und den unbewickelten Jochen des Magnetkernes begrenzte Teil des Kernfensters von dem Schienenleiter ausgefüllt und derart durchsetzt ist, daß der Schienenleiter mit seinen schmalen Seiten den Jochen zugewandt ist und zentral zwischen den im Kernfenster liegender Primärwicklungsteilen angeordnet ist, und daß die Primärwicklung aus Profilrohr hergestellt ist, in dem ein Kanal für den Durchfluß einer Kühlflüssigkeit asymmetrisch mit einer Verlagerung zur Innenseite der Windung vorgesehen ist. Es kann vorteilhaft sein, wenn der starre Schienenleiter mit einem rechteckigen Querschnitt und auf der ganzen Länge mit einem Kanal für den Durchfluß einer Kühlflüssigkeit ausgebildet ist.

An sich ist aus der BE-PS 4 99 076 eine Transformatorenanordnung bekannt, bei der beide Wicklungen dadurch gekühlt sind, daß sie hohl ausgebildet sind und eine Kühlflüssigkeit durchgeleitet wird. Hier liegen jedoch im Querschnitt der Wicklungsleiter die Kühlflüssigkeitskanäle zentral.

Bei einer konstruktiv vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, daß die Primärwicklung aus U-förmigen Windungen besteht, die so angeordnet sind, daß die Enden der jeweils benachbarten Windungen an abgekehrten Seiten der Kerne des Magnetleiters liegen und an beiden Seiten jedes Kernes mittels Überbrük-