EP4751301A1 - Transformator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Transformator (1), insbesondere Mittelfrequenztransformator, umfassend einen Transformatorkern (2) mit mehreren Kernschenkeln (4), die über Joche (3) miteinander verbunden sind, und zumindest zwei Leiteranordnungen (5, 6), die um zumindest einen der Kernschenkel (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leiteranordnung (5, 6) als Blechlamellenstapel mit einer Vielzahl von in einer Stapelrichtung übereinander angeordneten Blechlamellen (7) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung

Trans formator

Die Erfindung betri f ft einen Trans formator, insbesondere Mittel frequenztrans formator, umfassend einen Trans formatorkern mit mehreren Kernschenkeln, die über Joche miteinander verbunden sind, und zumindest zwei Leiteranordnungen, die um zumindest einen der Kernschenkel angeordnet sind . Insbesondere betri f ft die Erfindung einen Mittelfrequenztrans formator, der für Frequenzen von 100 Hz bis zu einigen 1 KHz ausgelegt ist .

Trans formatoren sind im Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt . Auch ist es bekannt , Trans formatoren zur Reduzierung ihrer Baugröße für höhere Frequenzen aus zulegen . So benötigen beispielsweise Mittel frequenztrans formatoren gegenüber herkömmlichen Transformatoren, die mit der üblichen Netz frequenz von 50 Hz betriebenen werden, bei vergleichbarer Leistungsübertragung einen Trans formatorkern mit Kernschenkeln deutlich geringeren Querschnitts . Dies gilt allerdings nicht für die Leiter der als Wicklungen ausgebildeten Leiteranordnungen, die den Laststrom übertragen müssen . Entsprechend bereitet es fertigungstechnisch Probleme , einen Wicklungsdraht mit vergleichsweise großem Querschnitt um einen Kernschenkel mit vergleichsweise geringem Querschnitt zu wickeln .

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Trans formator der eingangs genannten Art mit alternativem Aufbau zu schaffen . Zur Lösung dieser Aufgabe schaf ft die vorliegende Erfindung einen Trans formator, insbesondere Mittel frequenztrans formator, umfassend einen Trans formatorkern mit mehreren Kernschenkeln, die über Joche miteinander verbunden sind, und zumindest zwei Leiteranordnungen, die um zumindest einen der Kernschenkel angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , dass j ede Leiteranordnung als Blechlamellenstapel mit einer Viel zahl von in einer Stapelrichtung übereinander angeordneten Blechlamellen ausgebildet ist , die insbesondere aus Kupfer oder Aluminium hergestellt sein können . Dank dieses Aufbaus lassen sich die Leiteranordnungen durch Stapeln einzelner Blechlamellen um den zugehörigen Kernschenkel herstellen, so dass der klassische Wickelvorgang entfällt und die Fertigung insbesondere bei vergleichsweise kleinen Kernschenkelquerschnitten, wie sie bei Mittel frequenztrans formatoren auftreten, deutlich vereinfacht wird .

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die Blechlamellen eine elektrisch isolierende Beschichtung auf , beispielsweise eine dünne Schicht aus Lack oder Emaille , um einen Kurzschluss zu verhindern .

Bevorzugt sind die Blechlamellen j eweils U- förmig ausgebildet , wodurch sie sich besonders einfach und platzsparend um den zugehörigen Kernschenkel stapeln lassen . Dabei werden bzw . sind die Blechlamellen insbesondere derart gestapelt , dass zumindest ein aus Hauptblechlamellen gebildeter Stapel , wenn der Kernschenkel von oben betrachtet wird, ebenfalls eine U-Form aufweist .

Vorteilhaft sind die Blechlamellen j eweils aus einer Viel zahl von Blechlamellenstrei fen ausgebildet , die in einer Richtung quer zur Stapelrichtung benachbart zueinander angeordnet und bevorzugt U- förmig ausgebildet sind . Dank der dann zwischen benachbarten Blechlamellenstrei fen einer Blechlamelle vorhandenen Schlitze lassen sich Wirbelstromverluste reduzieren .

Bevorzugt weist der Blechlamellenstapel zumindest einer Leiteranordnung Hauptblechlamellen und Konterblechlamellen auf , die elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Konterblechlamellen eine geringere Länge als die Hauptblechlamellen haben . Die Hauptblechlamellen sind dabei j eweils um den zugeordneten Kernschenkel geführt , während die Konterblechlamellen derart positioniert sind, dass sie nicht mit dem Magnetfluss durch den Trans formatorkern verkettet werden . Durch das Vorsehen solcher Konterblechlamellen können Wirbelstromverluste reduziert und Streuinduktivitäten eingestellt werden . Darüber hinaus lassen sich mehrere benachbart angeordnete Hauptblechlamellen über Konterblechlamellen elektrisch derart miteinander verbinden, dass diese Hauptblechlamellen über die Stapeltiefe elektrisch in Serie geschaltet sind und vom Strom in gleicher Richtung durchströmt werden, worüber sich die Länge des Leiters einstellen lässt . So sind vorteilhaft die Hauptblechlamellen der Hochspannungs-Leiteranordnung über Konterblechlamellen in Serie geschaltet , insbesondere sämtliche Hauptblechlamellen der Hochspannungs-Leiteranordnung .

Bei zumindest einer Leiteranordnung, insbesondere bei der Niederspannungs-Leiteranordnung, sind Blechlamellen, insbesondere sämtliche Hauptblechlamellen, in Stapelrichtung elektrisch parallel geschaltet .

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Trans formator dadurch gekennzeichnet , dass der Transformatorkern zumindest drei benachbart angeordnete Kern- schenke! aufweist , dass zumindest zwei Hochspannungswicklungen und zumindest zwei Niederspannungswicklungen an dem mittleren Trans formatorkernschenkel angeordnet sind, dass die zumindest zwei Hochspannungswicklungen zwischen den Niederspannungswicklungen positioniert sind, und dass die Blechlamellen der Hochspannungswicklung in Stapelrichtung in Serie und Blechlamellen der Niederspannungswicklungen, insbesondere sämtliche Blechlamellen der Niederspannungswicklungen in Stapelrichtung parallel geschaltet sind .

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich . Darin ist

Figur 1 eine geschnittene schematische Draufsicht eines Trans formators gemäß einer Aus führungs form der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 eine geschnittene schematische Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Trans formators ;

Figur 3 eine schematische perspektivische Explosionsansicht eines Teilbereiches einer Trans formatorwicklung des in Figur 1 gezeigten Trans formators ; und

Figur 4 eine geschnittene schematische Draufsicht einer Hauptblechlamelle gemäß einer weiteren Aus führungs form der vorliegenden Erfindung .

Die Figuren 1 bis 3 zeigen einen Trans formator 1 gemäß einer Aus führungs form der vorliegenden Erfindung bzw . Komponenten desselben . Bei dem Trans formator 1 handelt es sich vorliegend um einen Mittel frequenztrans formator, der für Frequenzen von 100 Hz bis zu einigen 1 KHz ausgelegt sein kann . Er umfasst einen laminierten Trans formatorkern 2 aus Stahl mit drei über Joche 3 verbundenen Kernschenkeln 4 , wobei der Querschnitt des mittleren Kernschenkels 4 doppelt so groß wie der Querschnitt der äußeren beiden Kernschenkel 4 gewählt ist . Ferner umfasst der Trans formator 1 vier Leiteranordnungen 5 , 6 , die übereinander um den mittleren Kernschenkel 4 angeordnet und in Richtung des Trans formatorkerns 2 beispielsweise durch nicht näher dargestellte I solationshülsen isoliert sind . Die mittleren beiden Leiteranordnungen 5 dienen vorliegend als Hochspannungs-Leiteranordnungen und die äußeren beiden Leiteranordnungen 6 als Niederspannungs-Leiteranordnungen . Jede Leiteranordnung 5 , 6 ist als Blechlamellenstapel mit einer Viel zahl von in einer Stapelrichtung übereinander angeordneten, U- förmig ausgebildeten Blechlamellen 7 vorgesehen, die vorliegend aus Kupfer oder Aluminium hergestellt und mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung beispielsweise aus Lack oder Emaille versehen sind . Die Blechlamellen 7 der Hochspannungs-Leiteranordnungen 5 sind dabei elektrisch in Reihe und die Blechlamellen 7 der Niederspannungs-Leiteranordnungen 6 parallel geschaltet . Die Hochspannungs-Leiteranordnungen 5 weisen, wie es in Figur 3 gezeigt ist , zur technischen Umsetzung der Reihenschaltung j eweils U- förmig ausgebildete Hauptblechlamellen 7 . 1 und Konterblechlamellen 7 . 2 auf , wobei die Länge der Konterblechlamellen 7 . 2 geringer als die Länge der Hauptblechlamellen 7 . 1 gewählt ist .

Jede Konterblechlamelle 7 . 2 ist an einem ihrer freien Enden elektrisch mit der darüber angeordneten Hauptblechlamelle 7 . 1 und mit dem anderen freien Ende mit der darunter angeordneten Hauptblechlamelle 7 . 1 elektrisch verbunden, wozu entsprechende Kontakt flächen 8 an den Haupt- und Konterlamellen 7 . 1 und 7 . 2 ausgebildet sind, wobei die nach unten weisenden Kontakt flächen 8 in Figur 3 schraf fiert dargestellt sind . Entsprechend kehren die Konterblechlamellen 7 . 2 , wie es in Figur 3 durch die Pfeile 9 angedeutet ist , den Stromfluss während des Trans formatorbetriebs ohne Verkettung mit dem Kernfluss um, was dazu führt , dass sämtlichen Hauptblechlamellen 7 . 1 in gleicher Richtung vom Strom durchflossen werden . Darüber hinaus reduzieren die Konterblechlamellen 7 . 2 den Streufluss zwischen den beiden Hauptarmen der Hauptblechlamellen 7 . 1 . Damit kann über die Länge der Konterlamellen 7 . 2 auch die Streuinduktivität gesteuert werden . Zudem werden auch die Wirbelstromverluste verringert .

Es sei darauf hingewiesen, dass die dargestellte Schaltung von Hochspannungs- und Niederspannungs-Leiteranordnungen 5 , 6 auch verviel facht werden kann . Zudem kann natürlich auch eine andere Anordnung der Hochspannungs-und Niederspannungs-Leiteranordnungen 5 , 6 gewählt werden . Darüber hinaus können Konterblechlamellen 7 . 2 in geeigneter Weise auch bei den Niederspannungs-Leiteranordnungen 6 vorgesehen werden, um die Streuinduktivität einzustellen und/oder die Wirbelstromverluste zu reduzieren und/oder die Länge der j eweils parallel geschalteten Hauptlamellen 7 . 1 zu variieren .

Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Variante , bei der die Blechlamellen 7 j eweils aus einer Viel zahl von Blechlamellenstrei fen 10 ausgebildet sind, die in einer Richtung quer zur Stapelrichtung benachbart zueinander angeordnet sind . Dank der dann zwischen benachbarten Blechlamellenstrei fen 10 einer Blechlamelle 7 vorhandenen Schlitze lassen sich Wirbelstromverluste reduzieren . Zwischen den Blechlamellenstrei fen 10 können auch nicht näher dargestellte Konterblechlamellenstrei fen angeordnet werden, um die zuvor beschriebenen Ef fekte zu bewirken .

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . So kann der Trans formatorkern als Ringkern ausgebildet sein und auch zwei Kernschenkel aufweisen, um die j eweils eine oder mehrere Leiteranord- nungen angeordnet ist/ sind, wodurch der Stromfluss aufge- teilt wird . Ebenso sind Trans formatorkerne mit mehr als drei Kernschenkeln denkbar .

Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines be- stimmten Begri f fes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst .

Claims

Patentansprüche

1. Transformator (1) , insbesondere Mittelfrequenztransformator, umfassend einen Transformatorkern (2) mit mehreren Kernschenkeln (4) , die über Joche (3) miteinander verbunden sind, und zumindest zwei Leiteranordnungen (5, 6) , die um zumindest einen der Kernschenkel (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leiteranordnung (5, 6) als Blechlamellenstapel mit einer Vielzahl von in einer Stapelrichtung übereinander angeordneten Blechlamellen (7) ausgebildet ist.

2. Transformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechlamellen (7) eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen.

3. Transformator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechlamellen (7) jeweils U-förmig ausgebildet sind.

4. Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechlamellen (7) jeweils aus einer Vielzahl von Blechlamellenstreifen (10) ausgebildet sind, die in einer Richtung quer zur Stapelrichtung benachbart zueinander angeordnet und bevorzugt U-förmig ausgebildet sind.

5. Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechlamellenstapel zumindest einer Leiteranordnung (5, 6) Hauptblechlamellen (7.1) und Konterblechlamellen (7.2) aufweist, die elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Konterblechlamellen (7.2) eine geringere Länge als die Hauptblechlamellen (7.1) aufweisen.

6. Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einer Leiteranordnung (6) Blechlamellen in Stapelrichtung elektrisch parallel geschaltet sind.

7. Transformator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (2) zumindest drei benachbart angeordnete Kernschenkel (4) aufweist, dass zumindest zwei Hochspannungswicklungen (5) und zumindest zwei Niederspannungswicklungen (6) an dem mittleren Kernschenkel (4) angeordnet sind, dass die zumindest zwei Hochspannungswicklungen (5) zwischen den Niederspannungswicklungen (6) positioniert sind, und dass die Blechlamellen (7.1) der Hochspannungswicklung (5) in Stapelrichtung in Serie und Blechlamellen

(7.1) der Niederspannungswicklungen (6) , insbesondere sämtliche Blechlamellen (7.1) der Niederspannungswicklungen (6) in Stapelrichtung parallel geschaltet sind.