EP2277183A1 - Modularer ringkern - Google Patents

Modularer ringkern

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Publication number
EP2277183A1
EP2277183A1 EP08758487A EP08758487A EP2277183A1 EP 2277183 A1 EP2277183 A1 EP 2277183A1 EP 08758487 A EP08758487 A EP 08758487A EP 08758487 A EP08758487 A EP 08758487A EP 2277183 A1 EP2277183 A1 EP 2277183A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
core
winding
modules
module
transformer
Prior art date
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Granted
Application number
EP08758487A
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English (en)
French (fr)
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EP2277183B1 (de
Inventor
Charles W. Johnson
Jan Leander
Karel Bilek
Benjamin Weber
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.)
ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Publication of EP2277183A1 publication Critical patent/EP2277183A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2277183B1 publication Critical patent/EP2277183B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • H01F30/16—Toroidal transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/26—Fastening parts of the core together; Fastening or mounting the core on casing or support
    • H01F27/263—Fastening parts of the core together
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/306—Fastening or mounting coils or windings on core, casing or other support

Definitions

  • the invention relates to a toroidal core for a power transformer, wherein the toroidal core extends in the form of a closed torus-like structure about an imaginary central axis and wherein this is formed from a plurality of adjacent layers of sheet metal.
  • the invention also relates to an arrangement of a plurality of toroidal cores with winding modules.
  • a 3-phase power transformer usually has at least one primary and one secondary winding for each phase, so that a total of at least 6 individual windings result.
  • 3-phase power transformers are known in which all windings are arranged around a common transformer core with a plurality of legs, wherein one leg is then wrapped, for example, each of a primary and a secondary winding of a phase.
  • 3-phase power transformers which are formed by suitable electrical shading of three 1-phase transformers in which the primary and secondary windings are each a phase wrapped around a separa ⁇ th annular transformer core.
  • the 1-phase primary and / or secondary winding also in the form of several separate winding segments, for example along a circular path, wherein all winding segments are penetrated by the annular core, as described for example in European Patent EP 0 557 549 B1.
  • the ring core according to the invention is characterized in that it is formed along the torus-like structure of at least three mutually connectable and detachable core section modules and that the connection of the core section modules is provided by toothing or overlapping individual sheet metal layers or sheet metal layer areas.
  • the modular design of a toroidal core according to the invention of at least three, preferably identical, Kernabitessmodulen, which are also detachable from each other, allows selective disassembly of the individual transformer components, such as winding modules or winding segments, which are arranged along the ring core and are penetrated by this.
  • the maintenance effort when replacing a winding module is thereby reduced in an advantageous manner.
  • the detachable connection of the individual core section modules takes place according to the invention by toothing and / or overlapping a plurality of sheet metal layers or sheet metal layer areas between adjacent core sections.
  • this has at least in sections a core cross-section, which is approximated to an ellipse or a circle.
  • a core cross-section which is approximated to an ellipse or a circle.
  • each core section module is assigned exactly one winding module, each having at least one electrical winding.
  • Winding module and core section module are then easily replaced together in a fault, without having to remove another, not faulty winding module from the toroidal core.
  • all winding and core section modules are identical.
  • At least two galvanically separated electrical windings are arranged in a winding module.
  • the joint arrangement of a portion of a primary and a secondary winding of a power transformer within a winding module is possible.
  • the production cost is thereby advantageously reduced.
  • a core section module is non-positively and / or positively connected to the respective associated winding module, so that this results in a transformer module.
  • the winding modules can be electrically coupled to one another. It is also envisaged that common electrical connections are led out for groups of electrically coupled winding modules.
  • a suitable such electrical coupling for example by a series and / or parallel connection of windings of several winding modules, the functionality of a 1-phase power transformer can be achieved, which can be coupled to the common terminals with an electrical power supply network.
  • the object of the invention is also achieved by an arrangement of toroidal cores with winding modules according to one of claims 3 to 7, wherein the respective toroidal cores with winding modules can be arranged in a common connection structure and can be introduced separately therefrom and non-destructively.
  • connection structure a device is to be considered by means of which at least two ring cores with winding modules or two complete ring kemtransformatoren are mechanically connected to each other.
  • a connection structure may also include electrical conductors and parts of electrical coupling devices, such as plugs, sockets or terminals, using one or more of the windings or winding modules Toroidal transformers are connectable.
  • the electrical connections of a winding or of a winding module expediently have a corresponding counterpart of the coupling device.
  • Power distribution networks are usually constructed in 3-phase.
  • the functionality of a previously described arrangement of inventive ring core with associated and suitably electrically interconnected windings corresponds to the functionality of a 1-phase power transformer.
  • an arrangement and the electrical shading of three 1-phase transformers are suitable, which also represents a preferred embodiment of the inventive arrangement.
  • a likewise modular arrangement of three already inventively modular ring cores with connected winding modules in a common connection structure (s.o.) Is provided.
  • the effort to exchange a single defective winding module of such a connected arrangement of multiple 1-phase transformers is further simplified.
  • connection structure has devices for the electrical coupling of individual winding modules and / or common electrical connections of the winding modules.
  • Such an electrical connection can be realized for example via a plug connection. The connection of such an arrangement to a power supply network is thereby simplified.
  • At least two toroidal cores with winding modules are arranged axially along a common central axis or also on a common plane transversely to the respective central axis.
  • the construction of the common connection structure is thereby simplified and the space required is reduced.
  • this ring core has 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 12 core section modules.
  • FIG. 1 shows a first core section module with associated winding module
  • Fig. 2 is a toroidal core with winding modules
  • Fig. 3 shows an arrangement of toroidal cores with winding modules
  • FIG. 1 shows a first transformer module 10 with a first core section module 11 with associated winding module, the winding modules having a first 14 and a second 16 electrical winding, which are wound around a winding axis.
  • Core section module and winding module are mechanically connected to a transformer module, so that it can be raised or moved as a component.
  • transformer modules 10 are the starting point for a modular transformer core.
  • the structural identity is essential for the interchangeability of the respective transformer modules with each other.
  • a number of 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 11 or 12 core section modules per ring core are suitable.
  • at least 3 core section modules are required, a higher number than 12 is increasingly unfavorable from a constructive point of view, since the respective winding modules turn out to be correspondingly narrower and thus lead to more outlay in production.
  • the manufacturing effort also increases with an excessive number of Kernabitess- or winding modules.
  • FIG. 2 shows a hexagonal toroidal core with six transformer modules 10 , 20 , 30, 40, 50, 60, which are arranged on a circular path about a central axis 70.
  • the transformer module 10 shown in FIG. 1 as well as the five identical further transformer modules 20, 30, 40, 50, 60 are an essential component of the illustrated ring core with winding modules.
  • Each core section module 11 is connected by a suitable connection, for example, a mutual interlocking respectively adjacent core packages forming the core section modules, with further core section modules adjacent to each other.
  • a suitable connection for example, a mutual interlocking respectively adjacent core packages forming the core section modules, with further core section modules adjacent to each other.
  • Such a toothing improves the guiding of the magnetic flux along the extension of the ring core, in particular in the connecting areas.
  • further connection mechanisms are provided, which increase the mechanical strength of the connection of adjacent core section modules, for example a screw connection through the toothing region of adjacent core section modules.
  • the gaps between the respective Kemabitessmodulen shown in the figure are only intended to graphically show the boundary between adjacent Kemabitessmodulen. In a real arrangement, such a gap is not provided, moreover, the sheets, which form the ring core in its main thing, interlocked in the border areas.
  • Fig. 3 shows an arrangement 100 of three Ringkemen or toroidal transformers in a side view.
  • Each toroidal transformer has six transformer modules in this example, of which only three are visible in this lateral perspective.
  • Each of the illustrated transformer modules 101, 102, 103, 111, 112, 113, 121, 122, 123 each has an identical core section module and a winding module, similar to the transformer module shown in FIG.
  • the transformer modules 101, 102, 103 are in this illustration the visible part of a first toroidal transformer, which is formed in the main of these three transformer modules and three further located in the rear area imaginary transformer modules.
  • the transformer modules 111, 112, 103 in this illustration are the visible part of a second toroidal transformer.
  • the transformer modules 121, 122, 123 in this illustration the visible part of a third toroidal transformer.
  • All three toroidal transformers are arranged vertically above one another along a common central axis, not shown.
  • insulation blocks 130 are arranged, which remove the load of each located above toroidal transformers down. These preferably have an electrical insulation capability and also have vibration-damping properties.
  • the insulation blocks 130 are here to be regarded as part of a common connection structure of the three toroidal transformers. In this way, moreover, the operating noise of such an arrangement can be reduced.
  • the third toroidal transformer could be slightly raised with a first mobile lifting device and the second toroidal transformer could be removed from the connecting structure with a second mobile lifting device.
  • the electrical connections of the second toroidal transformer which are preferably designed as easily detachable connections such as a connector to solve.
  • the electrical connections of the transformer module 112 to be exchanged with the other transformer modules of the same toroidal transformer are also to be solved.
  • the respective transformer module 112 is to be removed from the toroidal core, wherein the toroidal core must be located during this process in a safe parking position, so that it is the mechanically separated part of the toroidal core 111, 113 is not damaged.
  • a replacement transformer module of identical design is to be inserted into the separated ring core and to produce the electrical connections of the replacement transformer module with the other modules of the second ring core.
  • the second toroidal transformer is to be returned to the original position within the connection structure, the electrical connections to the first and the third toroidal transformer and the third toroidal transformer with the first mobile lifting device on the insulation blocks 130 set down.
  • a further embodiment according to the invention - not shown in a figure - of a connection structure for a plurality of modular toroidal transformers consists of a shelf-like storage device with several superimposed planes, wherein in each plane a toroidal transformer can be positioned and electrically and mechanically connected to this. A lifting operation of over that toroidal transformer with a transformer module to be replaced further toroidal transformers is eliminated.
  • the levels of the shelf-like storage device, on which a toroidal core is to be positioned with the aid of telescopic rails from the storage device movable. The removal process of a ring-core transformer is thereby further simplified.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Description

Modularer Rinqkern
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Ringkern für einen Leistungstransformator, wobei sich der Ringkern in Form einer geschlossenen Torus-ähnlichen Struktur um eine gedachte Mittelachse erstreckt und wobei dieser aus einer Vielzahl aneinandergrenzender Lagen Blech gebildet wird. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung von mehreren Ringkernen mit Wicklungsmodulen.
Es ist seit langem bekannt, Transformatoren bei der Verteilung elektrischer Energie zu nutzen, indem Wechselspannung von einem hohen Niveau zu einem niederen Spannungsniveau oder umgekehrt transformiert oder umgespannt wird. Energieverteilungsnetze sind üblicherweise 3-phasig aufgebaut, d.h. es liegen an drei zueinander gehörenden Einzelleitern jeweils um 120° Phasenwinkel verschobene Spannungen an, deren phasenrichtige mathematische Summation im symmetrischen Zustand des Energieverteilungsnetzes stets den Wert null ergibt. Leistungsbereiche derartiger Leistungstransformatoren reichen von einigen kVA bis hin zu mehreren 100 MVA, die Betriebsspannungen liegen üblicherweise zwischen 6kV und 38OkV.
Ein 3-phasiger Leistungstransformator weist üblicherweise für jede Phase wenigstens je eine Primär- und eine Sekundärwicklung auf, so dass sich in der Summe wenigstens 6 Einzelwicklungen ergeben. Es sind 3-phasige Leistungstransformatoren bekannt, bei welchen alle Wicklungen um einen gemeinsamen Transformatorkem mit mehreren Schenkeln angeordnet sind, wobei ein Schenkel dann beispielsweise von je einer Primär- und eine Sekundärwicklung einer Phase umwickelt ist.
Es sind auch 3-phasige Leistungstransformatoren bekannt, welche durch geeignete elektrische Verschattung aus drei 1 -phasigen Transformatoren gebildet werden, bei welchen die Primär- und Sekundärwicklung je einer Phase jeweils um einen separa¬ ten ringförmigen Transformatorkern umwickelt sind. Bei einer derartigen 1 -phasigen Wicklungsanordnung mit ringförmigem Kern erweist es sich aus Gründen der Kompaktheit der Anordnung als vorteilhaft, die 1 -phasige Primär- und/oder Sekundärwicklung ebenfalls in Form von mehreren separaten Wicklungssegmenten anzuordnen, beispielsweise entlang einer kreisähnlichen Bahn, wobei alle Wicklungssegmente von dem ringförmigen Kern durchgriffen werden, wie beispielsweise in der europäischen Patentschrift EP 0 557 549 B1 beschrieben.
Nachteilig an dem dort beschriebenen Stand der Technik ist insbesondere, dass die Anordnung keinen (nodularen Austausch von Wicklungssegmenten eines derartigen fertig montierten Transformators zulässt, ohne weitere Wicklungssegmente ebenfalls zumindest vorübergehend vom Transformatorkern zu entfernen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, für einen Ringkern für einen Leistungstransformator der eingangs genannten Art den Aufwand bei dem Austausch eines Wicklungssegmentes bei einem Transformator mit einem ringförmigen Transformatorkern und mehreren Wicklungssegmenten zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Ringkern mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Demgemäß kennzeichnet sich der erfindungsgemäße Ringkern dadurch, dass dieser längs der Torus-ähnlichen Struktur aus wenigstens drei miteinander verbind- und voneinander lösbaren Kernabschnittsmodulen gebildet ist und dass die Verbindung der Kernabschnittsmodule mittels Verzahnung oder Überlappung einzelner Blechlagen beziehungsweise Blechlagenbereiche vorgesehen ist.
Der modulare Aufbau eines erfindungsgemäßen Ringkerns aus wenigstens drei, vorzugsweise baugleichen, Kernabschnittsmodulen, welche zudem voneinander lösbar sind, ermöglicht eine selektive Demontage der einzelnen Transformatorkomponenten, wie Wicklungsmodule bzw. Wicklungssegmenten, welche längs des Ringkerns angeordnet sind und von diesem durchgriffen werden. Der Wartungsaufwand beim Austausch eines Wicklungsmoduls ist hierdurch in vorteilhafter Weise reduziert. Die lösbare Verbindung der einzelnen Kernabschnittsmodule erfolgt erfindungsgemäß durch Verzahnung und/oder Überlappung mehrerer Blechlagen oder Blechlagenbereiche zwischen aneinandergrenzenden Kernabschnitten. Somit ist eine hinreichende Führung eines magnetischen Flusses im Übergangsbereich aneinandergren- zender Kernabschnitte gewährleistet.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ringkernes weist dieser zumindest abschnittsweise einen Kernquerschnitt auf, der an eine Ellipse oder einen Kreis angenähert ist. Eine derartige Annäherung ist beispielsweise durch eine Schichtung des Kernes aus mehreren Blechpaketlagen mit jeweils einem unterschiedlichen rechteckförmigen Querschnitt je Blechpaketlage möglich.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ringkernes ist jedem Kernabschnittsmodul genau ein Wicklungsmodul mit jeweils wenigstens einer elektrischen Wicklung zugeordnet.
Wicklungsmodul und Kernabschnittsmodul sind dann in einem Störfall leicht gemeinsam auswechselbar, ohne ein weiteres, nicht fehlerbehaftetes Wicklungsmodul vom Ringkern entfernen zu müssen. Vorzugsweise sind alle Wicklungs- und Kernabschnittsmodule baugleich. Dieses Vorteile ergeben sich sowohl für einen kreisrunden als auch für einen polygonalen Ringkern, beispielsweise mit, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 Ecken.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ringkernes sind in einem Wicklungsmodul wenigstens zwei galvanisch voneinander getrennte elektrische Wicklungen angeordnet.
Hierdurch ist beispielsweise die gemeinsame Anordnung eines Teils einer Primär- und einer Sekundärwicklung eines Leistungstransformators innerhalb eines Wicklungsmoduls ermöglicht. Der Fertigungsaufwand ist hierdurch vorteilhaft verringert.
Mittels Vergießen eines derartigen Wicklungsmoduls mit einem geeigneten Isolierstoff, beispielsweise auf Basis eines Epoxydharzes, wird zudem die Fehleranfälligkeit des Wicklungsmoduls reduziert, da es in diesem Fall vor mechanischen Einflüssen besser geschützt ist. Zudem ermöglicht die Verwendung eines Isolationsmaterials eine Verringerung des erforderlichen Isolationsabstandes zwischen benachbart angeordneten Wicklungsmodulen.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Ringkernes ist ein Kernabschnittsmodul kraft- und/oder formschlüssig mit dem jeweils zugeordneten Wicklungsmodul verbunden, so dass sich daraus ein Transformatormodul ergibt.
Die gemeinsame Demontage und anschließende Montage eines entsprechenden Ersatz-Transformatormoduls, also einem Ersatz-Kernabschnittsmodul mit einem Ersatz-Wicklungsmodul, wird hierdurch weiter vereinfacht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Ringkernes mit zugeordneten Wicklungsmodulen sind die Wicklungsmodule elektrisch miteinander koppelbar. Es ist auch vorgesehen, dass für Gruppen von elektrisch gekoppelten Wicklungsmodulen gemeinsame elektrische Anschlüsse herausgeführt sind.
Durch eine geeignete derartige elektrische Koppelung, beispielsweise durch eine Reihen- und/oder Parallelschaltung von Wicklungen mehrerer Wicklungsmodule, ist die Funktionalität eines 1 -phasigen Leistungstransformators erzielbar, welcher an den gemeinsamen Anschlüssen mit einem elektrischen Energieversorgungsnetz koppelbar ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch eine Anordnung von Ringkernen mit Wicklungsmodulen gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die jeweiligen Ringkerne mit Wicklungsmodulen in einer gemeinsamen Verbindungsstruktur anordenbar sind und in diese separat einbringbar und aus dieser zerstörungsfrei entfernbar sind.
Als eine Verbindungsstruktur ist eine Vorrichtung anzusehen, mittels welcher wenigstens zwei Ringkerne mit Wicklungsmodulen beziehungsweise zwei komplette Ring- kemtransformatoren mechanisch miteinander verbindbar sind. Darüber hinaus kann eine derartige Verbindungsstruktur auch elektrische Leiter und Teile elektrischer Kopplungsvorrichtungen, beispielsweise Stecker, Buchsen oder Klemmen, aufweisen unter Verwendung derer die Wicklungen oder Wicklungsmodule eines oder mehrerer Ringkerntransformatoren verbindbar sind. Die elektrischen Anschlüsse einer Wicklung oder eines Wicklungsmoduls weisen zweckmäßigerweise ein entsprechendes Gegenstück der Kopplungsvorrichtung auf.
Energieverteilungsnetze sind üblicherweise 3-phasig aufgebaut. Die Funktionalität einer zuvor beschriebenen Anordnung aus erfindungsgemäßem Ringkern mit zugeordneten und geeignet elektrisch miteinander verschalteten Wicklungen entspricht der Funktionalität eines 1 -phasigen Leistungstransformators. Zur Erreichung der Funktionalität eines 3-phasigen Leistungstransformators sind eine Anordnung und die elektrische Verschattung dreier 1 -phasiger Transformatoren geeignet, was auch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung darstellt.
Erfindungsgemäß ist eine ebenfalls modulare Anordnung dreier bereits erfindungsgemäß modular aufgebauter Ringkerne mit verbundenen Wicklungsmodulen in einer gemeinsamen Verbindungsstruktur (s.o.) vorgesehen. Der Aufwand zum Tausch eines einzigen defekten Wicklungsmoduls einer derart verschalteten Anordnung mehrerer 1 -phasiger Transformatoren ist dadurch weiter vereinfacht.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung weist die Verbindungsstruktur Vorrichtungen zur elektrischen Ankopplung von einzelnen Wicklungsmodulen und/oder gemeinsamer elektrischer Anschlüsse der Wicklungsmodule auf. Eine solche elektrische Verbindung ist beispielsweise über eine Steckverbindung realisierbar. Der Anschluss einer solchen Anordnung an ein Energieversorgungsnetz ist dadurch vereinfacht.
Gemäß weiteren Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind wenigstens zwei Ringkerne mit Wicklungsmodulen axial längs einer gemeinsamen Mittelachse oder aber auch auf einer gemeinsamen Ebene quer zur jeweiligen Mittelachse angeordnet. Die Konstruktion der gemeinsamen Verbindungsstruktur ist dadurch vereinfacht und der benötigte Platz reduziert.
In weiteren bevorzugten Varianten eines erfindungsgemäßen Ringkernes oder erfindungsgemäßen Anordnungen solcher Ringkerne weist dieser Ringkern 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 Kernabschnittsmodule auf. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Kernabschnittsmodul mit zugeordnetem Wicklungsmodul,
Fig. 2 einen Ringkern mit Wicklungsmodulen sowie
Fig. 3 eine Anordnung von Ringkernen mit Wicklungsmodulen
Fig. 1 zeigt ein erstes Transformatormodul 10 mit einem ersten Kernabschnittsmodul 11 mit zugeordnetem Wicklungsmodul, wobei das Wicklungsmodule eine erste 14 und eine zweite 16 elektrische Wicklung aufweist, welche um eine Wickelachse gewickelt sind. Kernabschnittsmodul und Wicklungsmodul sind mechanisch zu einem Transformatormodul miteinander verbunden, so dass dieses als ein Bauteil anhebbar oder bewegbar ist.
Mehrere vorzugsweise baugleiche Transformatormodule 10 sind die Ausgangsbasis für einen modularen Transformatorkern. Die Baugleichheit ist wesentliche Voraussetzung für die Austauschbarkeit der jeweiligen Transformatormodule untereinander. Aus geometrischen Gründen sind -je nach gegebenen Randbedingungen wie Übersetzungsverhältnis des Transformators, Spannungsebene, etc. - insbesondere eine Anzahl von 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 11 oder 12 Kernabschnittsmodulen je Ringkern geeignet. Erfindungsgemäß sind wenigstens 3 Kernabschnittsmodule gefordert, eine höhere Anzahl als 12 ist aus konstruktiver Sicht zunehmend ungünstig, da die jeweiligen Wicklungsmodule entsprechend schmaler ausfallen und damit in der Fertigung zu mehr Aufwand führen. Zudem steigt der Fertigungsaufwand auch mit einer überhöhten Anzahl an Kernabschnitts- bzw. Wicklungsmodulen. Fig. 2 zeigt einen hexagonalen Ringkern mit sechs Transformatormodulen 10, 20, 30, 40, 50, 60, welche auf einer Kreisbahn um eine Mittelachse 70 angeordnet sind. Das in Fig. 1 gezeigte Transformatormodul 10 sowie die fünf baugleichen weiteren Transformatormodule 20, 30, 40, 50, 60 sind wesentlicher Bestandteil des dargestellten Ringkerns mit Wicklungsmodulen.
Jedes Kernabschnittsmodul 11 ist durch eine geeignete Verbindung, beispielsweise einer gegenseitigen Verzahnung jeweils benachbarter die Kernabschnittsmodule bildender Blechpakete, mit beiderseits angrenzenden weiteren Kernabschnittsmodulen verbunden. Eine derartige Verzahnung verbessert das Führen des magnetischen Flusses längs der Erstreckung des Ringkemes insbesondere in den Verbindungsbereichen. Darüber hinaus sind weitere Verbindungsmechanismen vorgesehen, welche die mechanische Festigkeit der Verbindung benachbarter Kernabschnittsmodule erhöhen, beispielsweise eine Schraubverbindung durch den Verzahnungsbereich benachbarter Kernabschnittsmodule.
Die in der Fig. gezeigten Spalten zwischen den jeweiligen Kemabschnittsmodulen sind lediglich zur graphischen Herausstellung des Grenzbereiches zwischen angrenzenden Kemabschnittsmodulen gedacht. In einer realen Anordnung ist ein solcher Spalt nicht vorgesehen, zudem sind die Bleche, welche den Ringkern in seiner Hauptsache bilden, in den Grenzbereichen miteinander verzahnt.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung 100 von drei Ringkemen bzw. Ringkerntransformatoren in seitlicher Ansicht. Jeder Ringkerntransformator weist in diesem Beispiel je sechs Transformatormodule auf, von denen in dieser seitlichen Perspektive lediglich je drei sichtbar sind. Jedes der dargestellten Transformatormodule 101 , 102, 103, 111, 112, 113, 121 , 122, 123 weist je ein baugleiches Kernabschnittsmodul und ein Wicklungsmodul auf, ähnlich wie das in Fig. 1 gezeigte Transformatormodul.
Die Transformatormodule 101 , 102, 103 sind in dieser Darstellung der sichtbare Teil eines ersten Ringkerntransformators, welcher in der Hauptsache aus diesen drei Transformatormodulen und drei weiteren im rückwärtigen Bereich befindlich gedachten Transformatormodulen gebildet wird. Analog sind die Transformatormodule 111 , 112, 103 in dieser Darstellung der sichtbare Teil eines zweiten Ringkerntransforma- tors und die Transformatormodule 121 , 122, 123 in dieser Darstellung der sichtbare Teil eines dritten Ringkerntransformators.
Alle drei Ringkerntransformatoren sind längs einer gemeinsamen und nicht dargestellten Mittelachse vertikal übereinander angeordnet.
Zwischen den Ringkerntransformatoren sind Isolationsblöcke 130 angeordnet, welche die Last der jeweils oben befindlichen Ringkerntransformatoren nach unten abtragen. Diese weisen vorzugsweise eine elektrische Isolationsfähigkeit auf und verfügen zudem über vibrations- dämpfende Eigenschaften. Die Isolationsblöcke 130 sind hierbei als Teil einer gemeinsamen Verbindungsstruktur der drei Ringkerntransformatoren anzusehen. Auf diese Weise ist zudem das Betriebsgeräusch einer derartigen Anordnung reduzierbar.
Im Falle des Tausches eines defekten Transformatormoduls, beispielsweise des Transformatormoduls 112, könnte mit einer ersten mobilen Hebevorrichtung der dritte Ringkerntransformator unwesentlich angehoben werden und der zweite Ringkerntransformator mit einer zweiten mobilen Hebevorrichtung aus der Verbindungsstruktur entfernt werden. Hierbei sind die elektrischen Verbindungen des zweiten Ringkerntransformators, welche vorzugsweise als einfach lösbare Verbindungen wie beispielsweise eine Steckverbindung ausgeführt sind, zu lösen. Ebenso zu lösen sind die elektrischen Verbindungen des zu tauschenden Transformatormoduls 112 mit den weiteren Transformatormodulen desselben Ringkerntransformators.
Nun ist das betreffende Transformatormodul 112 aus dem Ringkern zu entfernen, wobei der Ringkern während dieses Vorgangs in einer sicheren Abstellposition befindlich sein muss, so dass er der aufgetrennte Teil des Ringkerns 111 , 113 mechanisch nicht beschädigt wird.
Nachfolgend ist ein baugleiches Ersatz-Transformatormodul in den aufgetrennten Ringkern einzusetzen und die elektrischen Verbindungen des Ersatztransformatormoduls mit den weiteren Modulen des zweiten Ringkernes herzustellen. Danach ist der zweite Ringkerntransformator wieder in die ursprüngliche Position innerhalb der Verbindungsstruktur zu verbringen, die elektrischen Verbindungen mit dem ersten und dem dritten Ringkerntransformator wieder herzustellen und der dritte Ringkerntransformator mit der ersten mobilen Hebevorrichtung auf die Isolationsblöcke 130 abzusetzen.
Eine weitere erfindungsgemäß - nicht in einer Fig. gezeigte - Ausführungsform einer Verbindungsstruktur für mehrere modulare Ringkerntransformatoren besteht in einer regalähnlichen Ablagevorrichtung mit mehreren übereinanderliegenden Ebenen, wobei in jeder Ebene ein Ringkerntransformator positionierbar und elektrisch sowie mechanisch mit dieser verbindbar ist. Ein Anhebevorgang von über demjenigen Ringkerntransformator mit einem zu tauschenden Transformatormodul befindlichen weiteren Ringkerntransformatoren entfällt. In weiteren Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur sind die Ebenen der regalähnlichen Ablagevorrichtung, auf welchen ein Ringkern zu positionierbar ist, mit Hilfe von teleskopartigen Schienen aus der Ablagevorrichtung bewegbar. Der Entnahmevorgang eines Ring- kemtransformators wird dadurch weiter vereinfacht.
Bezuqszeichenliste
Erstes Transformatormodul mit Kernabschnittsmodul und Wicklungsmodul Kernabschnittsmodul Erste elektrische Wicklung Zweite elektrische Wicklung Ringkern mit Wicklungsmodulen Zweites Transformatormodul Drittes Transformatormodul Viertes Transformatormodul Fünftes Transformatormodul Sechstes Transformatormodul Mittelachse Anordnung von Transformatormodulen Zehntes Transformatormodul Elftes Transformatormodul Zwölftes Transformatormodul Dreizehntes Transformatormodul Vierzehntes Transformatormodul Fünfzehntes Transformatormodul Sechzehntes Transformatormodul Siebzehntes Transformatormodul Achtzehntes Transformatormodul Isolationsblock

Claims

Patentansprüche
1. Ringkern für einen Leistungstransformator (18), wobei sich der Ringkern in Form einer geschlossenen Torus-ähnlichen Struktur um eine gedachte Mittelachse (70) erstreckt, wobei dieser aus einer Vielzahl aneinandergrenzender Lagen Blech gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkern längs der Torus-ähnlichen Struktur von wenigstens drei miteinander lösbar verbundenen Kernabschnittsmodulen (11) gebildet ist und dass die Verbindung der Kernabschnittsmodule mittels Verzahnung einzelner Blechlagen und/oder Blechlagenbereiche vorgesehen ist.
2. Ringkem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dieser zumindest abschnittsweise einen Kernquerschnitt aufweist, der an eine Ellipse oder Kreis angenähert ist.
3. Ringkern nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Kernabschnittsmodul (11) ein Wicklungsmodul mit jeweils wenigstens einer e- lektrischen Wicklung (14, 16) zugeordnet ist.
4. Ringkern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Wicklungsmodul wenigstens zwei galvanisch voneinander getrennte elektrische Wicklungen (14, 16) angeordnet sind.
5. Ringkern nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kernabschnittsmodul (11) kraft- und/oder formschlüssig mit dem jeweils zugeordneten Wicklungsmodul verbunden ist und daraus ein Transformatormodul gebildet ist.
6. Ringkern nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsmodule elektrisch miteinander koppelbar sind.
7. Ringkern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für alle Wicklungsmodule gemeinsame elektrische Anschlüsse herausgeführt sind.
8. Anordnung von Ringkernen mit Wicklungsmodulen (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einer gemeinsamen Verbindungsstruktur anordenbar sind und dass jeder darin angeordnete Ringkern mit Wicklungsmodulen (101-103, 111-113, 121-123) separat in die Verbindungsstruktur einbringbar und aus dieser zerstörungsfrei entfernbar ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstruktur Vorrichtungen zur elektrischen Ankopplung von einzelnen Wicklungsmodulen und/oder gemeinsamer elektrischer Anschlüsse der Wicklungsmodule aufweist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkerne mit Wicklungsmodulen (101-103, 111-113, 121-123) unter Verwendung der Verbindungsstruktur zu einer elektrischen Funktionsgruppe verschaltet sind, welche die Funktionalität eines 3-phasigen Leistungstransformators aufweist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Ringkerne mit Wicklungsmodulen (101-103, 111-113, 121-123) a- xial längs einer gemeinsamen Mittelachse (70) angeordnet sind.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Ringkerne mit Wicklungsmodulen (101-103, 111-113, 121-123) auf einer gemeinsamen Ebene quer zur jeweiligen Mittelachse angeordnet sind.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens zwei Ringkerne mit Wicklungsmodulen gemeinsame elektrische Anschlüsse an der Verbindungsstruktur herausgeführt sind.
14. Anordnung nach einem vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Kernabschnittsmodule je Ringkern 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 beträgt.
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