EP2182533B1 - Transformator - Google Patents

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EP2182533B1
EP2182533B1 EP08018770A EP08018770A EP2182533B1 EP 2182533 B1 EP2182533 B1 EP 2182533B1 EP 08018770 A EP08018770 A EP 08018770A EP 08018770 A EP08018770 A EP 08018770A EP 2182533 B1 EP2182533 B1 EP 2182533B1
Authority
EP
European Patent Office
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windings
winding
voltage
lines
low
Prior art date
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Active
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EP08018770A
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English (en)
French (fr)
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EP2182533A1 (de
Inventor
Karl-Heinz Zillmann
Wolfgang Mönig
Benjamin Weber
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ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Publication date
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Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
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Priority to PL08018770T priority patent/PL2182533T3/pl
Priority to EP08018770A priority patent/EP2182533B1/de
Priority to ES08018770T priority patent/ES2378712T3/es
Priority to JP2011533555A priority patent/JP2012507161A/ja
Priority to BRPI0919623-4A priority patent/BRPI0919623B1/pt
Priority to UAA201105416A priority patent/UA100778C2/uk
Priority to CN2009801437681A priority patent/CN102197447B/zh
Priority to KR1020117008296A priority patent/KR101555962B1/ko
Priority to RU2011121676/07A priority patent/RU2509387C2/ru
Priority to PCT/EP2009/006785 priority patent/WO2010049041A1/de
Priority to CA2740908A priority patent/CA2740908C/en
Publication of EP2182533A1 publication Critical patent/EP2182533A1/de
Priority to US13/095,360 priority patent/US8344840B2/en
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    • 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
    • H01F30/12—Two-phase, three-phase or polyphase transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/04—Arrangements of electric connections to coils, e.g. leads

Definitions

  • the invention relates to a transformer having at least one core leg, on which three windings are arranged axially next to each other, whose derivatives are each led out isolated from each other.
  • Transformers which are required for power converters, ie DC or inverter, each have a plurality of undervoltage and high-voltage winding existing windings, by means of which the respective two- or three-phase AC voltage is transformed to the desired voltage level.
  • Such a rectified current regularly has a residual ripple, that is, a remaining AC component of a smoothed or regulated supply voltage after it has been rectified by a rectifier and smoothed by a capacitor and / or down regulated by a voltage regulator to a lower level.
  • 12-, 18- and 24-phase rectifier circuits are often used. This often eliminates a smoothing capacitor completely.
  • Another big advantage is the almost sinusoidal input current and the resulting low mains / transformer load with distortion reactive power.
  • a disadvantage is the complicated transformer to be wound, the secondary has a triangular and a star winding, each with the same pole voltage. This arrangement results in a phase shift of 30 ° with 12 phases. For a phase shift of 20 ° with 18 phases or 15 ° with 24 phases, two adjacent phases must be added accordingly, whereby the required Transformer is still consuming, since for each phase in each case a complete winding, that is, low and high voltage winding, is required with separate derivative.
  • a transformer for a three-phase inverter having a three-part primary winding and a nine-part secondary winding has become known, wherein the primary winding is designed such that a distortion of the primary current is reduced.
  • a transformer with three single-phase transformers in three-phase configuration for powering a three phase recirculating-current drive converter with a twelve-pulse bridge arrangement, where each of the single-phase transformers has a two-arm Core and the primary windings and the secondary windings are wound on at least one of the legs of the two-legged core, so that the transformer core is constantly excited by a twelve-fold pulse and the total volume of the primary turns is reduced.
  • each winding is formed by a core near low-voltage winding, which is wrapped in each case by an associated high-voltage winding, that the axial distance of the windings is minimized to each other and that the leads of the low-voltage windings are led out axially.
  • the derivatives of the high-voltage windings can always be guided in the radial direction to the outside.
  • the inventively provided solution of the problem of space is thus achieved by reducing the axial distance from each other by three side by side each arranged on a core leg windings to a minimum, which is determined by the required insulation distance of the windings and the resulting mutual influence due to electrical repercussions.
  • the derivatives of the low-voltage windings are led out on one side parallel to the core leg, that is, all electrical connections of the low-voltage windings are arranged on one side of the thus designed transformer.
  • This embodiment is particularly suitable when sufficient space is available.
  • the circular winding shape is preferred.
  • impurities on the circumference which in the externally wound thereon high-voltage windings inevitably lead to local deviations from the circular shape, for example to egg-shaped winding cross-sections.
  • the derivatives of the low-voltage windings are led out to each other by 120 ° circumferentially offset parallel to the core leg. As a result, at least approximately equalization of the winding circumference is achieved. At the same time the risk of possible mutual electrical interference can be significantly reduced by the spatial distribution of the derivatives of the different low-voltage windings on the periphery.
  • a rectangular shape or an oval shape may also be used for the design of the coil cross section. In this case, however, attention is always paid to an as uniform as possible winding geometry in an advantageous manner.
  • each complete winding that is, consisting of undervoltage and high-voltage winding
  • the embodiment according to the invention in the area between the partial windings, that is between the undervoltage and the high-voltage winding, evenly over distributed around the scope to arrange shell-like spacers made of insulating material.
  • these spacers are used to fill the space not occupied by a winding derivation and thus to compensate for any deviation of the winding from the desired uniform shape and so not to let unwanted deviations even arise. Accordingly, the thickness of these insulating shells is such that it corresponds approximately to the thickness of a derivative.
  • each of the arranged between the windings cup-shaped spacers in the circumferential direction has a width such that in each case a gap remains between circumferentially adjacent spacer shells, in which the relevant discharge can be inserted.
  • a spacer shell extends at most as far beyond the circumference that results in, for example, three spacer shells an uncovered residual surface whose width corresponds to that of three discharges.
  • these insulating shells can be modular or modular designed, so that when producing a winding, the respective position of the respective derivative is already specified.
  • the respective position of the respective derivative is already specified.
  • the spaces provided in each case are aligned with the associated spaces between the adjacent windings.
  • a gas for example air or other fluid flows as coolant or circulates.
  • the complete windings that is to say the windings formed from undervoltage and high-voltage winding together with the insulation of the leads with synthetic resin, so that after completion of the complete winding no damage or impairment of the individual windings to get are.
  • the transformer according to the invention may have three or more core legs each provided with three or more, for example four, juxtaposed undervoltage windings and high-voltage windings wound thereon, the ends of which are each connected by means of yokes. It proves to be advantageous to arrange the individual core legs side by side in a common plane.
  • the leads are also led out to the side, as already explained above, on the circumference of the respective undervoltage winding, either only to one side or, for example, symmetrically on both sides.
  • a transformer 10 for example for DC or inverter use, is shown diagrammatically from the side formed with a conventional arrangement of prior art windings 1 to 9, in which three windings 12 are juxtaposed are arranged on a common core leg 22.
  • a total of three core legs 22 are provided, which are each wrapped with the numbers 1 to 9 windings 12 wrapped.
  • the windings 12 each consist of a low-voltage winding 14 and a high voltage winding 16 adjoining this radially.
  • the core structure of the transformer is the in Fig. 1 shown example of the prior art of three mutually parallel core limbs 22, at the ends of each a continuous yoke 24 closes the magnetic circuit.
  • windings 12 Each arranged on a core leg 22 windings 12 have such a distance from each other that sufficient insulation for the radial between led out leads 20 of the lower voltage windings 14 is ensured.
  • the leads 18 of the high-voltage windings 16 are also led out radially on the outer circumference of each winding 12.
  • the in Fig. 2 shown transformer 11 is also provided for use for DC and / or inverter and accordingly also has a total of nine windings 32, which also, that is, in the same manner as in Fig. 1 shown transformer 10, marked with numbers from 1 to 9.
  • Each of the three juxtaposed windings 32 consists of a low-voltage winding 34 and a radially outwardly wound thereon high-voltage winding 36, which are penetrated centrally by a core leg 22, which is mechanically connected at both ends with a yoke 24 and thus closes the magnetic circuit.
  • the leads 28 of the high-voltage winding 36 are each guided radially outward, while the leads 30 of the low-voltage winding 34 each at its periphery axially, that is parallel to its winding axis or parallel to the extension direction of the core leg 22 of the transformer 11, in the area between the Low-voltage winding 34 and the high-voltage winding 36 are each led out to one side.
  • Fig. 3 is a sectional view of the cross section of a winding 32 along section line A -A in Fig. 2 shown, in which the aforementioned area between the low-voltage winding 34 and the high-voltage winding 36 can be seen as an annular gap 35.
  • annular gap 35 area in which the leads 30 are led out is already for reasons of electrical isolation of the two sub-windings, namely the low-voltage winding 34 and the high-voltage winding 36, which are at different voltage levels required.
  • the leads 30 must also be insulated from the other windings 32. This leads to a height of the annular gap 35 of at least 20 mm, in which run the discharge lines 30 and which is otherwise filled with insulating material as a spacer 38.
  • the lateral spacing of the windings 32 to each other due to the inventive arrangement of the leads 30 axially parallel to the winding axis or to the longitudinal axis of the core leg 22 can be significantly reduced, which compared to conventional transformers 10 in the prior art, a significantly smaller width of the invention Transformers 11 has the same performance data result.
  • Fig. 3 is, as already mentioned, a sectional view through a winding 32 along in FIG Fig. 2 given section line A - A reproduced. It shows around a central core 22, first an undervoltage winding 34. This is followed by the already mentioned as annular gap 35 area, in which the axially extending leads 30 of the lower voltage windings 34 are arranged at an angular offset of about 120 ° relative to the circumference.
  • spacers 38 are provided in the annular gap, which serve to electrically separate the low-voltage winding 34 and the high-voltage winding 35 from each other and to obtain the circular shape of the winding 32.
  • axially extending channels 40 are arranged for cooling fluid in the annular gap 35, which flows through it and thereby absorbs the heat resulting from the current load of the windings 32.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Steroid Compounds (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Transformator mit wenigstens einem Kernschenkel, auf welchem drei Wicklungen axial nebeneinander angeordnet sind, deren Ableitungen jeweils gegeneinander isoliert herausgeführt sind.
  • Transformatoren, die für Stromrichter, das heißt Gleich- beziehungsweise Wechselrichter, benötigt werden, weisen jeweils mehrere aus Unterspannungs- und Oberspannungswicklung bestehende Wicklungen auf, mittels welcher die jeweilige Zwei- oder Drei-Phasen-Wechselspannung auf das gewünschte Spannungsniveau transformiert wird.
  • Ein derart gleichgerichteter Strom weist regelmäßig eine Restwelligkeit auf, das heißt einen noch verbleibenden Wechselspannungsanteil einer geglätteten oder geregelten Versorgungsspannung, nachdem diese von einem Gleichrichter gleichgerichtet und von einem Kondensator geglättet und/oder von einem Spannungsregler auf ein niedrigeres Niveau herabgeregelt wurde.
  • Um diese Restwelligkeit weiter zu reduzieren, werden häufig 12-, 18- und 24-Phasen-Gleichrichterschaltungen eingesetzt. Dadurch kann oftmals ein Glättungskondensator ganz entfallen. Ein weiterer großer Vorteil ist der nahezu sinusförmige Eingangsstrom und die dadurch geringe Netz-/ Trafo-Belastung mit Verzerrungsblindleistung. Von Nachteil ist der komplizierter zu wickelnde Transformator, der sekundär eine Dreieck- und eine Sternwicklung mit jeweils gleicher Polspannung besitzt. Durch diese Anordnung ergibt sich eine Phasenverschiebung von 30° mit 12 Phasen. Für eine Phasenverschiebung von 20° mit 18 Phasen oder 15° mit 24 Phasen müssen zwei benachbarte Phasen entsprechend addiert werden, wodurch der benötigte Transformator noch aufwendiger wird, da für jede Phase jeweils eine komplette Wicklung, das heißt Unter- und Oberspannungswicklung, mit separater Ableitung benötigt wird.
  • Werden solche Wicklungen nebeneinander auf einem gemeinsamen Schenkel angeordnete, so ist zwischen den nebeneinander angeordneten Wicklungen ein ausreichend groß bemessener Zwischenraum vorzusehen, der für die erforderliche isolierte Herausführung der Wicklungsleiter entsprechend Raum benötigt wird. Hierdurch bedingt ergibt sich eine entsprechende räumliche Erstreckung dieser Transformatoren verbunden mit einem entsprechenden Raumbedarf.
  • Oftmals steht aber der hierdurch bedingte Raum nicht zur Verfügung, was entweder zu erheblichen Platzproblemen führt oder nur einfachere Schaltungsvarianten erlaubt, die mit dem Nachteil unerwünschter Restwelligkeit, das heißt Reste von Wechselspannung, verbunden sind.
  • Aus der JP2000243636 A ist ein Transformator für einen Drei-Phasen-Inverter mit einer dreigeteilten Primärwicklung und einer neunteiligen Sekundärwicklung bekannt geworden, wobei die Primärwicklung derart ausgestaltet ist, dass eine Verzerrung des Primärstroms reduziert ist.
  • Aus der US 6208230 B1 , welche als nächstliegender stand der Technik angesehen wird, ist ein Transformator mit drei Einphasen-Transformatoren in Drei-Phasen-Konfiguration für die Stromversorgung eines dreiphasigen Umlaufstrom-Steuerumrichters mit einer Zwölf-Puls-Brückenanordnung.bekannt, wobei jeder der Einphasen-Transformatoren einen zweischenkeligen Kern besitzt und die Primärwicklungen und die Sekundärwicklungen auf wenigstens einem der Schenkel des zweischenkligen Kerns gewickelt sind, so dass der Transformator Kern ständig von einem Zwölffach-Puls erregt ist und das Gesamtvolumen der Primärwindungen reduzier ist.
  • Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Transformator der eingangs genannten Art zu schaffen, der mittels technischer Maßnahmen eine bessere Raumausnutzung gestattet und so bei geringst möglichem Bauvolumen die Anordnung einer möglichst großen Anzahl von Wicklungen erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
  • Demgemäss ist vorgesehen, dass jede Wicklung von einer Kern nahen Unterspannungswicklung gebildet ist, welche jeweils von einer zugeordneten Oberspannungswicklung umwickelt ist, dass der axiale Abstand der Wicklungen zueinander minimiert ist und dass die Ableitungen der Unterspannungswicklungen axial herausgeführt sind. Dabei können die Ableitungen der Oberspannungswicklungen stets in radialer Richtung nach außen geführt sein.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung des Raumproblems wird also dadurch erreicht, dass man den axialen Abstand zueinander von drei nebeneinander jeweils auf einem Kernschenkel angeordneten Wicklungen auf ein Minimum verringert, welches durch den erforderlichen Isolierabstand der Wicklungen sowie die hieraus resultierende gegenseitige Beeinflussung infolge elektrischer Rückwirkungen bestimmt ist.
  • Dies ist dadurch ermöglicht, dass die Ableitungen der Unterspannungswicklungen nicht wie seither in radialer Richtung herausgeführt sind, was den axialen Wicklungsabstand deutlich erhöht, sondern erfindungsgemäß axial, das heißt parallel zur Wickelachse, in dem Bereich zwischen Unter- und Oberspannungswicklung herausgeführt sind.
  • In vorteilhafter Weise hat es sich hierbei als besonders günstig erwiesen, dass die axial, das heißt parallel zur Wickelachse beziehungsweise zum Kernschenkel, herausgeführten Ableitungen jeweils mit einem Schrumpfschlauch als Isolierung und als Schutz versehen sind. Diese Isolierung ist entsprechend den elektrischen Belastungen ausgelegt, zum Beispiel bei einer Gesamtleistung von etwa 5 MVA mit 2 kV Nennspannung, 20 kV Prüfspannung und 60 kV Stoßspannung, und hat vorzugsweise eine Isolierdicke (=Wanddicke) von wenigstens 5 mm, vorzugsweise 6 mm, das heißt insgesamt 12 mm, zu denen sich die Leiterdicke addiert.
  • Um eine einbaufreundliche Gestaltung zu erzielen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Ableitungen der Unterspannungswicklungen einseitig parallel zum Kernschenkel herausgeführt sind, das heißt, sämtliche elektrischen Anschlüsse der Unterspannungswicklungen sind auf einer Seite des derart gestalteten Transformators angeordnet.
  • Alternativ kann gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Ableitungen der einen außen angeordneten Unterspannungswicklung zur einen Seite und die Ableitungen der beiden anderen Unterspannungswicklungen axial parallel zum Kernschenkel zur gegenüberliegenden Seite herausgeführt sind. Diese Ausgestaltung kommt insbesondere dann in Betracht, wenn genügend Raum zur Verfügung steht.
  • Aus Symmetriegründen hinsichtlich der elektrischen wie auch der mechanischen Eigenschaften ist die kreisrunde Wicklungsform bevorzugt. Werden nun die Ableitungen der innen liegenden Unterspannungswicklungen axial, das heißt parallel zur Wicklungsachse am Umfang entlang nach außen geführt, entstehen zwangsläufig Störstellen am Umfang, die bei den außen darauf aufgewickelten Oberspannungswicklungen zwangsläufig zu örtlichen Abweichungen von der Kreisform führen, zum Beispiel zu eiförmigen Wicklungsquerschnitten.
  • Hier erweist es sich bereits als vorteilhaft, dass die Ableitungen der Unterspannungswicklungen zueinander um 120° am Umfang versetzt parallel zum Kemschenkel herausgeführt sind. Hierdurch wird zumindest annähernd eine Vergleichmäßigung des Wicklungsumfangs erreicht. Gleichzeitig kann durch die räumliche Aufteilung der Ableitungen der verschiedenen Unterspannungswicklungen am Umfang die Gefahr einer möglichen gegenseitigen elektrischen Beeinflussung entscheidend verringert werden.
  • An Stelle der Kreisform kann gemäß der Erfindung selbstverständlich auch eine rechteckige Form oder eine ovale Form für die Gestaltung des Spulenquerschnitts zur Anwendung kommen. Hierbei ist jedoch in vorteilhafter Weise stets auf eine möglichst gleichförmige Wicklungsgeometrie geachtet.
  • Um eine möglichst gleichförmige Form jeder kompletten Wicklung, das heißt bestehend aus Unterspannungs- und Oberspannungswicklung, zu erhalten, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung vorgesehen, in dem Bereich zwischen den Teilwicklungen, das heißt zwischen der Unterspannungs- und der Oberspannungswicklung, gleichmäßig über den Umfang verteilt schalenähnliche Abstandhalter aus Isoliermaterial anzuordnen.
  • Diese Abstandhalter dienen dazu, den nicht von einer Wicklungsableitung belegten Raum auszufüllen und somit jegliche Abweichung der Wicklung von der angestrebten Gleichförmigen Form auszugleichen und so unerwünschte Abweichungen gar nicht erst entstehen zu lassen. Dementsprechend ist die Dicke dieser Isolierschalen so bemessen, dass sie etwa der Dicke einer Ableitung entspricht.
  • Bevorzugterweise besitzt jeder der zwischen den Wicklungen angeordneten schalenförmigen Abstandhalter in Umfangsrichtung eine solche Breite, dass zwischen umfangsbezogen benachbarten Abstandsschalen jeweils ein Spalt verbleibt, in welchen die betreffende Ausleitung eingefügt werden kann. Hierbei erstreckt sich eine derartige Abstandsschale höchstens soweit über den Umfang, dass sich bei zum Beispiel drei Abstandsschalen eine unbedeckte Restfläche ergibt, deren Breite der von drei Ausleitungen entspricht.
  • Gegebenenfalls können diese Isolierschalen modulartig oder baukastenmäßig gestaltet sein, so dass bei Herstellung einer Wicklung die jeweilige Lage der betreffenden Ableitung bereits vorgegeben ist. So kann beispielsweise für die einseitige Herausführung der jeweiligen Ableitungen vorgesehen sein, dass für die zur Anschluss-Seite entfernteste erste Wicklung der Wicklungsumfang bis auf die eigene Ableitung kein Zwischenraum, für die nächstgelegene mittlere Wicklung je ein Zwischenraum für die erste sowie für die mittlere und für die zur Anschluss-Seite nächstgelegene dritte Wicklung insgesamt drei Zwischenräume vorgesehen sind. Hierbei fluchten die jeweils vorgesehenen Zwischenräume mit den zugeordneten Zwischenräumen der benachbarten Wicklungen.
  • Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können parallel zu den Zwischenräumen für die jeweiligen Ableitungen der Unterspannungswicklungen in den schalenförmigen Abstandshaltern auch Spalten für Kühlkanäle vorgesehen sein, durch welche ein Gas, zum Beispiel Luft, oder ein anderes Fluid als Kühlmittel strömt beziehungsweise zirkuliert.
  • Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante erweist es sich als zweckmäßig, die kompletten Wicklungen, das heißt die aus Unterspannungs- und Oberspannungswicklung gebildeten Wicklungen mitsamt der Isolierung der Ableitungen mit Kunstharz zu vergießen, so dass nach Fertigstellung der kompletten Wicklung keine Schäden beziehungsweise Beeinträchtigungen der Einzelwicklungen zu besorgen sind.
  • Prinzipiell kann der erfindungsgemäße Transformator drei oder mehr jeweils mit drei oder mehr, beispielsweise vier, nebeneinander angeordneten Unterspannungswicklungen und darauf gewickelten Oberspannungswicklungen versehene Kernschenkel aufweisen, deren Enden jeweils mittels Jochen verbunden sind. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, die einzelnen Kernschenkel nebeneinander in einer gemeinsamen Ebene anzuordnen.
  • Bei vier oder mehr Wicklungen je Kernschenkel sind die Ableitungen wie zuvor bereits erläutert am Umfang der jeweiligen Unterspannungswicklung ebenfalls zur Seite heraus geführt und zwar entweder nur zu einer Seite oder zum Beispiel symmetrisch zu beiden Seiten.
  • Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Transformator mit einer herkömmlichen Wicklungsanord- nung nach dem Stand der Technik in schematischer Darstellung von der Seite;
    Fig. 2
    einen Transformator gemäß der Erfindung mit je drei nebenein- ander auf einem Kernschenkel angeordneten Wicklungen und
    Fig. 3
    einen Querschnitt durch eine Wicklung gemäß Schnittlinie A-A in Fig. 2 mit hindurch geführten Ableitungen der Unterspan- nungswicklungen.
  • In Fig. 1 ist ein Transformator 10, zum Beispiel für die Verwendung für Gleich- oder Wechselrichter, in schematischer Darstellung von der Seite gezeigt, der mit einer herkömmlichen Anordnung von Wicklungen 1 bis 9 nach dem Stand der Technik ausgebildet ist., bei welchem jeweils drei Wicklungen 12 nebeneinander auf einem gemeinsamen Kernschenkel 22 angeordnet sind. Insgesamt sind drei Kernschenkel 22 vorgesehen, welche jeweils mit den Nummern 1 bis 9 bezeichneten Wicklungen 12 umwickelt sind. Die Wicklungen 12 bestehen jeweils aus einer Unterspannungswicklung 14 und einer an diese radial anschließende Oberspannungswicklung 16.
  • Die Kernstruktur des Transformators besteht in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel aus dem Stand der Technik aus drei parallel zueinander angeordneten Kernschenkeln 22, an deren Enden jeweils ein durchgehendes Joch 24 den magnetischen Kreis schließt.
  • Die jeweils auf einem Kernschenkel 22 angeordneten Wicklungen 12 haben dabei einen solchen Abstand zueinander, dass eine ausreichende Isolierung für die radial dazwischen herausgeführten Ableitungen 20 der Unterspannungswicklungen 14 gewährleistet ist. Die Ableitungen 18 der Oberspannungswicklungen 16 sind ebenfalls radial am äußeren Umfang jeder Wicklung 12 herausgeführt.
  • Allerdings ist diese Bauart nicht sehr platzsparend und man benötigt einen erheblichen Raum für einen solchen Transformator. Raum ist im allgemeinen knapp bemessen und wird oftmals gut genutzt, so dass der dringende Wunsch nach geringeren Abmessungen für solche Transformatoren besteht.
  • Hier setzt die Erfindung ein, die einen in Fig. 2 ebenfalls in schematischer Darstellung von der Seite gezeigten Transformator 11 betrifft.
  • Der in Fig. 2 gezeigte Transformator 11 ist ebenfalls zur Verwendung für Gleich- und/oder für Wechselrichter vorgesehen und besitzt dementsprechend ebenfalls insgesamt neun Wicklungen 32, die ebenfalls, das heißt in gleicher Weise wie der in Fig. 1 gezeigte Transformator 10, mit Nummern von 1 bis 9 gekennzeichnet sind.
  • Jede der jeweils drei nebeneinander angeordneten Wicklungen 32 besteht aus einer Unterspannungswicklung 34 und einer radial außen daraufgewickelten Oberspannungswicklung 36, welche zentral von einem Kernschenkel 22 durchgriffen sind, der jeweils an beiden Enden mechanisch mit einem Joch 24 verbunden ist und so den magnetischen Kreis schließt.
  • Auch hier sind die Ableitungen 28 der Oberspannungswicklung 36 jeweils radial nach außen geführt, während die Ableitungen 30 der Unterspannungswicklung 34 jeweils an deren Umfang axial, das heißt parallel zu ihrer Wickelachse beziehungsweise parallel zur Erstreckungsrichtung der Kernschenkel 22 des Transformators 11, in dem Bereich zwischen der Unterspannungswicklung 34 und der Oberspannungswicklung 36 jeweils zu einer Seite herausgeführt sind.
  • In Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Querschnitts einer Wicklung 32 entlang Schnittlinie A -A in Fig. 2 gezeigt, in welcher der vorerwähnte Bereich zwischen der Unterspannungswicklung 34 und der Oberspannungswicklung 36 als Ringspalt 35 zu erkennen ist.
  • Dieser als Ringspalt 35 bezeichnete Bereich, in welchem die Ableitungen 30 herausgeführt sind, ist schon aus Gründen der elektrischen Isolation der beiden Teilwicklungen, nämlich der Unterspannungswicklung 34 und der Oberspannungswicklung 36, die auf unterschiedlichen Spannungsniveaus liegen, erforderlich. Hinzukommt, dass auch die Ableitungen 30 gegenüber den anderen Wicklungen 32 isoliert sein müssen. Dies führt zu einer Höhe des Ringspalts 35 von wenigstens 20 mm, in welchem die Ableitungen 30 verlaufen und der im Übrigen mit Isoliermaterial als Abstandshalter 38 ausgefüllt ist.
  • Erfindungsgemäß sind In diesem in Fig. 3 näher gekennzeichneten Ringspalt 35 die jeweiligen Ableitungen 30 der Unterspannungswicklungen 34 der auf einem gemeinsamen Kernschenkel 22 nebeneinander angeordneten Wicklungen 32 axial hindurchgeführt.
  • Wie in der Fig.2 deutlich zu erkennen ist, konnte der seitliche Abstand der Wicklungen 32 zueinander infolge der erfindungsgemäßen Anordnung der Ableitungen 30 achsparallel zur Wickelachse beziehungsweise zur Längsachse des Kernschenkels 22 erheblich verringert werden, was im Vergleich mit herkömmlichen Transformatoren 10 im Stand der Technik eine deutlich kleinere Breite des erfindungsgemäßen Transformators 11 bei gleichen Leistungsdaten zur Folge hat.
  • In Fig. 3 ist, wie bereits erwähnt, eine Schnittdarstellung durch eine Wicklung 32 entlang der in Fig. 2 angegebenen Schnittlinie A - A wiedergegeben. Sie zeigt um einen zentralen Kern 22 zunächst eine Unterspannungswicklung 34. Hieran schließt sich der ebenfalls bereits erwähnte als Ringspalt 35 bezeichnete Bereich an, in welchem die axial verlaufenden Ableitungen 30 der Unterspannungswicklungen 34 unter einem Winkelversatz von etwa 120° bezogen auf den Umfang angeordnet sind.
  • Ferner sind in dem Ringspalt 35 Abstandhalter 38 vorgesehen, welche dazu dienen die Unterspannungswicklung 34 und die Oberspannungswicklung 35 elektrisch voneinander zu separieren sowie die Kreisform der Wicklung 32 zu erhalten. Gleichzeitig sind in dem Ringspalt 35 auch axial verlaufende Kanäle 40 für Kühlfluid angeordnet, welches hindurchströmt und dabei die aus der Strombelastung der Wicklungen 32 resultierende Wärme aufnimmt.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Transformator
    11
    Transformator
    12
    Wicklung
    14
    Unterspannungswicklung
    16
    Oberspannungswicklung
    18
    Oberspannungsableitung
    20
    Unterspannungsableitung
    22
    Kernschenkel
    24
    Joch
    28
    Oberspannungsableitung
    30
    Unterspannungsableitung
    32
    Wicklung
    34
    Unterspannungswicklung
    35
    Ringspalt
    36
    Oberspannungswicklung
    38
    Abstandshalter
    40
    Kühlkanal

Claims (11)

  1. Transformator (11) mit wenigstens einem Kernschenkel (22), auf welchem drei Wicklungen (32) axial nebeneinander angeordnet sind, deren Ableitungen (28, 30) jeweils gegeneinander isoliert herausgeführt sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jede Wicklung (32) von einer Kern nahen Unterspannungswicklung (34) gebildet ist, welche jeweils von einer zugeordneten Oberspannungswicklung (36) umwickelt ist und dass die Ableitungen (30) der Unterspannungswicklungen (34) axial herausgeführt sind, so dass der seitliche Abstand der Wicklungen (32) zueinander minimiert ist.
  2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Ableitungen (30) der Unterspannungswicklungen (34) parallel zum Kernschenkel (22) jeweils in dem Bereich (35) zwischen der Unterspannungswicklung (34) und der Oberspannungswicklung (36) herausgeführt sind.
  3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitungen (30) der Unterspannungswicklungen (34) zueinander um 120° versetzt bezogen auf den Umfang parallel zum Kernschenkel (22) herausgeführt sind.
  4. Transformator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitungen (30) der Unterspannungswicklungen (34) einseitig parallel zum Kernschenkel (22) herausgeführt sind.
  5. Transformator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitungen (30) der einen axial außen angeordneten Unterspannungswicklung (34) zur einen Seite und die Ableitungen (30) der beiden anderen Unterspannungswicklungen (34) axial parallel zum Kernschenkel (22) zur gegenüberliegenden Seite herausgeführt sind.
  6. Transformator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axial parallel zum Kernschenkel (22) herausgeführten Ableitungen (30) jeweils mit einem Schrumpfschlauch versehen sind.
  7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Unterspannungswicklungen (34) und die sie umgebenden Oberspannungswicklungen (36) schalenähnliche Abstandhalter (38) zwischengefügt sind, deren radiale Erstreckung etwa der Dicke einer Ableitung (30) entspricht und die so einen Ringspalt (35) zwischen der Unterspannungswicklung (34) und der Oberspannungswicklung (36) erzeugen.
  8. Transformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem der zwischen die Unter- und Oberspannungswicklungen (34, 36) zwischengefügten schalenähnlichen Abstandhalter (38) ein achsparalleler freier Spalt verbleibt für eine Ableitung (30).
  9. Transformator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der zwischen die Unter- und Oberspannungswicklungen (34, 36) zwischengefügten schalenförmigen Abstandhalter (38) eine solche Breite aufweist, dass er sich über einen Winkelbereich von < 120° erstreckt.
  10. Transformator nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ringspalt (35) wenigstens ein Kanal (40) für die Durchströmung mit Kühlfluid vorgesehen ist.
  11. Transformator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei jeweils mit drei nebeneinander angeordneten aus Unterspannungswicklungen (34) und Oberspannungswicklungen gebildete Wicklungen (32) versehene Kernschenkel (22) vorgesehen sind, deren Enden jeweils beiderseits mittels Jochen (24) verbunden sind.
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