DE3029416C2

DE3029416C2 - Starkstromtransformator oder -drossel

Info

Publication number: DE3029416C2
Application number: DE3029416A
Authority: DE
Inventors: Bertil Dipl.-Ing. Moritz; Ole Dipl.-Ing. Västeraas Tönnesen
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1979-08-14
Filing date: 1980-08-02
Publication date: 1986-12-18
Also published as: CH655600B; US4323870A; FR2463492A1; BE884717A; FR2463492B1; DE3029416A1; ZA804909B; US4471335A; JPS6358362B2; CA1150375A; SE7906766L; GB2057776A; JPS5630711A; SE418234B; GB2057776B

Description

lie derart formt, daß der Feldvektor in jedem Punkt der Leiteroberfläche parallel zu dieser verläuft Dadurch kann die Stromverdrängung erheblich reduziert werden.

Durch die Maßnahme nach der Erfindung erhalten die radial äußeren Wicklungen im allgemeinen eine trichterförmige Aufbiegung in den axialen Endabschnitten. Diese Aufbiegung kann dadurch erreicht werden, daß die Wicklung aus einer Metallfolie gewickelt ist, deren Ränder umgefaltet, also um 180° gebogen sind. Eine solche umgefaltete Kante hat die weiteren Vorteile, daß die Glimmgefahr an den Bandrändern vermindert wird, daß man einen größeren Leiterquerschnitt und damit einen besseren Füllfaktor erhält und däß die Wicklungskonstruktion steifer wird.

Die genannte Abbiegung kann auch durch längs des Randes des Leiterbandes eingelegte separate Streifen erreicht werden. Diese Streifen können sowohl aus elektrisch leitendem wie elektrisch isolierendem Material bestehen. Der Querschnitt der Streifen kann keilförmig sein.

Man kann auch die axialen Endabschnitte des die Wicklung tragenden Körpers (Formzylinder und/oder Kanalrippen) derart formen, daß bereits die erste Windung der betreffenden Wicklung eine abgebogene Form im Sinne der Erfindung erhält Dabei kann das Einlegen von Streifen zwischen den folgenden Windungen auf eine Randzone von nur einigen Millimetern Breite begrenzt werden. Da das Eindringen der Streifen in die Wicklung relativ klein ist, kann man in diesem Fall ohne Nachteil für die Wärmeleitung in der Wicklung Streifen aus elektrisch isolierendem Material verwenden, was u. a. aus dielektrischen Gründen vorteilhaft ist. Die Streifen sind vorzugsweise selbsthaftend als Klebestreifen ausgebildet wodurch vermieden wird, daß die Streifen sich während des Wickeins der Wicklung gegenüber der Bandkante verschieben. Die gewünschte Form für die Wicklungsenden kann man beispielsweise dadurch bekommen, daß man Klebestreifen in verschiedenen Dicken oder Klebestreifen mit konstanter Dicke verwendet, wobei im letzteren Falle die Anzahl der Klebestreifenschichten zwischen benachbarten Windungen an verschiedenen Stellen auf vorbestimmte Weise variiert.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung schematisch einen Schnitt durch den oberen Teil von zwei auf einem Kernschenkel angebrachten Bandwicklungen,

F i g. 2 eine Ausführungsform, bei der nur der äußere Wicklungsteil eine trichterförmige Aufbiegung aufweist

F i g. 3 bis 7 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zur Bildung einer trichterförmigen Aufbiegung der äußeren Wicklungsenden.

F i g. 1 zeigt einen Teil eines Transformatorkerns mit Schenkel 1 und Joch 2. Konzentrisch um den Schenkel 1 ist eine Innenwicklung 3 und eine Außenwicklung 4 angeordnet, jede Wicklung besteht aus einer Spule aus in mehreren Windungen gewickelter Aluminium- oder Kupferfolie 5 bzw. 6, deren Dicke zwischen 0,01 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,02 und 1 mm liegen kann. Zwischen den Windungen liegt ein Film aus geeignetem Isoliermaterial, beispielsweise Polyäthylenglykolterephthalat, dessen Dicke beispielsweise zwischen 0,01 und 0,05 mm liegt. Die Innenwicklung 3 ist auf ein an dem Schenkel 1 fixiertes Rohr 7 aus beispielsweise glasfaserarmiertem Kunststoff gewickelt Die äußere Wicklung 4 ist auf ein an der inneren Wicklung angebrachtes Rohr 8 aus Isoliermaterial gewickelt In F i g. 1 ist der aus den axialen Enden der Wicklungen austretende magnetische Streufluß durch gestrichelte Linien 9 angedeutet Die axialen Enden der Wicklungen sind so geformt daß die Folien 5 und 6 im wesentlichen dem Verlauf der Streuflußlinien folgen. Da ι ο hierdurch verhindert wird, daß der Streufluß keine senkrecht zu den Folien gerichteten Komponenten hat, kommt es nicht zur Bildung von Wirbelströmen in den Wicklungsleitern, so daß diese eine im wesentlichen konstante Stromdichte über ihren gesamten Querschnitt aufweisen.

Die in F i g. 1 gezeigte Ausführungsform, bei der der axiale Endabschnitt der Innenwicklung 3 nach innen gebogen ist ist herstellungstechnisch nachteilig. Dieser Nachteil kann durch die in Fig.2 gezeigte Ausführungsform vermieden werden, bei welcher die Leiter der inneren Wicklung auch innerhalb des Endabschnittes achsparallel verlaufen. Der am dichtesten am Kernschenkel liegende Teil dieser Wicklung hat entsprechend einer älteren Anmeldung (DE-OS 29 15 791) eine größere axiale Länge als der restliche Teil der Wicklung und bildet dadurch einen zylindrischen Schirm 10, wodurch eine Aufrichtung des Streuflusses unmittelbar am Kernschenkel erreicht wird. Die Außenwicklung 4 dagegen hat eine trichterförmige Abbiegung, so daß die Leiterfolie 6 der Wicklung im wesentlichen den Flußlinien für den resultierenden magnetischen Streufluß folgt.

Da der für eine Transformator- oder Drosselwicklung zur Verfügung stehende Raum normalerweise die Form eines kreisförmigen Hohlzylinders hat, ist es zweckmä-Big, daß die gekrümmten Randabschnitte der Außenwicklung 4 derart ausgebildet werden, daß dieser Wicklungsraum maximal ausgenutzt wird, wie es in F i g. 2 gezeigt ist In gewissen Fällen kann es jedoch zweckmäßig sein, die Außenwicklung mit einer mit zunehmendem Radius abnehmenden axialen Länge auszuführen (siehe Fig. 1). Hierdurch wird unter anderem erreicht, daß die durch die Biegung in der Folie auftretende Biegespannung weiter unterhalb der Bruchspannung bleibt. Der durch die Biegung des Leiterbandes in radialer Richtung entstandene verfügbare Raum an den Wicklungsenden kann beispielsweise mit elektrisch leitendem Material gefüllt werden. Dadurch erreicht man eine weitere Reduzierung der Stromdichte in dem kritischen Bereich an den Wicklungsenden.

Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Endabschnittes der Außenwicklung mit aus leitender Folie bestehendem Leiterband 6 und zwischen den Windungen liegendem Isolierfilm 11. Fig.3 zeigt, wie die trichterförmige Abbiegung des Endabschnittes durch Verwendung von Folie mit umgefaltetem Rand erreicht werden kann. Durch Variation der Breite b des umgefalteten Randabschnittes kann die Trichterform in gewissem Maße an den Verlauf des Streuflusses optimal angepaßt werden. Man kann den umgefalteten Randabschnitt auch walzen, so daß man in den Endabschnitten eine

Foliendicke beträgt.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Leiterband aus zwei parallelen direkt aneinanderliegenden Folien 6a und 6b besteht, von denen jede halb so dick wie das Leiterband ist. Bei beiden Folien sind die Ränder umgefaltet, wobei die umgefalteten Randstreifen beider Folien einander zugewendet sind und verschie-

5 6 %

dene Breite haben. Statt zweier Folien können auch ^

mehrere verwendet werden. Durch diese Ausführung
erreicht man eine Verstärkung der Banddicke in den
axialen Endabschnitten in zwei Stufen, wodurch ein besserer Füllfaktor erzielt wird. 5

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der der für die
axialen Endabschnitte verfügbare Raum dadurch ausge- ,

nutzt wird, daß an den Rändern der Leiterfolie 6 ein I

zusätzlicher separater Folienstreifen 12 mit keilförmi- '._,_:

gern Querschnitt aufgelegt wird. Derartige Folienstrei- 10 ■'

fen kann man natürlich auch bei den Ausführungsfor- |j

men nach F i g. 3 und 4 verwenden, um die Dicke des f'

Leiterbandes an seinem Rande zu variieren. Diese Strei- '4

fen werden dabei zweckmäßigerweise innerhalb des S

umgefalteten Folienrandes angeordnet 15 |ί

Fig.6 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher in Ij

dem Raum zwischen der Innenwicklung 3 und der Au- |

ßenwicklung 4 Kanalrippen 13 angeordnet sind, deren \ß

axiale Endabschnitte so geformt sind, daß bereits die ,3

erste Windung der Außenwicklung trichterförmig her- 20 >

ausgehoben wird. Die gewünschte Form der weiter außen liegenden Windungen wird dabei durch Einfügen
von Klebestreifen zwischen die Windungen in einer relativ schmalen Randzone 14 erreicht

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher an 25
Stelle der zuletzt genannten Klebestreifen elektrisch
isolierende Streifen 15 mit keilförmigem Querschnitt
verwendet werden. Zwischen benachbarten Streifen 15
liegen in diesem Fall, im Gegensatz zu der Ausführungsform nach F i g. 6, mehrere Windungen des Leiterban- 30

des 6, und die Ausfüllung erstreckt sich relativ weit in ]

die Wicklung hinein. Die Ausfüllung ist ungefähr in der '

Mitte zwischen zwei benachbarten Kühlkanälen 16 angeordnet, wo der Temperaturgradient den Wert Null

hat Dadurch wird die Wärmeleitung in radialer Rieh- 35 !

tung durch die Streifen nicht behindert Alternativ kann
die Ausfüllung in den Kühlkanälen angebracht werden.
Die Streifen können eventuell aufgefranst sein, damit sie
beim Aufwickeln nicht gedehnt zu werden brauchen.

Die gemäß der Erfindung abgebogenen Flächen des 40
Bandleiters können in Richtung senkrecht zur Wickelrichtung des Bandes geradlinig (F i g. 3 bis 5) oder gekrümmt (F i g. 1,2,6,7) verlaufen. '

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 45

eo

Claims

1 2 Die vorliegende Erfindung betrifft einen Starkstrom-Patentansprüche: transformator oder eine -drossel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Transformator ist

1. Starkstromtransformator oder -drossel, dessen/ bekannt aus der US-PS 4012 706

deren Kern auf mindestens einem Schenkel eine 5 In Transformatoren und Drosseln mit bandförmiger

Wicklung aus bandförmiger Leiterfolie trägt, die im Leiierfolie (Bandwicklungen) kann zu den Rändern des

wesentlichen konzentrisch auf dem Schenkel ange- Bandes hin eine starke Stromverdrängung auftreten, die

ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits hohe Zusatzverluste und andererseits eine

der Bandleiter (6) zumindest in den radial äußeren starke örtliche Erwärmung in den axialen Endabschnit-

Bereichen der axialen Endabschnitte der Wicklung io ten der Wicklung verursacht Die Stromverdrängung

derart aus seinem Schenkelachsparallelen Verlauf kommt dadurch zustande, daß der im wesentlichen in

abgebogen ist, daß die Bandleiterflächen möglichst Schenkelachsrichtung durch die Wicklungen verlaufen-

paraliel zu den magnetischen Streukraftlinien ver- de magnetische Streufluß in den axialen Wicklungsen-

laufen. den mehr oder weniger stark in radialer Richtung abge-

2. Transformator oder -drossel nach Anspruch 1, 15 bogen wird, um über andere Stellen des Eisenkernes als dadurch gekennzeichnet, daß die genannten abgebo- die <n axialer Verlängerung liegenden Jochteile in den genen Flächen des Bandleiters geradlinig verlaufen. Eisenkern zu gelangen oder sich auf anderem Wege

3. Transformator oder -drossel nach Anspruch 1, außerhalb der Wicklungen zu schließen. Dies hat zur dadurch gekennzeichnet, daß die genannten abgebo- Folge, daß die Wicklungsenden von einem Magnetfluß genen Flächen des Bandleiters gekrümmt verlaufea 20 mit einer radialen Komponente durchdrungen werden,

4. Transformator oder Drossel nach einem der die Wirbelströme im Wicklungsleiter erzeugt, wodurch Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei zu den unvermeidlichen, vom Leiterstrom verursachten einer Wicklung mit einem radial inneren Wicklungs- ohmschen Verlusten weitere Verluste hinzukommen, teil (3) und einem zu diesem radial äußeren Wick- Diese Wirbelstromverluste erhöhen die Erwärmung in lungsteil (4) das Leiterband in den axialen Endab- 25 den Wicklungsenden, so daß dort örtlich hohe Temperaschnitten des äußeren Wicklungsteils (4) einen in turwerte auftreten können.

Richtung zum Bandrand sukzessiv zunehmenden Aus der US-PS 40 12 706 sind verschiedene Maßnah-

Abstand von der Achse der Wicklung (3,4) aufweist men zur Herabsetzung dieser Zusatzverluste bekannt

5. Transformator oder Drossel nach Anspruch 3 Eine Maßnahme sieht die Anordnung von Körpern hound 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer- 30 her magnetischer Leitfähigkeit an den Wicklungsenden Schnittskrümmung des Leiterbandes an den axialen vor, durch welche der Streufluß in den Endabschnitten Endabschnitten des äußeren Wicklungsteils (4) mit der Bandleiterwicklung in axialer Richtung ausgerichtet zunehmendem Abstand von der Achse der Wicklung wird. Eine andere Maßnahme sieht an den Wicklungsen-(3,4) größer wird. den drahtgewickelte Wicklungsabschnitte vor, die eben-

6. Transformator oder Drossel nach einem der 35 falls zu einer axialen Ausrichtung des Streuflusses im vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- axialen Endbereich der Bandleiterwicklungen führen, net, daß die Wicklung (4) eine mit zunehmendem Gemäß einer dritten Maßnahme bestehen die axialen Radius abnehmende axiale Länge hat. Seitenabschnitte des Bandleiters aus einzelnen Leiter-

7. Transformator oder Drossel nach einem der streifen, die transportiert angeordnet sind, wodurch ervorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- 40 reicht wird, daß sich die Wirbelströme über die axiale net, daß der durch die Herausbiegung des Leiterban- Länge dieser Endabschnitte gleichmäßig verteilen.

des (6) in den axialen Endabschnitten in radialer Aus der DE-AS 12 92 745 ist eine Maßnahme be-

Richtung entstandene verfügbare Raum durch sepa- kannt, um bei sehr großen Transformatoren, die drahtrate, vorzugsweise selbsthaftende Streifen (12) ins- gewickelte Lagen- oder Scheibenwicklungen tragen, die besondere mit keilförmigem Querschnitt ausgefüllt 45 im Kurzschlußfalle in axialer Richtung auf die Wicklung ist, die längs der Ränder des Leiterbandes angeord- wirkenden Kräfte herabzusetzen. Zu diesem Zweck ernet sind. hält der Schenkel eine paraboloidähnliche Form, dessen

8. Transformator oder Drossel nach Anspruch 7, Erzeugende mit einer Kraftröhre des durch die Wickdadurch gekennzeichnet, daß die genannten Streifen lung erzeugten Magnetflusses zusammenfällt. Die aus elektrisch isolierendem Material bestehen. 50 Wicklung ist dann so gewickelt, daß sie sich der genann-

9. Transformator oder Drossel nach den Ansprü- ten Form des Schenkels exakt anpaßt

chen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rän- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

der des Leiterbandes (6) umgefaltet sind. Starkstromtransformator oder eine -drossel der gat-

10. Transformator oder Drossel nach Anspruch 9, tungsgemäßen Art zu entwickeln, bei welchem/welcher dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterband (6) aus 55 die Unterdrückung der Zusatz Verluste mit geringerem zueinander parallelen, mit den Flachseiten aneinan- Aufwand erreicht wird.

der anliegenden Folien (6a, 6b) mit umgefalteten Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein/eine Starkstrom-Rändern besteht wobei die umgefalteten Abschnitte transformator oder eine -drossel gemäß dem Oberbeder einzelnen Folien unterschiedlich breit sind. griff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher/welche

11. Transformator oder Drossel nach einem der 60 erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anvorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- Spruches 1 genannten Merkmale hat.

net, daß der die Wicklung tragende Körper (7, 13) Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in derart ausgebildet ist, daß seine Anlagefläche für die den weiteren Ansprüchen genannt.
Wicklung an den axialen Endabschnitten aus dem Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht im schenkelachsparallelen Verlauf derart abgebogen 65 Gegensatz zu den bekannten Lösungen, bei denen das ist, daß die Anlagefläche möglichst parallel zu den magnetische beeinflußt wird, darin, die Lage des Leitermagnetischen Streukraftlinien verläuft. materials dem Verlauf des magnetischen Feldes anzupassen, und zwar so, daß man die bandförmige Leiterfo-