DE69922094T2

DE69922094T2 - Transformatorkern aus amorphem Metall

Info

Publication number: DE69922094T2
Application number: DE69922094T
Authority: DE
Inventors: Toshiki Shirahata; Masayuki Kitakanbara-gun Horiuchi; Katsutoshi Inagaki; Shinya Kitakanbara-gun Urata
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: US7034648B2; DE69922094D1; US20010033216A1; US20020057180A1; EP0977214A1; EP0977214B1; US6750749B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall, und sie bezieht sich insbesondere auf einen Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall, der in der Lage ist, Kernverluste und Wattverluste zu reduzieren.
Ein Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall, welcher Wechselstromleistung hoher Spannung und kleiner Stromstärke in eine mit niedriger Spannung und hoher Stromstärke transformiert oder umgekehrt, wobei Bleche aus amorphem Metall als Material seines magnetischen Kerns benutzt werden, ist heute sehr gebräuchlich. Was den magnetischen Kern des Transformators mit einem Kern aus amorphem Metall betrifft, wird ein gewickelter Kern oder ein laminierter Kern eingesetzt. Der gewickelte Kern wird hauptsächlich eingesetzt und er ist ausgebildet durch Wickeln von Streifen amorphen Metalls. Wie z.B. in den japanischen Patentanmeldungen Nr. Hei 9-149331 (japanische Offenlegungsschrift Nr. JP-A-10-340815) und JP-A-9254494, setzt ein Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall für drei Phasen 1000 kVA-Verwendung mit einem fünfschenkligen Kern gewickelte Kerne und Spulen in einem Transformatorgehäuse ein. Bei der eigentlichen Gestaltung des Transformators bei diesen verwandten Techniken werden amorphe Magnetstreifen gewickelt, um eine Kerneinheit von ungefähr 170 mm in der Breite und ungefähr 16200 mm² in der Querschnittfläche auszubilden. Zwei Kerneinheiten sind hochkant nebeneinander angeordnet, um einen Satz von Kerneinheiten zusammenzusetzen, um die Querschnittfläche zu erhöhen (in diesem Fall zu verdoppeln). Vier Sätze von Kerneinheiten sind Seite an Seite angeordnet, um einen fünfschenkligen Kern zu bilden. Drei Spulen sind mit dem fünfschenkligen Kern kombiniert, um den Dreiphasen-Transformator zu bilden. Der fünfschenklige Kern weist einen ersten Schenkel, einen zweiten Schenkel, einen dritten Schenkel, einen vierten Schenkel und einen fünften Schenkel auf, angeordnet in dieser Reihenfolge. Die Spulen bestehen aus drei Spulen, welches sind: eine erste Spule, eine zweite Spule und eine dritte Spule, und welche jeweils in dem ersten Schenkel, dem dritten Schenkel und dem vierten Schenkel eingeführt sind. Das eigentliche Gewicht der inneren Kerneinheiten und der äußeren Kerneinheiten liegt jeweils bei etwa 158 kg und etwa 142 kg.
Spulen in einem amorphen Transformator gemäß der verwandten Technik, wie in 4B gezeigt, sind zusammengesetzt aus einer Primärspule 121 und einer Sekundärspule 122 für drei Phasen. Die Primärspule 121 verwendet einen rechteckigen isolierten Kupferdraht, welcher 3,5 mm × 7,0 mm misst, welcher eine Leiterquerschnittfläche von 24,5 mm² aufweist, der in 418 Windungen gewickelt ist. Die Sekundärspule 122 verwendet zwei parallele Kupferleiterstreifen, welche eine Leiterquerschnittfläche von 603,5 mm² aufweisen, der in 13 Windungen gewickelt ist. Die Primärspule 121 ist außerhalb der Sekundärspule 122 in radialer Richtung der Spule angeordnet. Um die im Inneren der Spule erzeugte Wärme herauszulassen, sind Kanalabstandschichten 24 innerhalb der Spulen 2 ausgebildet zum Zirkulieren von Isolationsöl darin. In jeder der Kanalabstandschichten sind Abstandselemente eingefügt, welche eine Mehrzahl von stangenförmigen Elementen 23 aufweist, gezeigt in 4C, um so eine Schleife innerhalb der Spule zu bilden. Da der Transformator mit einem Kern aus amorphem Material in der verwandten Technik hohe Verluste aufweist, ist eine ausreichende Kühlkapazität für die Kanalabstandschichten 24 erforderlich. Demgemäß sind sechs Kanalabstandschichten 24 sowohl zwischen dem zweiten Schenkel und dem dritten Schenkel und zwischen dem dritten Schenkel und dem vierten Schenkel angeordnet. Da die Kanalschichten 24 in koaxialen Schleifen ausgebildet sind, sind beide Spulenenden der Spule 2 angeordnet, wobei sie zu den Kernen durch enge Spalte beabstandet zeigen, was eine Zirkulation eines Isolationsöls verhindert.
Ein weiterer Typ eines Transformators mit einem Metallkern ist in WO 83/02194 offenbart, in welchem eine Mehrzahl von gewickelten magnetischen Spulen aus Metallblechen zusammengesetzt ist und welcher primäre und sekundäre Spulen, um einen Spulenkörper gewickelt, aufweist. Die Primär- und Sekundärspulen sind aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet.
Allgemein ist ein Transformator auf solche Art und Weise konstruiert, dass die Stromdichte in der Primärspule und die in der Sekundärspule beinahe so gleich wie möglich sind, und, dass, wenn unterschiedliche Leitermaterialien für die zwei Spulen verwendet werden, die Stromdichten, kalibriert durch elektrische Widerstände der Spulen, auch beinahe gleich sind. Des Weiteren sind als Verbindungssysteme für Dreiphasen-Transformatoren eine Y-(Stern)-Verbindung und eine Δ-(Delta)-Verbindung bekannt. Wenn die Kapazität des Transformators klein ist, ist die Δ-Verbindung nachteilhaft auf Grund einer größeren Anzahl von erforderlichen Windungen als diejenige, die bei einer Y-Verbindung erforderlich ist. Andererseits, wenn die Kapazität des Transformators im mittleren Bereich oder darüber liegt, ist eine Y-Verbindung nachteilhaft auf Grund dessen, dass eine breitere Querschnittfläche des Leiters erforderlich ist als diejenige, die bei einer Δ-Verbindung erforderlich ist. Daher wird im Bereich kleiner Kapazität von 500 kVA oder weniger eine Y-Δ-Verbindung verwendet und bei einer mittleren Kapazität von 700 kVA oder mehr hauptsächlich eine Δ-Δ-Verbindung verwendet. Bei letzterer verwenden einige Transformatoren auch eine Y-Δ-Verbindung. Wenn eine Y-Verbindung verwendet wird, ist es möglich, die Windungen der Spulenwindung um 1/√3-faches im Vergleich zu der bei einer Δ-Verbindung zu reduzieren. Jedoch ist die Amperezahl des Stroms, welcher durch die Spule fließt, vom gleichen Wert wie der bei einer Δ-Verbindung, was dieselbe Querschnittfläche des Spulenleiters erfordert wie die bei einer Δ-Verbindung. Andererseits, obwohl bei einer Δ-Verbindung das √3-fache der Windungen der Spulenwindungen erforderlich ist zu dem bei einer Y-Verbindung, ist ein Amperewert des durch die Spule fließenden Stroms auf das 1/√3-fache dessen bei einer Y-Verbindung reduziert, was es erlaubt, die Querschnittfläche des Spulenleiters zu verringern.
Ein magnetischer Kern-Spulen-Aufbau, wie in den 7 und 8 der JP-A-10-340815 gezeigt, ist zusammengesetzt aus acht magnetischen Kerneinheiten und drei Spulen. Die magnetische Kerneinheit weist einen Verbindungsabschnitt in einem ihrer Joche auf, und wenn dieser Verbindungsabschnitt geöffnet ist, ist der Kern in einer U-Form ausgebildet, um so in der Lage zu sein, seine Schenkel in die Spulen einzuführen. Nach der Einführung wird der Verbindungsabschnitt geschlossen und der magnetische Kern und die Spule sind zusammengebaut.
Ein Transformatorgehäuse weist eine ähnliche Konfiguration zu der in 3 gezeigten auf, welches den magnetischen Kern-Spulen-Aufbau und Isolationsöl im Inneren aufnimmt und externe Anschlüsse und Außenkühlrippen aufweist. Die externen Anschlüsse sind elektrisch mit den Spulen durch Leitungsdraht verbunden. Die Kühlrippen strahlen die in den Spulen oder Magnetkernen erzeugte Hitze und die Hitze, welche zu dem Isolationsöl übertragen ist, in die Atmosphäre ab, um den Temperaturanstieg innerhalb eines zulässigen Bereichs zu halten. Die Höhe der Kühlrippen ist so gestaltet, dass sie annähernd 100 bis 200 mm beträgt. Es ist vorgeschlagen, dass die gesamte Oberflächenfläche der Kühlrippen etwa zehn Mal so groß sein soll wie die Oberflächenfläche des Gehäuses, und sie ist gestaltet etwa 50 m² zu sein.
Im Fall eines herkömmlichen Transformators mit amorphem Metallkern für eine Dreiphasen-1000-kVA-Ampere-Verwendung werden sich die Gesamtverluste auf annähernd 11730 W anhäufen, einschließlich von Kernverlusten von annähern 330 W und Wattverlusten von ungefähr 11400 W, was eine große Kühlfläche erforderlich macht, um den Temperaturanstieg innerhalb eines zulässigen Bereichs zu halten. Zusätzlich, falls eine Verlustreduzierung angestrebt wird durch Verringerung der Wattverluste, um so die Leiterquerschnittflächen der Primär- und Sekundärspulen zu erhöhen, ist es notwendig, dickere, dementsprechend steifere Kupferdrähte zu verwenden. Das macht die Wicklungsarbeit auf Grund der Steifigkeit der Drähte schwieriger, und zusätzlich wird die Verbindung zwischen der Sekundärspule und dem Leitungsdraht schwieriger, was die Produktivität auf Grund der Erfordernis von mehr Mannstunden verschlechtert.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme der verwandten Technik, wie oben beschrieben, zu lösen. Im Hinblick auf die Aufgabe, die oben erläuterten Probleme zu lösen, schließt die Konstruktion eines Transformators mit einem Kern aus amorphem Metall eine Mehrzahl von gewickelten magnetischen Kernen, zusammengesetzt aus amorphen Metallstreifen, und einer Mehrzahl von Spulen ein, wobei jede der Spulen eine Primärspule und eine Sekundärspule einschließt, gebildet aus unterschiedlichen Materialien zueinander; wobei jede der Spulen weiter einen Spulenkörper einschließt, wobei der Spulenkörper eine höhere Festigkeit aufweist als die der Streifen amorphen Metalls.
In einer anderen Ausführungsform des Transformators mit einem Kern aus amorphem Material besteht die Primärspule aus einer Kupferleiterspule und die Sekundärspule ist zusammengesetzt aus einer Aluminiumleiterspule, und die Sekundärspule ist außerhalb der Primärspule in radialer Richtung der Spule angeordnet.
In der dritten Ausführungsform des Transformators mit einem Kern aus amorphem Material ist die durch einen elektrischen Widerstand kalibrierte Stromdichte der Primärspule größer als die der Sekundärspule.
In einer vierten Ausführungsform des Transformators mit einem Kern aus amorphem Material weist die Sekundärspule in ihrer axialen Richtung eine größere Länge auf als die Primärspule.
In der fünften Ausführungsform des Transformators mit einem Kern aus amorphem Material verwendet die Primärspule einen rechteckigen Kupferdraht und die Sekundärspule einen Aluminiumstreifen.
In der fünften Ausführungsform schließt der Transformator mit einem Kern aus amorphem Material ferner ein Gehäuse ein zur Aufnahme der Magnetkerne und der Spulen, wobei das Gehäuse mit einem isolierenden Kühlmedium gefüllt ist und von einer Fläche des Gehäuses abstehend geformte Kühlrippen aufweist, wobei die Kühlrippen mit einer Höhe von 17 mm bis 280 mm von der Fläche des Gehäuses abstehen und die Gesamtoberfläche der Kühlrippen und des Gehäuses 130 m² oder weniger beträgt.
In der sechsten Ausführungsform des Transformators mit einem Kern aus amorphem Material sind vier gewickelte Magnetkerne und drei Spulen so zusammengesetzt, dass sie einen dreiphasigen Transformator mit fünfschenkligen Magnetkernen bilden.
In einer siebten Ausführungsform des Transformators mit einem Kern aus amorphem Material weist der dreiphasige Transformator eine Kapazität von 750 kVA oder mehr auf, und die drei Spulen sind in einem Δ-Δ-Verbindungssystem verbunden.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall vor, der in der Lage ist, die Gesamtverluste zu reduzieren, was zu einer Verringerung eines Temperaturanstiegs und der Größe der Kühlrippen führt. Die vorliegende Erfindung sieht auch einen Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall vor, der in der Lage ist, die Produktivität zu verbessern.
Das Vorangehende und ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung werden deutlich werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen und der Ansprüche, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden, wobei alle einen Teil der hiesigen Offenbarung dieser Erfindung bilden. Obwohl das vorangehend und folgend Geschriebene und eine erläuternde Offenbarung auf das Offenbaren beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung gerichtet sind, sei es klar verstanden, dass der Bereich der vorliegenden Erfindung durch die Ausdrücke der angehängten Ansprüche limitiert ist.
Das Folgende gibt kurze Beschreibungen der Zeichnungen wider, wobei:
1 eine perspektivische Ansicht eines Magnetkern-Spulen-Aufbaus zeigt mit Klammern für einen Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 eine horizontale Querschnittansicht zeigt in der Ebene II-II des magnetischen Kern-Spulen-Aufbaus in der Ausführungsform.
3 eine perspektivische Ansicht der äußeren Erscheinung des Transformators mit einem Kern aus amorphem Metall der Ausführungsform zeigt.
4A, 4B und 4C Diagramme zeigen, welche die Auslegungen der Kanalabstandsschichten in Spulen des Transformators mit einem Kern aus amorphem Metall darstellen. 4A zeigt eine Auslegung der Kanalabstandsschichten in der Ausführungsform. 4B zeigt eine Auslegung der Kanalabstandsschichten bei der verwandten Technik. 4C zeigt ein Abstandselement in der Ausführungsform.
5A einen Querschnitt der Spule zeigt, zusammengebaut mit dem magnetischen Kern.
5B einen Querschnitt des Leiters in der Primärspule zeigt.
5C einen Querschnitt der Leiter in der Sekundärspule zeigt.
6 eine perspektivische Ansicht eines Spulenkörpers in der Ausführungsform zeigt.
7 eine perspektivische Ansicht der Kerneinheit in der Ausführungsform zeigt.
8 Diagramme zeigt, welche ein Beispiel eines Aufbauvorgangs für einen Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall in der Ausführungsform zeigt. In 8 zeigen (a) bis (g) einen ersten Schritt bis einen siebten Schritt jeweils des Aufbauvorgangs.
9 eine perspektivische Ansicht eines Metallkern-Spulen-Aufbaus in der Ausführungsform zeigt.
10 eine perspektivische Ansicht der Kerneinheit in der Ausführungsform zeigt.
11 Diagramme zeigt, welche ein abgewandeltes Beispiel eines Aufbauvorgangs für den Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall erläutern. In 11 zeigen (a) bis (g) jeweils einen ersten Schritt bis einen siebten Schritt des Aufbauvorgangs.
12 eine perspektivische Ansicht eines magnetischen Kern-Spulen-Aufbaus zeigt, hergestellt in einem abgeänderten Aufbauvorgang in der Ausführungsform.
13 eine perspektivische Ansicht eines Schutzelements in der Ausführungsform zeigt. In 13 zeigt (a) eine perspektivische Ansicht des Schutzelements, wenn es an den Spulen angebracht ist, und (b) zeigt Details eines Eckabschnitts eines Spulenfensters.
14 eine perspektivische Ansicht eines abgeänderten Schutzelements in der Ausführungsform zeigt. In 14 zeigt (a) eine perspektivische Ansicht des Schutzelements, wenn an den Spulen angebracht, und (b) zeigt Details eines Eckabschnitts eines Spulenfensters.
15 ein Diagramm zeigt, welches ein Beispiel eines Einzelphasen-Transformators mit einem Kern aus amorphem Metall in der vorliegenden Erfindung erläutert.
Bevor mit einer detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung begonnen wird, soll Folgendes angemerkt werden. Wenn angebracht, werden gleiche Bezugsnummer und Zeichen verwendet, um identische, sich entsprechende oder gleiche Komponenten in den sich unterscheidenden Zeichnungen der Figuren zu bezeichnen.
Eine Ausführungsform des Transformators mit einem Kern aus amorphem Metall der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die 1 bis 15 beschrieben werden.
Ein Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall der vorliegenden Ausführungsform ist ein Transformator mit fünfschenkligen magnetischen Kernen für Dreiphasen-1000 kVA-, 50 Hz-Verwendung, welcher gewickelte magnetische Kerne 1, Spulen 2 und ein Transformatorgehäuse 4 aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein magnetischer Kern-Spulen-Aufbau 3 gebildet durch Aufbauen von vier gewickelten magnetischen Kernen 1 und drei Spulen 2. Wie in 1 gezeigt, ist jeder magnetische Kern 1 zusammengesetzt aus zwei Kerneinheiten 11. Zwei Kerneinheiten 11 sind hochkant nebeneinander angeordnet, um einen magnetischen Kern zu bilden, um die Querschnittfläche zu erhöhen (in diesem Fall zu verdoppeln). Vier magnetische Kerne 1 sind Seite an Seite angeordnet, um einen fünfschenkligen Kern zu bilden. In dieser Ausführungsform sind acht Kerneinheiten 11 vollständig eingesetzt, um den fünfschenkligen Kern zu bilden. Drei Spulen 2 sind mit dem fünfschenkligen Kern kombiniert, um einen magnetischen Kern-Spulen-Aufbau 3 zu bilden. Der fünfschenklige Kern weist auf einen ersten Schenkel 111, einen zweiten Schenkel 112, einen dritten Schenkel 113, einen vierten Schenkel 114 und einen fünften Schenkel 115, angeordnet in dieser Reihenfolge (in den 1 und 2 von links nach rechts). Drei Sätze von Spulen 2, welche sind: Erste Spule 201, zweite Spule 202 und dritte Spule 203 (in den 1 und 2 von links nach rechts), sind jeweils eingefügt in den zweiten Schenkel 112, den dritten Schenkel 113 und den vierten Schenkel 114. Somit wird durch Kombinieren von acht Kerneinheiten 11 insgesamt mit drei Sätzen von Spulen 2 der magnetische Kern-Spulen-Aufbau 3 gebildet. Der magnetische Kern-Spulen-Aufbau 3 wird im Transformatorgehäuse 4 installiert. Der Kern-Spulen-Aufbau 3 wird zwischen eine obere Klemme 31 und eine untere Klemme 32 gesetzt und die obere Klemme 31 und die untere Klemme 32 werden durch Stifte 34 befestigt. Jede der Spulen 2 ist zwischen der oberen Klemme 31 und der unteren Klemme 32 platziert. Spulenträger 33 tragen die Spule 2 zwischen der oberen Klemme 31 und der unteren Klemme 32 am oberen Ende und am unteren Ende der Spule 2. Jeder der ersten Schenkel und der fünften Schenkel ist in einem Satz einer U-förmigen Klammer 35 und einer E-förmigen Klammer 36 eingeschlossen. Diese Sätze der U-förmigen Klammer 35 und der E-förmigen Klammer 36 werden kombiniert zur oberen Klammer 31 und zur unteren Klammer 32, um so die Positionsbeziehungen zwischen individuellen magnetischen Kernen 1 und individuellen Spulen 2 beizubehalten. Für eine Drahtverbindung wird ein Δ-Δ-Verbindungssystem zwischen den drei Spulen 2 eingesetzt. Dann wird ein isolierendes Kühlmedium (in dieser Ausführungsform isolierendes Öl) in das Transformatorgehäuse gefüllt und der Dreiphasen-Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall wird ausgebildet. im Übrigen kann das isolierende Kühlmedium ein solches isolierendes Gas wie SF₆ (Schwefelhexafluorid) oder N₂ (Stickstoff) sein.
Die Kerneinheit 11 wird zusammengesetzt durch Schneiden eines amorphen magnetischen Streifens von etwa 170 mm in der Breite auf die vorgeschriebene Länge, Stapeln einer vorgeschriebenen Anzahl von Stücken der vorgeschnittenen amorphen Streifen in einen Kern von etwa 16800 mm² in einer Querschnittfläche und Platzieren desselben auf einem Dorn, wobei er in einen U-förmigen Kern mit einem offenen Ende, wie in 7 gezeigt, ausgebildet wird, und Ausheilen nach Schließen seiner Enden. Nach dem Ausheilen wird der Kern 11, wie in 7 gezeigt, mit einem Bruchverhinderungselement 12, 14 abgedeckt, dann werden die Enden geöffnet und ihre Schenkel werden in die Spule 2 eingefügt. Nachdem die Schenkel in die Spulen 2 eingefügt sind, werden die offenen Enden geschlossen, um eine aneinander stoßende Verbindung auszubilden. Eine größere Kernquerschnittfläche als bei einem herkömmlichen Kern wird für die Kerneinheit 11 in dieser Ausführungsform erreicht. Durch hochkant nebeneinander Anordnen zweier Kerneinheiten 11 wird eine Querschnittfläche von etwa 33600 mm² für jeden Magnetkern 1 erzielt, ungefähr 3,7% größer als in einem herkömmlichen Kern, was es erlaubt, den magnetischen Widerstand zu reduzieren und einen Magnetkern mit verringerten Kernverlusten zu erhalten. Die erste Spule 201 wird eingefügt in das Kernfenster zwischen dem ersten Schenkel 111 und dem zweiten Schenkel 112, und die dritte Spule 203 wird in das Kernfenster zwischen dem vierten Schenkel 114 und dem fünften Schenkel 115 eingefügt. Die erste Spule 201 und die zweite Spule 202 werden in das Kernfenster zwischen dem zweiten Schenkel 112 und dem dritten Schenkel 113 eingefügt, und die zweite Spule 202 und die dritte Spule 203 werden in das Kernfenster zwischen dem dritten Schenkel 113 und dem vierten Schenkel 114 eingefügt.
Unter den industriell zur Zeit hergestellten amorphen Magnetstreifen sind diejenigen, welche für Transformatoren verwendbar sind, etwa 0,025 mm dick und maximal ungefähr 213 mm breit. Falls diese Art von Streifen bei einem Transformator der Dreiphasen-1000 kVA-Klasse von hoher Kapazität für Stromversorgungsbenutzung angewandt wird, wird die wünschenswerte Breite eines magnetischen Kerns auf etwa 400 mm geschätzt. Zur Zeit industriell hergestellte amorphe magnetische Streifen sind verfügbar in drei unterschiedlichen Breiten, d.h. 142 mm, 170 mm und 213 mm. Von diesen drei Breiten werden die 170 mm breiten Streifen zur Zeit in größtem Umfang vertrieben und sie sind für industrielle Anwendung leichter verfügbar. Daher sind zwei Kerneinheiten 11, welche einen 170 mm breiten magnetischen Streifen verwenden, hochkant nebeneinander angeordnet, um so eine Querschnittfläche von etwa 16800 mm² in der vorliegenden Ausführungsform zu erhalten. Zusätzlich weist der amorphe magnetische Streifen einen hohen Härtegrad von 900 bis 1000 HV auf, und er besteht auch aus sehr sprödem Material. Aus diesem Grund ist es bei der Herstellung von Transformatoren großer Kapazität für Stromversorgungszecke im industriellen Stil ein wesentlicher Punkt, einen Kern mit großer Querschnittfläche zusammenzusetzen durch Kombinieren von Kernen mit kleiner Querschnittfläche, was die Massen der Kerneinheiten 11 verringert und die Verarbeitbarkeit verbessert. Dann ergibt ein Aufbau in der Spulenkonfiguration, welcher später beschrieben wird, die Masse der äußeren Kerneinheit außerhalb 11a von etwa 173 kg und die Masse der inneren Kerneinheit 11b etwa 197 kg. Da der magnetische Kern 1 der vorliegenden Ausführungsform Dank der niedrigen Kernverluste wenig Hitze erzeugt und er auch eine große Kontaktfläche mit dem Kühlmedium aufweist, d.h. in dieser Ausführungsform dem isolierenden Öl, auf Grund des fünfschenkligen Eisenkerns, können magnetische Kerne und ein Transformator mit wenig Wärmeanstieg erreicht werden.
Jede der Spulen 2 schließt eine Primärspule 21, eine Sekundärspule 22 und einen Spulenkörper 26 ein. Die Primärspule 21 verwendet ein Material, welches unterschiedlich ist von dem der Sekundärspule 22, d.h. die Primärspule 21 verwendet einen rechteckigen Kupferdraht und die Sekundärspule 22 verwendet einen Aluminiumstreifen. Die Primärspule 21 verwendet zwei Arten von rechteckigen Kupferdrähten, 2,6 mm × 6,5 mm und 2,0 mm × 6,5 mm, angeordnet parallel, wie in 5B offenbart, und eine Leiterquerschnittfläche aufweisend von etwa 29,9 mm², und sie ist in 418 Windungen um den Spulenkörper 26 gewickelt. Die Sekundärspule 22 verwendet drei Aluminiumstreifen von 1,70 mm × 475 mm, angeordnet parallel, wie in 5C offenbart, aufweisend eine Leiterquerschnittfläche von etwa 2420 mm², und sie ist in 13 Windungen gewickelt. Ein Beispiel des Spulenkörpers 26 ist in 6 dargestellt. Der Spulenkörper 26 ist aus einem Material hergestellt, welches eine größere Festigkeit aufweist als die des amorphen magnetischen Streifens, wie etwa Stahl, Stahllegierung oder ein Harz. In der vorliegenden Ausführungsform ist, da der Spulenkörper 26 aus einer Siliziumstahlplatte hergestellt ist, welche eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, ein Schlitz ausgebildet, wo ein Isolationselement 261 an den Spulenkörper 26 eingefügt wird, um so die Bildung einer Spule mit einer Windung zu verhindern. Die Sekundärspule 22, wie in 5A gezeigt, ist außerhalb der Primärspule 21 angeordnet. Diese Konfiguration bietet einen sichereren Transformator, da die Hochspannung an der Primärspule 21 angelegt ist. Die Stromdichte der Primärspule 21, welche einen Kupferleiter verwendet, ist etwa 0,72 A/mm², wenn kalibriert auf die Stromdichte in einem Aluminiumleiter, und die Stromdichte der Sekundärspule 22 ist etwa 0,655 A/mm²; somit ist die Stromdichte in der Primärspule 21 etwa 1,1 Mal so hoch wie die in der Sekundärspule 22, wenn auf die Stromdichte in einem Aluminiumleiter kalibriert ist. Die Spulen 2 sind mit dem Leitungsdraht verbun den und führen zur Außenseite. Um die im Inneren der Spulen erzeugte Hitze herauszulassen, sind Kanalabstandsschichten 24 innerhalb der Spulen 2 ausgebildet, wie in 4A gezeigt, damit isolierendes Öl darin zirkuliert. In jeder der Kanalabstandsschichten 24 sind Abstandshalterelemente 120 koaxial eingefügt, welche eine Mehrzahl von stabförmigen Elementen 23, gezeigt in 4C, aufweisen, um einen C-förmigen Kanalraum auszubilden. Der Transformator mit einem Kern aus amorphem Material der vorliegenden Erfindung weist eine größere Querschnittfläche der Spulenleiter auf als die verwandte Technik aufweist (ungefähr 120% in der Primärseite, ungefähr 400% in der Sekundärseite verglichen mit der verwandten Technik), der elektrische Widerstand der Leiter ist geringer und der Wärmewert ist kleiner Dank der kleinen Verluste. Da die Querschnittfläche der Sekundärseite, wo der Amperewert groß ist, etwa 400% von dem der verwandten Technik beträgt, kann eine Abnahme im Wärmewert begleitet von einer wesentlichen Verringerung beim Widerstand erreicht werden. In dem magnetischen Kern-Spulen-Aufbau 3 sind die Kerneinheiten angeordnet an den oberen und unteren Seiten der Spulen 2 bei Teilen 25. Kanalabstandhalter 24 können innerhalb der Teile 25 weggelassen werden, da im Wesentlichen keine Zirkulation von isolierendem Öl zwischen den Kernen und den Spulen induziert wird, verhindert durch die schmalen Spalte dort dazwischen. Aus diesem Grund, die Spulen eingefügt in den U-Phasenschenkel (zweiter Schenkel) 112 und W-Phasenschenkel (vierter Schenkel) 114, ist kein Kanalabstand angeordnet innerhalb der Teile 25 der Spulen 21 und 22. Ähnlich ist kein Kanalabstand angeordnet innerhalb der Teile 25 der in einen V-Phasenschenkel (dritter Schenkel) 113 eingefügten Spule. An den anderen Teilen als den Teilen 25 an Spulenenden der Spulen 2 ist eine Mehrzahl von C-förmigen Kanalabständen 24 vorgesehen. Da die in den Spulen 2 erzeugte Hitze reduziert ist, ist die Gesamtkonfiguration des Kanalabstands reduziert, wobei die radiale Abmessung der Spulen 2 verringert werden kann. Daher kann die Breite des magnetischen Kernfensters, wo die Spule 2 eingefügt wird, verengt werden, und die Abmessungen der Kerneinheit 11 können auch verringert werden, was es erlaubt, auch das Gewicht der Kerneinheit 11 leichter zu machen.
In einem Transformator mit einem amorphen Metallkern der vorliegenden Ausführungsform ist die Sekundärspule 22 aus Aluminiumstreifen hergestellt, was hilft, die Verarbeitbarkeit der Spulenwindung zu erhöhen. Ursprünglich weist Aluminium eine geringere Dichte und einen höheren elektrischen Widerstand als Kupfer auf, was das Volumen aufbläst, wenn es für eine Spule verwendet wird. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, die Menge an verwendetem Aluminiumleiter zu verringern, und es ist empfohlen, ihn nur für die Sekundärspule 22 außen zu verwenden. Die Leiterquerschnittfläche der Primärspule 21 ist etwa 1,2 Mal größer als die der verwandten Technik. Die Leiterquerschnittfläche der Sekundärspule 22 ist etwa 4,0 Mal größer als die der verwandten Technik. Diese größeren Leiterquerschnittflächen verringern die Widerstände der Spulen 21 und 22, was die Wattverluste im Transformator mit einem Kern aus amorphem Material demzufolge verringert. Darüber hinaus verringert ein Δ-Δ-Verbindungssystem der Spulen 2 in der vorliegenden Ausführungsform die Querschnittfläche des Spulenleiters ungefähr auf 1/√3 verglichen mit Y-Δ-Verbindungssystemen. Dies erlaubt es, einen Draht mit kleinerem Durchmesser zu verwenden und da der Biegeradius reduziert werden kann, wird das Wickeln des Spulenleiters auf den Spulenkörper einfacher, was zu einer kompakten Spule und einer Verbesserung der Verarbeitbarkeit beim Wickeln von Spulen führt. Und, da die Spulen 2 um den Spulenkörper 26 gewickelt werden, welcher eine größere Festigkeit aufweist als der amorphe Magnetstreifen, wird die Arbeit des Wickelns der Primärspule 21, gebildet aus rechteckigen Kupferleiterdrähten, und der Sekundärspule 22, gebildet aus Aluminiumstreifen, erleichtert. Des Weiteren sind magnetische Charakteristika der Kerneinheiten 11, zusammengesetzt aus einem amorphen magnetischen Streifen, der Verschlechterung durch komprimierende Kräfte unterworfen, welche von einer Verformung herrühren, bewirkt durch die Elastizität des Materials der Spulen 2, oder einer Verformung bewirkt durch eine elektromagnetische Kraft. Da jedoch die magnetischen Kerneinheiten 11 in einen Spulenkörperabstandhalter 262 im Inneren des Spulenkörpers 26 eingefügt werden, wird die Verschlechterung der magnetischen Charakteristika, bewirkt durch die Kompressionskraft, umgan gen und Wattverluste im Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall werden reduziert. Im Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall der vorliegenden Erfindung weist die Primärspule eine höhere Stromdichte auf als die in der Sekundärspule, wenn auf die Stromdichte in einem Aluminiumleiter kalibriert ist. Daher kann, obwohl der in der Primärspule erzeugte Wärmewert größer ist als der in der Sekundärspule, da die Magnetkerne im Inneren der Primärspule mit dem Spulenkörper darin dazwischen vorhanden sind, und die Magnetkerne als Kühlmittel dienen, um die von der Primärspule erzeugte Hitze zu absorbieren, der Temperaturanstieg in der Primärspule verhindert werden. Zusätzlich ist im Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall der vorliegenden Ausführungsform die Verbindung zwischen der Sekundärspule 22 und dem Draht leicht zu bewerkstelligen, da sie zwischen Aluminium und Aluminium besteht.
Wie in 5A gezeigt wird die Länge (L₂) in axialer Richtung der Sekundärspule 22 größer gemacht als die Länge (L₁) in der axialen Richtung der Primärspule 21. Dies erlaubt es, eine Verformung zu verringern, bewirkt durch eine elektromagnetische Kraft auf Grund eines Kurzschlussstroms, sogar wenn die zwei Spulen 21 und 22 in solcher Art und Weise angeordnet sind, dass die Zentren der elektromagnetischen Kräfte zusammenfallen. Im Übrigen können Wattverluste im Transformator verringert werden durch Erhöhung der Querschnittfläche der für die Spulen 2 verwendeten Drähte. Ein rechteckiger Draht, Streifen, runder Draht kann als Draht in den Spulen 2 eingesetzt werden. Die Verwendung einer Mehrzahl von Strängen parallel trägt zur Verbesserung in der Verarbeitbarkeit und einem einfachen Wickeln bei. In 5B ist ein Beispiel der Primärspule 21 zusammengesetzt aus zwei rechteckigen Drähten 21a und 21b von einer jeweiligen Dicke t₁ und t₂ und einer Breite w₁ abgebildet. In 5C ist ein Beispiel der zweiten Spule 22 zusammengesetzt aus drei Streifen 22a einer Dicke t₃ und einer Breite w₂ abgebildet. Zusätzlich zur Verringerung der Wattverluste verringert ein Anordnen der Kanalabstände 24, wo ein Isolationsöl durchströmt, innerhalb der Spulen 2 den Temperaturanstieg, der durch die im Inneren erzeugte Hitze bewirkt wird. Somit werden Spulen 2 mit niedrigem Temperaturanstieg geschaffen. Des Weiteren wird in der vorliegenden Ausführungsform durch Kombinieren oder Zusammensetzen der Spulen und des amorphen fünfschenkligen Kerns ein magnetischer Kern-Spulen-Aufbau mit niedriger Temperaturerhöhung geschaffen.
Der Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall der vorliegenden Ausführungsform ist für eine Dreiphasen, 1000 kVA, 50 Hz-Verwendung, bei welcher Kernverluste etwa 305 W betragen und Wattverluste etwa 7730 W betragen, was Gesamtverluste von etwa 8035 W ergibt. Der Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall der vorliegenden Ausführungsform kann Kernverluste, Wattverluste und Gesamtverluste mehr verringern als ein Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall in der verwandten Technik. Er unterdrückt auch die Temperaturerhöhung des Transformators, was einen Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall mit kleinerer Kühlfläche verwirklicht.
Nicht nur bei einem Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall für die Dreiphasen, 1000 kVA, 50 Hz-Benutzung, beschrieben in der Ausführungsform, sondern auch in einem Transformator mit unterschiedlichen Kapazitäten kann mehr Verringerung der Kernverluste, Wattverluste und Gesamtverluste durch die vorliegende Erfindung erreicht werden. Zum Beispiel werden bei einem Transformator der 750 kVA-Verwendung die Kernverluste etwa 255 W betragen, die Wattverluste etwa 5790 W und die Gesamtverluste etwa 60455 W, bei einem Transformator der 500 kVA-Verwendung werden die Kernverluste etwa 240 W betragen, die Wattverluste etwa 2860 W und die Gesamtverluste etwa 3100 W, und bei einem Transformator der 300 kVA-Verwendung werden die Kernverluste etwa 185 W betragen, die Wattverluste etwa 1580 W und die Gesamtverluste etwa 1765 W. Die Verluste werden in jedem Fall verringert.
Was die kalibrierte Stromdichte auf Grund des Unterschieds des elektrischen Widerstandes des Leitermaterials in der Spule (im Folgenden äquivalente Stromdichte) betrifft, ist das Verhältnis der äquivalenten Stromdichte in der Primärspule zu der in der Sekundärspule 1,1 (d.h. die äquivalente Stromdichte in der Primärspule ist 1,1 Mal höher als die in der Sekundärspule) bei einem Transformator der 1000 kVA-Verwendung in der vorliegenden Ausführungsform. Was die Transformatoren unterschiedlicher Kapazitäten betrifft, ist das Verhältnis bei einem Transformator der 750 kVA-Verwendung 1,2, und es ist 1,53 bei einem Transformator von 500 kVA. Jedenfalls ist es wünschenswert, die äquivalente Stromdichte in der Primärspule höher zu setzen als in der Sekundärspule. Der bevorzugte Wert des Verhältnisses der äquivalenten Stromdichte in der Primärspule zu dem in der Sekundärspule ist 1,05 oder höher.
Ein Beispiel des Aufbauverfahrens für den magnetischen Kern-Spulen-Aufbau 3 der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 beschrieben werden. Der magnetische Kern-Spulen-Aufbau 3, der durch dieses Aufbauverfahren erhalten wird, weist eine Konfiguration auf, in welcher die gewickelten Kerneinheiten 11 in die in einer Reihe angeordneten Spulen 2 eingefügt werden.
7 ist ein schematisches Diagramm der Eisenkerneinheit 11 nach einem Ausheilen. Der Kern 11 wird ausgebildet in einer invertierten U-Form mit einem geöffneten Verbindungsabschnitt. Ein Verstärkungselement 15 ist am inneren Umfang des Kerns 11 vorgesehen und ein Verstärkungselement 16, hergestellt aus einer Siliziumstahlplatte, ist an dem äußersten Umfang des Kerns 11 vorgesehen. Des Weiteren haften die Isolationselemente 14 und 12, um so Oberflächen des Kerns abzudecken, mit Ausnahme des Verbindungsabschnitts, zum Schützen seiner Kanten, des Jochabschnitts und des Schenkelabschnitts.
Ein Aufbauvorgang der Kerneinheiten 11 in die Spulen 2, d.h. Schritte (a) bis (g) wird mit Bezugnahme auf 8 erklärt werden.
Bei Schritt (a) haftet das Schutzelement 13 an dem Isolationselement an dem innersten Umfang der Spulen oder des Spulenkörpers 23, an der Endoberfläche der Spulen 2 (d.h. die Abschnitte am unteren Ende der Spulen 2 in 8(a)). Kein Spalt ist zwischen dem Schutzelement 13 und dem Isolationselement am innersten Umfang der Spulen oder des Spulenkörpers 23 ausgebildet. An dem Schutzelement 13 sind Kerben C1 zum Einfügen der Kerneinheit 11 vorgesehen, wie in 13 offenbart.
Bei Schritt (b) werden die magnetischen Kerneinheiten 11, ausgebildet in der invertierten U-Form, eingefügt in das Schutzelement 13 durch das Spulenfenster 26, wie in (b) der 8 gezeigt. Das Schutzelement 13 ist aus einem isolierenden Material hergestellt und kann entweder ein einzelnes kontinuierliches Element sein oder ein kontinuierliches Element, gebildet durch Zusammenheften einer Mehrzahl von aufgeteilten Teilen mit Klebeband.
Bei Schritt (c) wird das Einführen der magnetischen Kerneinheiten 11, wie in 8 gezeigt, abgeschlossen.
Bei Schritt (d) werden die magnetischen Kerne 11, die Spulen 2 und das Schutzelement 13 so gedreht, dass die Oberfläche des Schutzelements 13 vertikal orientiert ist, wie in 8 gezeigt. Dann werden die Verbindungsabschnitte 11j der invertierten U-förmigen Kerne 11 geschlossen, um aneinander stoßende Verbindungen in dem Jochabschnitt zu bilden.
Bei Schritt (e), wie in 8 offenbart, werden die Jochabschnitte, einschließlich der Verbindungsabschnitte 11j der magnetischen Kerne 11, durch das Schutzelement 13 abgedeckt. Das Schutzelement 13 wird so gefaltet, um die Jochabschnitte der magnetischen Kerne 11 abzudecken. Kein Spalt wird zwischen dem Schutzelement 13 und dem isolierenden Element an dem innersten Umfang der Spulen oder des Spulenkörpers 23 ausgebildet, um amorphe Fragmente daran zu hindern, ins Innere der Spulen 2 einzudringen.
Bei Schritt (f), wie in 8 gezeigt, werden die Jochabschnitte der magnetischen Kerne 11 mit dem Schutzelement 13 eingehüllt und amorphe Fragmente werden daran gehindert heraus zu fallen.
Bei Schritt (g), wie in 8 gezeigt, werden die magnetischen Kerneinheiten 11, konfiguriert wie oben beschrieben, aufgerichtet und dadurch vollendet.
Durch die oben beschriebenen Schritte (a) bis (g) wird der magnetische Kern-Spulen-Aufbau, offenbart in 9, erhalten.
Ein zweites abweichendes Beispiel des Verfahrens zum Aufbau des magnetischen Kern-Spulen-Aufbaus wird mit Bezugnahme auf 13 beschrieben werden.
13 offenbart ein Beispiel eines Verfahrens zum Stecken des Schutzelements 13 auf das isolierende Element am innersten Umfang der Spule oder des Spulenkörpers 23. Wie in (a) der 13 offenbart, sind fünf Kerben C1, entsprechend fünf Schenkeln, im Schutzelement 13 ausgebildet, hergestellt aus rechteckig geformtem Isolationsmaterial. In 13 ist (b) ein vergrößerter Blick auf die Kerbe C1.
In den 13(a) und 13(b) ist ein Stück des dreieckigen isolierenden Materials, hervorgetreten in der Kerbe C1, nach unten gefaltet, um einen Winkelteil 131 auszubilden. Dieser Winkelteil 131 wird verklebt an dem innersten Umfang der Spule oder des Spulenkörpers 23 mit einem Klebeband 18a, wie etwa ein Kraftpapierband, um so keinen Spalt zwischen dem Winkelteil 131 und dem innersten Umfang der Spule oder des Spulenkörpers 23 auszubilden. Des Weiteren ist es bevorzugt, ein Klebeband 19 an die Innenseitenecken des Spulenfensters zur Verstärkung zu kleben. Des Weiteren kann anstelle der Verwendung von Klebeband 19 ein Anbringen erreicht werden mit Klebstoff.
Ein abgewandeltes Beispiel des Verfahrens zum Aufbau des magnetischen Kern-Spulen-Aufbaus 3 wird mit Bezugnahme auf die 10 bis 12 beschrieben werden. Bezug nehmend auf 10 sind bei diesem modifizierten Beispiel Schutzelemente eines isolierenden Materials an den oberen und unteren Endoberflächen der Spulen 2 vorgesehen.
In 10 ist eine Kerneinheit 11, ausgebildet in der invertierten U-Form durch Öffnen des Verbindungsabschnitts nach einem Ausheilen, offenbart. Ein Verstärkungselement 15 zum Vorsehen von Festigkeit für die Kerneinheit 11 ist an dem innersten Umfang vorgesehen, und ein Verstärkungselement 16 aus einer Siliziumstahlplatte ist am äußersten Umfang vorgesehen.
Bezug nehmend auf 11 sind Schritte zum Einführen der magnetischen Kerneinheiten 11 der 10 in die Spulen 2 offenbart.
Bei Schritt (a), wie in 11 gezeigt, sind an beiden Endoberflächen der Spulen 2 zwei Schutzelemente 13 angeklebt an den Isolierelementen am innersten Umfang der Spulen oder der Spulenkörper 23. Kein Spalt ist zwischen den Schutzelementen 13a, 13b und den isolierenden Elementen am innersten Umfang der Spulen oder der Spulenkörper 23 ausgebildet. Jedes der Schutzelemente 13a und 13b weist die gleiche Konfiguration auf wie das Schutzelement 13, welches in 13 gezeigt ist. Am Schutzelement 13a, 13b sind auch Kerben C1 vorgesehen zum Einführen der Kerneinheit 11, wie in 13 offenbart.
Bei Schritt (b) werden die magnetischen Kerneinheiten 11, ausgebildet in der invertierten U-Form, in die Schutzelemente 13a, 13b und die Spulenfenster 26, wie in 11 gezeigt, eingefügt. Die Schutzelemente 13a, 13b sind aus einem isolierenden Material hergestellt, und sie können entweder ein einzelnes kontinuierliches Element sein oder ein kontinuierliches Element, ausgebildet durch Zusammenkleben einer Mehrzahl von getrennten Teilen mit Klebeband.
Bei Schritt (c) wird das Einfügen der magnetischen Kerneinheiten 11, wie in 11 gezeigt, abgeschlossen.
Bei Schritt (d) werden die magnetischen Kerne 11, die Spulen 2 und die Schutzelemente 13a, 13b so gedreht, dass die Oberfläche der Schutzelemente 13a, 13b, wie in 11 gezeigt, vertikal orientiert ist. Dann werden die Verbindungsabschnitte 11j der invertierten U-förmigen Kerne 11 so geschlossen, um aneinander anstoßende Verbindungen im Jochabschnitt auszubilden.
Bei Schritt (e), wie in 11 gezeigt, werden die Jochabschnitte, einschließlich der Verbindungsabschnitte 11j der magnetischen Kerne 11, durch das Schutzelement 13b abgedeckt. Die Jochabschnitte ohne die Verbindungsabschnitte 11j der magnetischen Kerne 11 werden durch das Schutzelement 13a abgedeckt. Die Schutzelemente 13a, 13b werden so gefaltet, um die Jochabschnitte der magnetischen Kerne 11 abzudecken. Kein Spalt ist ausgebildet zwischen den Schutzelementen 13a, 13b und den isolierenden Elementen am innersten Umfang der Spulen oder der Spulenkörper 23, um amorphe Fragmente daran zu hindern, ins Innere der Spulen 2 einzudringen.
Bei Schritt (f), wie in 11 gezeigt, werden die Jochabschnitte der magnetischen Kerne 11 mit den Schutzelementen 13a, 13b umwickelt und die amorphen Fragmente werden am Herunterfallen gehindert.
Bei Schritt (g), wie in 11 gezeigt, werden die magnetischen Kerneinheiten 11, wie oben beschrieben konfiguriert, aufgerichtet und dabei vollendet.
Durch die oben beschriebenen Schritte (a) bis (g) wird der magnetische Kern-Spulen-Aufbau, gezeigt in 12, erhalten.
Als nächstes wird ein abgewandeltes Beispiel des Schutzelements unter Bezugnahme auf 14 erläutert. Dieses Beispiel zeigt ein weiteres Verfahren zum Ankleben des Schutzelements 13c auf dem Isolationselement am innersten Umfang der Spule oder des Spulekörpers 3.
Wie in (a) der 14 gezeigt, sind im Schutzelement 13c, hergestellt aus einem rechteckigen isolierenden Material, fünf Kerben C2, geformt als Spulenfenster, ausgebildet. In 14 ist (b) eine vergrößerte Ansicht der Kerbe C2.
Wie dargestellt, sind die Kerben C2 mit dem Kantenteil des Spulenfensters ausgerichtet. Die Schutzelemente 13c sind an das isolierende Element am innersten Umfang der Spule oder des Spulenkörpers 23 mit einem Klebeband 18b an den Kerben C2 angeklebt. Das Klebeband 18b ist z.B. ein Kraftpapierband. Kein Spalt ist zwischen den Kerben C2 und dem innersten Umfang der Spule oder dem Spulenkörper 23 ausgebildet. Zusätzlich kann das Klebeband 19 an den inneren Ecken des Spulenfensters zur Verstärkung angeklebt sein.
Diese Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie ist auch anzuwenden auf einen Transformator mit einem Kern aus einem amorphen gewickelten Kern, welcher drei Schenkel oder mehr aufweist, mit entsprechender Modifikation. Diese Erfindung wird auch angewandt auf irgendeinen Transformator, welcher eine Kernkonfiguration aufweist, in welcher eine Mehrzahl von magnetischen Kerneinheiten 11 in zwei oder mehr Reihen in der Breitenrichtung der Kerne angeordnet ist. In diesem Fall kann eine Mehrzahl von Kerneinheiten, angeordnet in Reihen in der Breitenrichtung der Kerne, mit einem Schutzmaterial Reihe für Reihe abgedeckt werden, wobei jede Reihe kollektiv behandelt wird, oder alle Reihen können mit einem Schutzmaterial kollektiv abgedeckt werden.
Gemäß den oben beschriebenen Verfahren zum Aufbau des magnetischen Kern-Spulen-Aufbaus ergibt sich ein Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall, der in der Lage ist, eine Isolationsleistung durch Hindern von amorphen Fragmenten an ihrem Verstreuen zu verbessern.
Als nächstes kann das Transformatorgehäuse 4, falls es außen mit Kühlrippen 42 versehen ist, den Temperaturanstieg im Transformator reduzieren. Im Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall der vorliegenden Ausführungsform erlauben kleinere Wattverluste als die in Transformatoren mit einem herkömmlichen Kern aus amorphem Metall, was zu einem geringeren Temperaturanstieg fuhrt, die Kühlfläche durch Verringerung des Gewichts der Rippen oder durch Reduzierung ihrer Anzahl zu verringern. Da z.B. die Höhe der Kühlrippen 42 im Bereich von 17 mm bis 280 mm liegen kann, kann die Höhe um etwa 20% verringert werden, verglichen mit dem Transformator mit einem herkömmlichen amorphen Metallkern. Die Gesamtoberflächenfläche der Kühlrippen wird festgesetzt zwischen 0 m² und 100 m². Zusätzlich, da die Oberfläche des Transformatorgehäuses auch bei der Kühlung eine Rolle spielt, ist die Gesamtoberfläche der Kühlrippen und des Transformatorgehäuses bevorzugt 130 m² oder weniger. Übrigens können die Kühlrippen auch als Rippen dienen, um die Festigkeit des Transformatorgehäuses zu verbessern. Und das Transformatorgehäuse 4 nimmt den magnetischen Kern-Spulen-Aufbau 3 und isolierendes Öl im Inneren auf, und es weist externe Anschlüsse 41 an der Außenseite auf. Ein isolierendes Öl, welches nicht irgendein Gas enthalten soll, soll vorher entgast werden, oder mit Stickstoffgas angereichert werden nach einer Entgasung. Die äußeren Anschlüsse 41 werden durch die Spulen 2 und Leitungsdrähte verbunden. Die Kühlrippen führen die Hitze in die Atmosphäre ab, erzeugt von den Spulen 2 und anderen internen Quellen.
Zusätzlich wird die vorliegende Erfindung auch angewandt auf einen Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall mit gegossenen Harzspulen. Des Weiteren wird sie auch angewandt auf einen Einzelphasentransformator, wie in 15 offenbart. Dieser Einzelphasentransformator mit einem Kern aus amorphem Metall weist einen magnetischen Kern-Spulen-Aufbau 3, magnetische Kerne 1 und Spulen 2 auf, und die Spulen 2 weisen eine Primärspule 21, eine Sekundärspule 22, einen Spulenkörper 26 und einen Spulenkörperabstandhalter 262 auf. In dem Spulenkörper 26 ist ein isolierendes Element 261 eingefügt in einen Schlitz, um keine Spule mit einer Windung auszubilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können, da der Temperaturanstieg innerhalb des Transformators beschnitten werden kann, magnetische Kerne und Spulen bei verhältnismäßig niedriger Temperatur betrieben werden, so dass kleinere Kühlrippen verwendet werden können und demzufolge der Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall erhalten werden kann, der eine Verkabelungsarbeit bei einer Spulenwicklung erleichtert.

Claims

Transformator mit Kern aus amorphem Metall mit mehreren gewickelten Magnetkernen (1), die aus Streifen amorphen Metalls zusammengesetzt sind, und mehreren Spulen (2), die jeweils eine Primärspule (21) und eine Sekundärspule (22) aufweisen, wobei die Primärspule (21) ein anderes Material verwendet als die Sekundärspule (22), und jede Spule (2) ferner einen Spulenkörper (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (26) eine höhere Festigkeit aufweist als die Streifen amorphen Metalls.
Transformator mit Kern aus amorphem Metall nach Anspruch 1, wobei die Primärspule (21) aus einer Kupferleiterspule zusammengesetzt ist, die Sekundärspule (22) aus einer Aluminiumleiterspule zusammengesetzt ist, und die Sekundärspule (22) in radialer Richtung außerhalb der Primärspule (21) angeordnet ist.
Transformator mit Kern aus amorphem Metall nach Anspruch 2, wobei die durch elektrischen Widerstand kalibrierte Stromdichte der Primärspule (21) größer ist als die der Sekundärspule (22).
Transformator mit Kern aus amorphem Metall nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Sekundärspule (22) in ihrer axialen Richtung länger ist als die Primärspule (21).
Transformator mit Kern aus amorphem Metall nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Primärspule (21) einen rechteckigen Kupferdraht und die Sekundärspule (22) einen Aluminiumstreifen verwendet.
Transformator mit Kern aus amorphem Metall nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit einem Gehäuse (4) zur Auf nahme der Magnetkerne (1) und der Spulen (2), wobei das Gehäuse (4) mit einem isolierenden Kühlmedium gefüllt ist und von einer Fläche des Gehäuses (4) abstehend geformte Kühlrippen (42) aufweist, wobei die Kühlrippen (42) mit einer Höhe von 17 bis 280 mm von der Fläche des Gehäuses (4) abstehen und die Gesamtoberfläche der Kühlrippen (42) und des Gehäuses (4) höchstens 130 m² beträgt.
Transformator mit Kern aus amorphem Metall nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei vier gewickelte Magnetkerne (1) und drei Spulen (2) so zusammengesetzt sind, daß sie einen dreiphasigen Transformator mit fünfschenkligen Magnetkernen bilden.
Transformator mit Kern aus amorphem Metall nach Anspruch 7, wobei der dreiphasige Transformator eine Kapazität von mindestens 750 kVA aufweist, und die drei Spulen (2) in einem Δ-Δ-Verbindungssystem verbunden sind.