EP0601225A1 - Transformer for the transfer of high electrical power at high frequency - Google Patents

Transformer for the transfer of high electrical power at high frequency Download PDF

Info

Publication number
EP0601225A1
EP0601225A1 EP92120854A EP92120854A EP0601225A1 EP 0601225 A1 EP0601225 A1 EP 0601225A1 EP 92120854 A EP92120854 A EP 92120854A EP 92120854 A EP92120854 A EP 92120854A EP 0601225 A1 EP0601225 A1 EP 0601225A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transformer
conductor
cup part
transformer according
cup
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP92120854A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gerhard Dipl.-Ing. Fischer (Fh)
Bernhard Dipl.-Ing. Hemmer
Dusan Kisel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FISCHER, GERHARD
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP92120854A priority Critical patent/EP0601225A1/en
Publication of EP0601225A1 publication Critical patent/EP0601225A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/16—Toroidal transformers

Definitions

  • the invention relates to a transformer for transmitting high electrical power at high frequency with a first turn consisting of two mutually parallel and one-sidedly connected sections of a tubular first conductor, with a second turn consisting of an inside of the tubular first conductor, coaxial with this second conductor and with an annular transformer core which is arranged coaxially to the two conductors.
  • Such a transformer known from "IEEE Transactions on Power Electronics", Vol. 7, No. 1, 1992, pages 54-62, is used to transmit power in the order of 50 kilowatts at a frequency of 50 kilohertz, for example in DC converters.
  • magnetic stray fields in particular contribute to the generation of iron and copper losses.
  • the known transformer has a coaxial winding structure and the use of ferrites or permalloy as the material for the transformer core.
  • two parallel pipe sections made of copper are bent on one side via a semicircular one Pipe piece or a rod-shaped connecting piece connected to one another in such a way that they form a U-shaped primary turn of the transformer.
  • the secondary winding of the transformer consists of a wire strand, which is arranged in one or more closed turns, with mutually opposite turn sections running inside the two pipe sections.
  • Several ring cores made of ferrite or amorphous metal are also pushed onto the pipe sections.
  • the invention is therefore based on the object of enabling effective cooling of the transformer core in a transformer with a coaxial winding structure and at the same time achieving a construction that is even simpler in terms of construction and more economical in terms of losses.
  • the object is achieved in that in the transformer of the type mentioned, the parallel tube sections of the first conductor have different diameters, are arranged coaxially to one another and are connected to one another via a disk-shaped base part to form a first cup part, that the second conductor an inner conductor and an outer tube coaxially surrounding this, which are connected to one another via a disk-shaped further base part to form a second cup part, that the inner diameter of the inner tube section of the first conductor is larger than the outer diameter of the inner conductor of the second conductor, that the outer diameter of the outer tube section of the first conductor is smaller than the inner diameter of the outer tube of the second conductor, that the first cup part is arranged inside the second cup part and that the transformer core is arranged inside the first cup part.
  • the two turns of the transformer are cup-shaped, it is possible to fill them with a cooling medium for the transformer core.
  • the cup parts can also be other, e.g. B. have elliptical or rectangular cross sections.
  • the structural design of the transformer according to the invention is also particularly simple, which is particularly evident in the fact that the windings designed as cup parts and the transformer core can be put together to form the transformer by simple, successive joining from a single mounting side, namely the open cup side.
  • the first, inner cup part with a cooling medium, preferably a liquid such. B. oil filled.
  • the second, outer cup part can advantageously be connected via an inlet and an outlet to a secondary coolant circuit, by means of which the lost heat absorbed by the cooling medium in the first cup part can be dissipated.
  • both cup parts are filled with the cooling medium, the first, inner cup part containing passage openings, so that a convection flow of the cooling medium is possible through both cup parts.
  • the heat loss is dissipated via the outer wall of the second, outer cup part.
  • means for heat dissipation are preferably attached to the outer tube of the second cup part.
  • This can be passive agents such as cooling fins or active agents such as. B. act coolant-flowed cooling coils.
  • the dissipation of the heat loss can also be supported by the fact that the inner conductor of the second, outer cup part is tubular.
  • the outer surface of the second container part that can be used for heat dissipation is further increased; since the current flow is displaced to the outer circumference of the round inner conductor due to the high operating frequencies, the ohmic resistance of the inner conductor is not increased by this measure.
  • the transformer core is preferably formed from toroidal cores which are superimposed on one another in the transformer according to the invention and, for example, by disc-shaped intermediate layers are isolated from each other.
  • the toroidal cores can be circular or z. B. also rectangular and in one piece or in several pieces, for example composed of U-shaped parts.
  • the transformer core is preferably made of ferrite or amorphous metal.
  • At least one further turn is provided, which is designed in the form of an additional cup part which is coaxial with the first and second cup parts.
  • the transformer according to the invention can advantageously be arranged with other similar transformers to form a transformer battery similarly known capacitor banks, the transformers being connected to one another on their open sides by busbars.
  • the transformer according to the invention can also be assembled together with other similar transformers to form a multiphase transformer.
  • the transformer shown in FIG. 1 essentially consists of a first, primary winding 1, a second, secondary winding 2 and a transformer core 3.
  • the first, primary winding 1 consists of two pipe sections 4 and 5 of different diameters arranged coaxially to one another, which are connected on one side at the bottom via an annular disk-shaped base part 6 and thereby form a first cup part 7.
  • primary connecting lines 8 and 9 are attached to the two pipe sections 4 and 5.
  • the second, secondary winding 2 also consists of a tubular inner conductor 10 with a smaller outer diameter than the inner diameter of the inner tube section 4 of the first winding 1 and a coaxial outer tube 11 with a larger inner diameter than the outer diameter of the outer tube section 5, the inner conductor 10 and the outer tube 11 are connected on one side at the bottom via a disk-shaped further base part 12 to form a second cup part 13. On the upwardly open side of the second cup part 13, secondary connecting lines 14 and 15 are connected to the inner conductor 10 and the outer tube 11.
  • the first cup part 7 forming the primary turn 1 is placed in the second cup part 13 forming the secondary turn 2, with spacers 16 made of insulating material holding the two cup parts 7 and 13 apart and in coaxial alignment with one another.
  • the turns 1 and 2 consist of copper.
  • the transformer is designed for a power transmission of approximately 50 kilowatts at an operating frequency of 400 to 500 kilohertz and, due to its 1: 1 ratio, is primarily used for potential isolation, for example in devices for induction heating. Due to the completely rotationally symmetrical structure, there are only minor losses in power transmission, these losses are also evenly distributed over the transformer so that no local heat islands arise.
  • the formation of the windings 1 and 2 as cup parts 7 and 13 and their filling with the cooling medium 20 ensures effective dissipation of the heat loss generated in the transformer core 3 via the outer wall of the second, outer cup part 13 to the environment.
  • the individual parts of the transformer can be easily assembled from a single side.
  • the exemplary embodiment shown schematically in FIG. 2 for the transformer according to the invention differs from the example shown in FIG. 1 by a further primary winding 21, which is likewise designed as a cup part 22 and is arranged between the cup parts 7 and 13.
  • the turns 1 and 21 are connected in series in such a way that the primary connecting line, designated 9, is not connected to the outer tube section 5 of the cup part 7 but to the outer tube section 23 of the cup part 22 and that the inner tube section 24 of the cup part 22 is connected via a connecting line 25 to the outer tube section 5 of the cup part 7.
  • This transformer thus has a transmission ratio of 1: 2, the same advantages as in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 due to the still completely rotationally symmetrical structure.
  • the heat loss generated in the transformer core is dissipated to the environment through the cooling medium 20 and the wall of the outer second cup part 13. As shown in FIG. 3 shows, the dissipation of the heat loss can be improved by the fact that on the outer cup part 13 a cooling coil 26 of a coolant circuit not shown in the rest is present.
  • FIG. 4 shows an example of the interconnection of three transformers 27, 28 and 29 of the type according to the invention to form a transformer battery similar to a capacitor bank, the respective primary windings 30, 31 and 32 being connected in series and in the same way also the secondary windings 33, 34 and 35 are connected in series.
  • a parallel connection of turns is of course also possible.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

Transformers are known which have a coaxial winding construction for transmitting high electrical powers at high frequency and with low power loss. In order to make it possible better to eliminate the dissipation of heat produced at very high powers and very high frequencies, the windings (1, 2) are constructed in the form of mutually coaxial cylindrical parts (7, 13) of different sizes, the corresponding smaller cylindrical part (7) of which is arranged inside the larger cylindrical part (13) and accommodates the transformer core (3). The cylindrical parts (7, 13) are filled with a coolant (20) which covers the transformer core (3). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator zum Übertragen hoher elektrischer Leistungen bei hoher Frequenz mit einer ersten Windung bestehend aus zwei zueinander parallelen und einseitig miteinander verbundenen Abschnitten eines rohrförmigen ersten Leiters, mit einer zweiten Windung bestehend aus einem im Inneren des rohrförmigen ersten Leiters, zu diesem koaxial verlaufenden zweiten Leiter und mit einem ringförmigen Transformatorkern, der koaxial zu den beiden Leitern angeordnet ist.The invention relates to a transformer for transmitting high electrical power at high frequency with a first turn consisting of two mutually parallel and one-sidedly connected sections of a tubular first conductor, with a second turn consisting of an inside of the tubular first conductor, coaxial with this second conductor and with an annular transformer core which is arranged coaxially to the two conductors.

Ein derartiger aus "IEEE Transactions on Power Electronics", Vol. 7, Nr. 1, 1992, Seiten 54 - 62, bekannter Transformator dient zur Übertragung von Leistungen in der Größenordnung von 50 Kilowatt bei einer Frequenz von 50 Kilohertz beispielsweise in Gleichspannungswandlern. Allgemein besteht bei solchen Transformatoren die Forderung nach geringen Verlusten bei der Energieübertragung. Dabei ist zwischen den sogenannten Kupferverlusten in den Wicklungen und den Eisenverlusten in dem Transformatorkern zu unterscheiden. Bei hohen Betriebsfrequenzen tragen vor allem magnetische Streufelder zum Entstehen der Eisen- und Kupferverluste bei. Um diese so gering wie möglich zu halten, ist bei dem bekannten Tranformator ein koaxialer Wicklungsaufbau und die Verwendung von Ferriten oder Permalloy als Material für den Transformatorkern vorgesehen. So sind bei dem bekannten Transformator zwei parallele Rohrabschnitte aus Kupfer einseitig über ein halbkreisförmig gebogenes Rohrstück oder ein stabförmiges Verbindungsstück derart miteinander verbunden, daß sie eine U-förmige primäre Windung des Transformators bilden. Die Sekundärwicklung des Transformators besteht aus einer Drahtlitze, die in einer oder mehreren geschlossenen Windungen angeordnet ist, wobei einander gegenüberliegende Windungsabschnitte im Inneren der beiden Rohrabschnitte verlaufen. Auf die Rohrabschnitte sind ferner mehrere Ringkerne aus Ferrit oder amorphem Metall aufgeschoben.Such a transformer, known from "IEEE Transactions on Power Electronics", Vol. 7, No. 1, 1992, pages 54-62, is used to transmit power in the order of 50 kilowatts at a frequency of 50 kilohertz, for example in DC converters. In general, there is a demand for low losses in energy transmission with such transformers. A distinction must be made between the so-called copper losses in the windings and the iron losses in the transformer core. At high operating frequencies, magnetic stray fields in particular contribute to the generation of iron and copper losses. In order to keep this as low as possible, the known transformer has a coaxial winding structure and the use of ferrites or permalloy as the material for the transformer core. Thus, in the known transformer, two parallel pipe sections made of copper are bent on one side via a semicircular one Pipe piece or a rod-shaped connecting piece connected to one another in such a way that they form a U-shaped primary turn of the transformer. The secondary winding of the transformer consists of a wire strand, which is arranged in one or more closed turns, with mutually opposite turn sections running inside the two pipe sections. Several ring cores made of ferrite or amorphous metal are also pushed onto the pipe sections.

Wenn auch bei dem bekannten koaxial aufgebauten Transformator die Verluste im Vergleich zu herkömmlichen Transformatoren erheblich verringert sind, so sind doch die verbleibenden Verluste, insbesondere bei noch höheren Frequenzen, wie z. B. im Kilohertzbereich, so groß, daß eine Kühlung des Transformatorkerns erforderlich ist.Even if the losses in the known coaxially constructed transformer are considerably reduced compared to conventional transformers, the remaining losses are, in particular at even higher frequencies, such as, for. B. in the kilohertz range, so large that cooling of the transformer core is required.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Transformator mit koaxialem Wicklungsaufbau eine effektive Kühlung des Transformatorkerns zu ermöglichen und dabei einen konstruktiv noch einfacheren und bezüglich der Verluste noch günstigeren Aufbau zu erreichen.The invention is therefore based on the object of enabling effective cooling of the transformer core in a transformer with a coaxial winding structure and at the same time achieving a construction that is even simpler in terms of construction and more economical in terms of losses.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem Transformator der eingangs angegebenen Art die parallelen Rohrabschnitte des ersten Leiters unterschiedliche Durchmesser aufweisen, koaxial zueinander angeordnet sind und über ein scheibenförmiges Bodenteil unter Bildung eines ersten Becherteils miteinander verbunden sind, daß der zweite Leiter aus einem Innenleiter und einem diesen koaxial umgebenden Außenrohr besteht, die über ein scheibenförmiges weiteres Bodenteil unter Bildung eines zweiten Becherteils miteinander verbunden sind, daß der Innendurchmesser des inneren Rohrabschnitts des ersten Leiters größer als der Außendurchmesser des Innenleiters des zweiten Leiters ist, daß der Außendurchmesser des äußeren Rohrabschnittes des ersten Leiters kleiner als der Innendurchmesser des Außenrohres des zweiten Leiters ist, daß das erste Becherteil in dem Inneren des zweiten Becherteils angeordnet ist und daß der Transformatorkern im Inneren des ersten Becherteils angeordnet ist.According to the invention, the object is achieved in that in the transformer of the type mentioned, the parallel tube sections of the first conductor have different diameters, are arranged coaxially to one another and are connected to one another via a disk-shaped base part to form a first cup part, that the second conductor an inner conductor and an outer tube coaxially surrounding this, which are connected to one another via a disk-shaped further base part to form a second cup part, that the inner diameter of the inner tube section of the first conductor is larger than the outer diameter of the inner conductor of the second conductor, that the outer diameter of the outer tube section of the first conductor is smaller than the inner diameter of the outer tube of the second conductor, that the first cup part is arranged inside the second cup part and that the transformer core is arranged inside the first cup part.

Dadurch, daß die beiden Windungen des Transformators becherförmig ausgebildet sind, besteht die Möglichkeit, diese mit einem Kühlmedium für den Transformatorkern zu füllen. Aufgrund des bei kreisrundem Querschnitt der Becherteile völlig rotationssymmetrischen Aufbaues des erfindungsgemäßen Transformators ergibt sich eine homogene Verteilung des magnetischen Feldes, wodurch insbesondere eine ungleichmäßige Erwärmung des Transformators aufgrund einer ungleichmäßigen Verteilung der auftretenden Verluste vermieden wird. Im übrigen können die Becherteile aber auch andere, z. B. ellipsenförmige oder rechteckförmige Querschnitte aufweisen. Der konstruktive Aufbau des erfindungsgemäßen Transformators ist darüber hinaus besonders einfach, was sich insbesondere darin zeigt, daß sich die als Becherteile ausgebildeten Windungen und der Transformatorkern durch einfaches, aufeinanderfolgendes Ineinanderfügen von einer einzigen Montageseite, nämlich der jeweils offenen Becherseite her zu dem Transformator zusammensetzen lassen.Because the two turns of the transformer are cup-shaped, it is possible to fill them with a cooling medium for the transformer core. Due to the completely rotationally symmetrical structure of the transformer according to the invention with a circular cross section of the cup parts, there is a homogeneous distribution of the magnetic field, which in particular prevents uneven heating of the transformer due to an uneven distribution of the losses that occur. Otherwise, the cup parts can also be other, e.g. B. have elliptical or rectangular cross sections. The structural design of the transformer according to the invention is also particularly simple, which is particularly evident in the fact that the windings designed as cup parts and the transformer core can be put together to form the transformer by simple, successive joining from a single mounting side, namely the open cup side.

Unter Ausnutzung des vorteilhaften Aufbaues des erfindungsgemäßen Transformators ist zur Kühlung des Transformatorkerns das erste, innere Becherteil mit einem Kühlmedium, vorzugsweise einer Flüssigkeit wie z. B. Öl, gefüllt.Taking advantage of the advantageous structure of the transformer according to the invention, for cooling the transformer core, the first, inner cup part with a cooling medium, preferably a liquid such. B. oil filled.

Dabei kann das zweite, äußere Becherteil in vorteilhafter Weise über einen Einlaß und einen Auslaß an einen sekundären Kühlmittelkreislauf angeschlossen sein, mittels dessen die von dem Kühlmedium in dem ersten Becherteil aufgenommene Verlustwärme abführbar ist.In this case, the second, outer cup part can advantageously be connected via an inlet and an outlet to a secondary coolant circuit, by means of which the lost heat absorbed by the cooling medium in the first cup part can be dissipated.

Alternativ hierzu sind beide Becherteile mit dem Kühlmedium gefüllt, wobei das erste, innere Becherteil Durchlaßöffnungen enthält, so daß eine Konvektionsströmung des Kühlmediums durch beide Becherteile hindurch möglich ist. Dabei wird die Verlustwärme über die Außenwandung des zweiten, äußeren Becherteils abgeführt.Alternatively, both cup parts are filled with the cooling medium, the first, inner cup part containing passage openings, so that a convection flow of the cooling medium is possible through both cup parts. The heat loss is dissipated via the outer wall of the second, outer cup part.

Um bei großen Wärmemengen die Verlustwärme besser abführen zu können, sind an dem Außenrohr des zweiten Becherteils vorzugsweise Mittel zur Wärmeabführung angebracht. Dabei kann es sich um passiv wirkende Mittel wie Kühlrippen oder um aktiv wirkende Mittel wie z. B. kühlmitteldurchströmte Kühlschlangen handeln.In order to better dissipate the heat loss in the case of large amounts of heat, means for heat dissipation are preferably attached to the outer tube of the second cup part. This can be passive agents such as cooling fins or active agents such as. B. act coolant-flowed cooling coils.

Die Abführung der Verlustwärme läßt sich weiterhin dadurch unterstützen, daß der Innenleiter des zweiten, äußeren Becherteils rohrförmig ausgebildet ist. Dadurch wird die zur Wärmeabführung heranziehbare äußere Oberfläche des zweiten Behälterteils noch weiter vergrößert; da der Stromfluß aufgrund der hohen Betriebsfrequenzen auf den äußeren Umfang des runden Innenleiters verdrängt ist, wird durch diese Maßnahme der ohmsche Widerstand des Innenleiters nicht vergrößert.The dissipation of the heat loss can also be supported by the fact that the inner conductor of the second, outer cup part is tubular. As a result, the outer surface of the second container part that can be used for heat dissipation is further increased; since the current flow is displaced to the outer circumference of the round inner conductor due to the high operating frequencies, the ohmic resistance of the inner conductor is not increased by this measure.

Ebenso wie bei dem bekannten Transformator ist der Transformatorkern vorzugsweise aus Ringkernen ausgebildet, die bei dem erfindungsgemäßen Transformator übereinanderliegen und beispielsweise durch scheibenförmige Zwischenlagen voneinander isoliert sind. Hierbei zeigt sich ein weiterer Vorteil in dem Aufbau des erfindungsgemäßen Transformators, weil die Ringkerne mit den Zwischenlagen einfach aufeinandergestapelt werden können und dabei einen kompakten, in sich geschlossenen Aufbau des Transformatorkerns bilden. Die Ringkerne können in Anpassung an die jeweilige Querschnittsform der Becherteile kreisrund oder z. B. auch rechteckförmig und einstückig oder auch mehrstückig, beispielsweise aus U-förmigen Teilen zusammengesetzt sein.As in the known transformer, the transformer core is preferably formed from toroidal cores which are superimposed on one another in the transformer according to the invention and, for example, by disc-shaped intermediate layers are isolated from each other. This shows a further advantage in the construction of the transformer according to the invention, because the toroidal cores with the intermediate layers can simply be stacked on top of one another and thereby form a compact, self-contained construction of the transformer core. The toroidal cores can be circular or z. B. also rectangular and in one piece or in several pieces, for example composed of U-shaped parts.

Im Hinblick auf die hohen Betriebsfrequenzen besteht der Transformatorkern vorzugsweise aus Ferrit oder amorphem Metall.In view of the high operating frequencies, the transformer core is preferably made of ferrite or amorphous metal.

Für den Fall, daß ein von 1 : 1 abweichendes Übersetzungsverhältnis des Transformators gewünscht wird, ist zumindest eine weitere Windung vorgesehen, die in Form eines zu dem ersten und zweiten Becherteil koaxialen zusätzlichen Becherteils ausgebildet ist. Auch dabei bleiben der vollkommen rotationssymmetrische Aufbau des erfindungsgemäßen Transformators und die damit verbundenen Vorteile erhalten.In the event that a transformer ratio other than 1: 1 is desired, at least one further turn is provided, which is designed in the form of an additional cup part which is coaxial with the first and second cup parts. The completely rotationally symmetrical structure of the transformer according to the invention and the advantages associated therewith are retained.

Der erfindungsgemäße Transformator läßt sich aufgrund seines Aufbaues in vorteilhafter Weise mit weiteren gleichartigen Transformatoren zu einer Transformatorbatterie ähnlich bekannten Kondensatorbatterien anordnen, wobei die Transformatoren auf ihren offenen Seiten durch Stromschienen miteinander verbunden sind.Due to its construction, the transformer according to the invention can advantageously be arranged with other similar transformers to form a transformer battery similarly known capacitor banks, the transformers being connected to one another on their open sides by busbars.

Auf entsprechende Weise kann der erfindungsgemäße Transformator zusammen mit weiteren gleichartigen Transformatoren auch zu einem Mehrphasentransformator zusammengesetzt werden.In a corresponding manner, the transformer according to the invention can also be assembled together with other similar transformers to form a multiphase transformer.

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen. Im einzelnen zeigen

FIG 1
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen koaxialen Transformators in einer Schnittdarstellung,
FIG 2
ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transformators mit einer zusätzlichen Windung,
FIG 3
ein Beispiel des erfindungsgemäßen Transformators mit einem sekundären Kühlmittelkreislauf und
FIG 4
eine Transformatorbatterie mit drei in Serie geschalteten Transformatoren.
To explain the invention, reference is made below to the figures of the drawing. Show in detail
FIG. 1
a preferred embodiment of the coaxial transformer according to the invention in a sectional view,
FIG 2
another embodiment of the transformer according to the invention with an additional turn,
FIG 3
an example of the transformer according to the invention with a secondary coolant circuit and
FIG 4
a transformer battery with three transformers connected in series.

Der in FIG 1 gezeigte Transformator besteht im wesentlichen aus einer ersten, primären Windung 1, einer zweiten, sekundären Windung 2 und einem Transformatorkern 3.The transformer shown in FIG. 1 essentially consists of a first, primary winding 1, a second, secondary winding 2 and a transformer core 3.

Die erste, primäre Windung 1 besteht aus zwei zueinander koaxial angeordneten Rohrabschnitten 4 und 5 unterschiedlichen Durchmessers, die einseitig unten über ein ringscheibenförmiges Bodenteil 6 miteinander verbunden sind und dabei ein erstes Becherteil 7 bilden. Auf der nach oben offenen Seite des Becherteils 7 sind an den beiden Rohrabschnitten 4 und 5 primäre Anschlußleitungen 8 bzw. 9 angebracht.The first, primary winding 1 consists of two pipe sections 4 and 5 of different diameters arranged coaxially to one another, which are connected on one side at the bottom via an annular disk-shaped base part 6 and thereby form a first cup part 7. On the upwardly open side of the cup part 7, primary connecting lines 8 and 9 are attached to the two pipe sections 4 and 5.

Die zweite, sekundäre Windung 2 besteht ebenfalls aus einem rohrförmigen Innenleiter 10 mit geringerem Außendurchmesser als der Innendurchmesser des inneren Rohrabschnitts 4 der ersten Windung 1 und einem dazu koaxialen Außenrohr 11 mit größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser des äußeren Rohrabschnittes 5, wobei der Innenleiter 10 und das Außenrohr 11 einseitig unten über ein scheibenförmiges weiteres Bodenteil 12 unter Bildung eines zweiten Becherteils 13 miteinander verbunden sind. Auf der nach oben offenen Seite des zweiten Becherteils 13 sind an dem Innenleiter 10 und dem Außenrohr 11 sekundäre Anschlußleitungen 14 und 15 angeschlossen.The second, secondary winding 2 also consists of a tubular inner conductor 10 with a smaller outer diameter than the inner diameter of the inner tube section 4 of the first winding 1 and a coaxial outer tube 11 with a larger inner diameter than the outer diameter of the outer tube section 5, the inner conductor 10 and the outer tube 11 are connected on one side at the bottom via a disk-shaped further base part 12 to form a second cup part 13. On the upwardly open side of the second cup part 13, secondary connecting lines 14 and 15 are connected to the inner conductor 10 and the outer tube 11.

Das die primäre Windung 1 bildende erste Becherteil 7 ist in das die sekundäre Windung 2 bildende zweite Becherteil 13 hineingestellt, wobei Abstandshalter 16 aus Isoliermaterial die beiden Becherteile 7 und 13 voneinander beabstandet und in koaxialer Ausrichtung zueinander halten.The first cup part 7 forming the primary turn 1 is placed in the second cup part 13 forming the secondary turn 2, with spacers 16 made of insulating material holding the two cup parts 7 and 13 apart and in coaxial alignment with one another.

Der Transformatorkern 3 besteht aus mehreren Ringkernen 17 aus Ferrit, die im Inneren des ersten Becherteils 7 zu diesem koaxial aufeinander gestapelt sind und dabei voneinander durch dünne scheibenförmige Zwischenlagen 18 isoliert sind. Die Innenräume der beiden Becherteile 7 und 13 stehen über Durchlaßöffnungen 19 im Bereich des Bodenteils 6 und des äußeren Rohrabschnittes 15 des ersten Becherteiles 7 miteinander in Verbindung und sind mit einem Kühlmedium 20, hier Öl, gefüllt, das den Transformatorkern 3 bedeckt.The transformer core 3 consists of several ring cores 17 made of ferrite, which are stacked coaxially on top of one another in the interior of the first cup part 7 and are insulated from one another by thin disc-shaped intermediate layers 18. The interiors of the two cup parts 7 and 13 are connected to one another via passage openings 19 in the area of the base part 6 and the outer tube section 15 of the first cup part 7 and are filled with a cooling medium 20, here oil, which covers the transformer core 3.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transformators bestehen die Windungen 1 und 2 aus Kupfer. Der Transformator ist für eine Leistungsübertragung von etwa 50 Kilowatt bei einer Betriebsfrequenz von 400 bis 500 Kilohertz ausgelegt und dient aufgrund seines Übersetzungsverhältnisses von 1 : 1 vor allem zur Potentialtrennung beispielsweise in Einrichtungen zur Induktionserwärmung. Aufgrund des völlig rotationssymmetrischen Aufbaues ergeben sich nur geringe Verluste bei der Leistungsübertragung, wobei diese Verluste außerdem gleichmäßig über den Transformator verteilt sind, so daß keine lokalen Wärmeinseln entstehen. Durch die Ausbildung der Windungen 1 und 2 als Becherteile 7 bzw. 13 und deren Auffüllung mit dem Kühlmedium 20 ist für eine effektive Abführung der in dem Transformatorkern 3 entstehenden Verlustwärme über die Außenwandung des zweiten, äußeren Becherteils 13 an die Umgebung gesorgt. Schließlich lassen sich die einzelnen Teile des Transformators auf einfachste Weise von einer einzigen Seite her montieren.In the illustrated embodiment of the transformer according to the invention, the turns 1 and 2 consist of copper. The transformer is designed for a power transmission of approximately 50 kilowatts at an operating frequency of 400 to 500 kilohertz and, due to its 1: 1 ratio, is primarily used for potential isolation, for example in devices for induction heating. Due to the completely rotationally symmetrical structure, there are only minor losses in power transmission, these losses are also evenly distributed over the transformer so that no local heat islands arise. The formation of the windings 1 and 2 as cup parts 7 and 13 and their filling with the cooling medium 20 ensures effective dissipation of the heat loss generated in the transformer core 3 via the outer wall of the second, outer cup part 13 to the environment. Finally, the individual parts of the transformer can be easily assembled from a single side.

Das in FIG 2 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Transformator unterscheidet sich von dem in FIG 1 gezeigten Beispiel durch eine weitere primäre Windung 21, die ebenfalls als Becherteil 22 ausgebildet ist und zwischen den Becherteilen 7 und 13 angeordnet ist. Dabei sind die Windungen 1 und 21 in der Weise in Reihe geschaltet, daß die mit 9 bezeichnete primäre Anschlußleitung nicht an dem äußeren Rohrabschnitt 5 des Becherteils 7, sondern an dem äußeren Rohrabschnitt 23 des Becherteils 22 angeschlossen ist und daß der innere Rohrabschnitt 24 des Becherteils 22 über eine Verbindungsleitung 25 mit dem äußeren Rohrabschnitt 5 des Becherteils 7 verbunden ist. Bei diesem Transformator ergibt sich somit ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 2, wobei aufgrund des nach wie vor völlig rotationssymmetrischen Aufbaues die gleichen Vorteile bestehen, wie bei dem in FIG 1 gezeigten Ausführungsbeispiel.The exemplary embodiment shown schematically in FIG. 2 for the transformer according to the invention differs from the example shown in FIG. 1 by a further primary winding 21, which is likewise designed as a cup part 22 and is arranged between the cup parts 7 and 13. The turns 1 and 21 are connected in series in such a way that the primary connecting line, designated 9, is not connected to the outer tube section 5 of the cup part 7 but to the outer tube section 23 of the cup part 22 and that the inner tube section 24 of the cup part 22 is connected via a connecting line 25 to the outer tube section 5 of the cup part 7. This transformer thus has a transmission ratio of 1: 2, the same advantages as in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 due to the still completely rotationally symmetrical structure.

Wie bereits im Zusammenhang mit FIG 1 erwähnt, wird die in dem Transformatorkern entstehende Verlustwärme durch das Kühlmedium 20 und die Wandung des äußeren zweiten Becherteils 13 an die Umgebung abgeführt. Dabei kann, wie FIG 3 zeigt, die Ableitung der Verlustwärme noch dadurch verbessert werden, daß an dem äußeren Becherteil 13 eine Kühlschlange 26 eines im übrigen nicht näher dargestellten Kühlmittelkreislaufes anliegt.As already mentioned in connection with FIG. 1, the heat loss generated in the transformer core is dissipated to the environment through the cooling medium 20 and the wall of the outer second cup part 13. As shown in FIG. 3 shows, the dissipation of the heat loss can be improved by the fact that on the outer cup part 13 a cooling coil 26 of a coolant circuit not shown in the rest is present.

FIG 4 zeigt ein Beispiel für die Verschaltung von drei Transformatoren 27, 28 und 29 der erfindungsgemäßen Art zu einer Transformatorbatterie ähnlich einer Kondensatorbatterie, wobei die jeweiligen Primärwindungen 30, 31 und 32 in Reihe geschaltet sind und in gleicher Weise auch die Sekundärwindungen 33, 34 und 35 in Reihe geschaltet sind. Je nach Erfordernis ist natürlich auch eine Parallelschaltung von Windungen möglich.4 shows an example of the interconnection of three transformers 27, 28 and 29 of the type according to the invention to form a transformer battery similar to a capacitor bank, the respective primary windings 30, 31 and 32 being connected in series and in the same way also the secondary windings 33, 34 and 35 are connected in series. Depending on requirements, a parallel connection of turns is of course also possible.

Claims (11)

Transformator zum Übertragen hoher elektrischer Leistungen bei hoher Frequenz mit einer ersten Windung (1), bestehend aus zwei zueinander parallelen und einseitig miteinander verbundenen Abschnitten (4, 5) eines rohrförmigen ersten Leiters, mit einer zweiten Windung (2), bestehend aus einem im Inneren des rohrförmigen ersten Leiters zu diesem koaxial verlaufenden zweiten Leiter und mit einem ringförmigen Transformatorkern (3), der koaxial zu den beiden Leitern angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die parallelen Rohrabschnitte (4, 5) des ersten Leiters unterschiedliche Durchmesser aufweisen, koaxial zueinander angeordnet sind und über ein scheibenförmiges Bodenteil (6) unter Bildung eines ersten Becherteils (7) miteinander verbunden sind, daß der zweite Leiter aus einem Innenleiter (10) und einem diesen koaxial umgebenden Außenrohr (11) besteht, die über ein scheibenförmiges weiteres Bodenteil (12) unter Bildung eines zweiten Becherteils (13) miteinander verbunden sind, daß der Innendurchmesser des inneren Rohrabschnitts (4) des ersten Leiters größer als der Außendurchmesser des Innenleiters (10) des zweiten Leiters ist, daß der Außendurchmesser des äußeren Rohrabschnitts (5) des ersten Leiters kleiner als der Innendurchmesser des Außenrohres (11) des zweiten Leiters ist, daß das erste Becherteil (7) in dem Inneren des zweiten Becherteils (13) angeordnet ist und daß der Transformatorkern (3) im Inneren des ersten Becherteils (7) angeordnet ist.Transformer for transmitting high electrical power at high frequency with a first turn (1) consisting of two mutually parallel and one-sided sections (4, 5) of a tubular first conductor, with a second turn (2) consisting of one inside the tubular first conductor to this coaxial second conductor and with an annular transformer core (3) which is arranged coaxially to the two conductors,
characterized,
that the parallel tube sections (4, 5) of the first conductor have different diameters, are arranged coaxially to one another and are connected to one another via a disk-shaped base part (6) to form a first cup part (7), that the second conductor consists of an inner conductor (10) and an outer tube (11) coaxially surrounding the latter, which are connected to one another via a disk-shaped further base part (12) to form a second cup part (13), that the inner diameter of the inner tube section (4) of the first conductor is larger than the outer diameter of the inner conductor (10) of the second conductor is that the outer diameter of the outer tube section (5) of the first conductor is smaller than the inner diameter of the outer tube (11) of the second conductor, that the first cup part (7) in the interior of the second cup part (13) is arranged and that the transformer core (3) is arranged inside the first cup part (7). Transformator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Becherteil (7) mit einem Kühlmedium (20) gefüllt ist.Transformer according to claim 1,
characterized,
that the first cup part (7) is filled with a cooling medium (20). Transformator nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Becherteil (13) über einen Einlaß und einen Auslaß an einen sekundären Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist.Transformer according to claim 2,
characterized,
that the second cup part (13) is connected via an inlet and an outlet to a secondary coolant circuit. Transformator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß beide Becherteile (7, 13) mit dem Kühlmedium (20) gefüllt sind und daß das erste Becherteil (7) Durchlaßöffnungen (19) enthält.Transformer according to claim 1 or 2,
characterized,
that both cup parts (7, 13) are filled with the cooling medium (20) and that the first cup part (7) contains passage openings (19). Transformator nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Außenrohr (11) des zweiten Becherteils (13) Mittel (26) zur Wärmeabführung angebracht sind.Transformer according to claim 4,
characterized,
that means (26) for heat dissipation are attached to the outer tube (11) of the second cup part (13). Transformator nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Innenleiter (10) des zweiten, äußeren Becherteils (13) rohrförmig ausgebildet ist.Transformer according to one of the preceding claims,
characterized,
that the inner conductor (10) of the second, outer cup part (13) is tubular. Transformator nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Transformatorkern (3) in Form von übereinanderliegenden Ringkernen (17) ausgebildet ist, die voneinander isoliert sind.Transformer according to one of the preceding claims,
characterized,
that the transformer core (3) is designed in the form of superimposed ring cores (17) which are insulated from one another. Transformator nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Transformatorkern (3) aus Ferrit besteht.Transformer according to one of the preceding claims,
characterized,
that the transformer core (3) consists of ferrite. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Transformatorkern aus amorphem Metall besteht.Transformer according to one of claims 1 to 7,
characterized,
that the transformer core is made of amorphous metal. Transformator nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine weitere Windung (21) des Transformators vorgesehen ist, die in Form eines zu dem ersten und zweiten Becherteil (7, 13) koaxialen zusätzlichen Becherteils (22) ausgebildet ist.Transformer according to one of the preceding claims,
characterized,
that at least one further turn (21) of the transformer is provided, which is designed in the form of an additional cup part (22) coaxial with the first and second cup parts (7, 13). Transformator nach einem vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Transformator (27) und weitere gleichartige Transformatoren (28, 29) zu einer Transformatorbatterie angeordnet sind, wobei die Transformatoren (27 bis 29) auf ihren offenen Seiten durch Stromschienen miteinander verbunden sind.Transformer according to one of the preceding claims,
characterized,
that the transformer (27) and other similar transformers (28, 29) are arranged to form a transformer battery, the transformers (27 to 29) being connected to one another on their open sides by busbars.
EP92120854A 1992-12-07 1992-12-07 Transformer for the transfer of high electrical power at high frequency Withdrawn EP0601225A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP92120854A EP0601225A1 (en) 1992-12-07 1992-12-07 Transformer for the transfer of high electrical power at high frequency

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP92120854A EP0601225A1 (en) 1992-12-07 1992-12-07 Transformer for the transfer of high electrical power at high frequency

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0601225A1 true EP0601225A1 (en) 1994-06-15

Family

ID=8210285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP92120854A Withdrawn EP0601225A1 (en) 1992-12-07 1992-12-07 Transformer for the transfer of high electrical power at high frequency

Country Status (1)

Country Link
EP (1) EP0601225A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0875908A1 (en) * 1995-12-28 1998-11-04 Suzhen Hu High frequency transformer
AU2004201441B2 (en) * 2003-07-11 2006-02-02 Lincoln Global, Inc. Transformer Module for a Welder
US7274000B2 (en) 2003-07-11 2007-09-25 Lincoln Global, Inc. Power source for high current welding
EP2083390A1 (en) 2008-01-24 2009-07-29 BrainLAB AG Method for segmenting a 3D image data set, accompanying computer program product and accompanying system
US7573000B2 (en) 2003-07-11 2009-08-11 Lincoln Global, Inc. Power source for plasma device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE922839C (en) * 1952-05-10 1955-01-27 Brown Ag High current transformer
FR1330315A (en) * 1962-05-11 1963-06-21 Materiel Electrique S W Le Winding for unopened magnetic circuit
DE2115574A1 (en) * 1971-03-31 1972-10-12 Aeg Elotherm Gmbh Electromagnetic device, especially for medium frequency
DE3928223A1 (en) * 1988-08-25 1990-03-01 Hitachi Metals Ltd Magnetic device for HV pulse generator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE922839C (en) * 1952-05-10 1955-01-27 Brown Ag High current transformer
FR1330315A (en) * 1962-05-11 1963-06-21 Materiel Electrique S W Le Winding for unopened magnetic circuit
DE2115574A1 (en) * 1971-03-31 1972-10-12 Aeg Elotherm Gmbh Electromagnetic device, especially for medium frequency
DE3928223A1 (en) * 1988-08-25 1990-03-01 Hitachi Metals Ltd Magnetic device for HV pulse generator

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0875908A1 (en) * 1995-12-28 1998-11-04 Suzhen Hu High frequency transformer
EP0875908A4 (en) * 1995-12-28 1999-03-10 Suzhen Hu High frequency transformer
US6078239A (en) * 1995-12-28 2000-06-20 Suzhen Hu High frequency transformer
AU2004201441B2 (en) * 2003-07-11 2006-02-02 Lincoln Global, Inc. Transformer Module for a Welder
US6998573B2 (en) 2003-07-11 2006-02-14 Lincoln Global, Inc. Transformer module for a welder
AU2004201441B9 (en) * 2003-07-11 2006-08-10 Lincoln Global, Inc. Transformer Module for a Welder
US7274000B2 (en) 2003-07-11 2007-09-25 Lincoln Global, Inc. Power source for high current welding
US7573000B2 (en) 2003-07-11 2009-08-11 Lincoln Global, Inc. Power source for plasma device
US7796005B2 (en) 2003-07-11 2010-09-14 Lincoln Global, Inc. Power source for plasma device
EP2083390A1 (en) 2008-01-24 2009-07-29 BrainLAB AG Method for segmenting a 3D image data set, accompanying computer program product and accompanying system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69226741T2 (en) transformer
DE3741909C2 (en) Electric induction heating with reduced harmonic emission
DE10304606B3 (en) Transformer providing high electrical currents e.g. for magnetization of magnets or magnetic field deformation, has secondary provided by electrically-conductive plate divided by slit to providing current terminals
EP0215286B1 (en) High power pulse transformer for short high-voltage and/or high-current pulses
EP2462596B1 (en) Current compensated inductor and method for producing a current compensated inductor
EP0293617B1 (en) High-frequency power transmitter
EP1431986A1 (en) Coil assembly with variable inductance
EP0601225A1 (en) Transformer for the transfer of high electrical power at high frequency
DE102004012743A1 (en) Magnet arrangement for carrying, guiding and / or braking systems in magnetic levitation vehicles
DE4022243A1 (en) Disc type transformers - has primary and secondary windings set at intervals to ensure that main part of energy passes through windings
EP0096807B1 (en) Electrical transformer
DE1801722A1 (en) transformer
DE2115574B2 (en) POWER TRANSFORMER FOR MEDIUM FREQUENCY
DE69626856T2 (en) HIGH FREQUENCY TRANSFORMER
DE802578C (en) Wound capacitor
EP1095383B1 (en) Inductive resistor system
DE693885C (en) Device
DE627614C (en) Voltage transformer for high voltages
CH374116A (en) Tube winding made up of disc coils for transformers and chokes
CH208632A (en) Arrangement for closing and interrupting an alternating current circuit.
DE19627817A1 (en) Pancake coil electronic component
EP0216249B1 (en) High-tension winding consisting of axially superposed disc coil pairs
DE552021C (en) Transformer in which the high potential terminals are connected to a winding located in the middle of a leg
DE1057219B (en) Medium and high frequency power transformer
DE4325056C1 (en) Planar transducer

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19930915

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

17Q First examination report despatched

Effective date: 19941219

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: FISCHER, GERHARD

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19960110