SE417466B - Krafttransformator - Google Patents

Description

_ 79s179?-s 10 15 20 25 50 35 runt om inåt, dvs mellan lindning och kärna. Pâ grund av det stödjande materialets elastioitet kan man dock inte med denna. metod helt förhindra buckling, utan endast begränsa 'nucklans storlek. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att, vid en transformator av i ingressen till patentkrav 1 angivet slag, åstadkomma ett kortslutnings- säkert lindningsutförande. Detta uppnås genom de i känneteolmande delen av patentkrav 1 angivna åtgärderna. I 'Uppfinningen bygger på. insikten om att en lindning som utsätts för en radiellt :Lnåtriktad haft och som har stöd runt om utåt mot utanförligg- ande lindning genom att utrymmet- mellan de två. lindningarna fyllts ut med fast material, kan bucklafendast om den inre lindningen är initialorund.

Det har visserligen tidigare föreslagits att låta en lsrafttransformators innerlindning ta stöd mot ytterlindningen för att undvika 'buclding (EPZ 1952, h 5, s 121-125)- Därvid användes ett antal i tangentiellt av- stånd från varandra anordnade längsgående stödlister i kanalen mellan inner- och ytterlindning. Vid det kända utförandet är det dock inte fråga om bandlindniszgar utan om lindningar som i sig själva har relativt stor styvhet.

Vid en bandlindning, utförd av exempelvis folie av endast 0,1 mm tjocklek, är det emellertid inte tillräckligt med stöd utåt, eftersom den vid kort- slutning alstrade ringspäzmingen i lindningens innersta varv svarar mot en fri lmäcklängd (motsvarande en viss orundhet hos lindningsvarvet) som lig- ger långt under de värden som kan uppnås med praktiska tillverkningsmetodsr.

Enligt uppfinningen förses därför lindningen som utsätts för en radiellt inåtriktad kraft med en inre mallcylinder av sådan tjocklek, att ringspän- ningen i mallcylindern vid kortslutningsström i lindningen är mindre än lcnäckspänningen för den fria lnxäoklöngd hos malloylindern, som svarar mot mallcylinderxzs största tolerabla orundhet. Storleken av denna orundhet fast- ställs med hänsyn till erforderliga tillverkningstoleranser. Genom att mallcylindern utföres av material med relativt hög elastioitetsmodul, före- trädesvis metall, uppnås flera väsentliga fördelar som komer att närmare belysas i figurbeskrivningen nedan. vid tillverkning av en transformator enligt föreliggande uppfinning är det synnerligen fördelaktigt att samlinda de två. aktuella lindningarna med dragförspàïtming. Genom förspänning av en lindning som utsätts för en radi- eln marinad :daft (den inre limdmimgdn) kam man åstadkomma en då stod-c 10 15 20 25 50 55 3 7901797-s radiellt tryck, att glappfrihet kan garanteras trots att ledaren vanligt- vis ej är helt plan när den lindas på. Genom förspämxing av den utanför- liggande lindningen uppnås att stödet i kanalen mellan lindningarna för- blir stödjande även under kortslutningsförloppet då. den yttre lindningen vill öka och den inre minska sin diameter., Vid tillverlmingen lindar man lämpligen aan me linanmgen med en arsgspännzng Wo och mer alutanaen.

Därefter lindas t ex en ribbmatta ett varv (alternativt kan t ex en plastfilm lindas många. varv) utgörande avstånd mellan lindningarna. Ytterlindnimgen lindas sedan direkt utanpå denna. med dragspänningen f . Om 01, väljas så. stor att medeltryckspäimixzgen i den inre lindningen överstiger medelspän- ningen vid kortslutning fås automatiskt en kontroll av kortslutningssäker- heten redan vid tillverkningen.

Det kan även vara fördelaktigt att välja en annan förspänningsfördelning, exempelvis låg för-spänning på. den inre lindningen och hög på. den yttre.

Därigenom kan man uppnå att resulterande tryckförspänningen i mallcylin- dem inte blir mycket högre än resulterande tryckförspäzmingen i inner- lindningen.

Vid en inre förspänd 'bandlindning av aluminium kan det inträffa att för- spärmingen på grund av krypning gradvis avtar och eventuellt helt upphör efter lång tid. Enligt en vidareutveckling av uppfinningen kan detta för- hindras genom att man som stöd för lindningen utåt anordnar en längs hela lindningens yttre periferi anliggande, axiellt delad stödcylinder, före- trädesvis av metall, vilken i sin tur stöds mot den utanför liggande lind- ningen med hjälp av längsgående, med inbördes avstånd anordnade ribbor.

Den yttre lindningen lindas på dessa ribbor med dragförspärming och kommer därvid att få. ett polygonformigt tvärsnitt genom att lindningsavsnitten mellan ribbcrna blir raka.. Vid ett kortslutningsförlopp vill den yttre linclningen försöka. anta cirkulär form, varvid de raka lindningsavsnitten påverkas av en utåtriktad lcraft, medan polygonhörnen påverkas av en inåt- riktad *kraft som via. nämnda ribbor överförs till den inre lindningens yttre stödcylinder.

Vid en transformator enligt föreliggande uppfinning med mallcylinder av 'elektriskt ledande material är det lämpligt att cylindern utföres med större axiell längd än lindningarnas medellängd. Därigenom åstadkommas på. enkelt sätt en virvelströmsstyrnizzg av magnetfältet med åtföljande minskning av strömkoncentrationen i det inre området av innerlindningens 10 15 20 25 50 35 f_79o1v97-6 4 ändpartier. Man har visserligen även tidigare varit inne på. tanken att styra magnetfältet på. detta sätt, men därvid har separata skärmar för detta ändamål föreslagits (amerikanska. patentslmiften 5 142 029).

Uppfinningen skall närmare beskrivas i anslutning till i bifogade rit- ning visade utföringsexempel. Fig 1 visar ett tvärsnitt genom en trans- formatorkäma med lindning-ar. Fig 2 visar ett avsnitt av en utvändigt tryokbelastad ring för 'berälczxizxg av den med hänsyn till hläckningsrisken maximalt tillåtna :Lnitialorundheten hos ringen. Fig 3 visar ett tvärsnitt genom isolationsslitsen i den inre lindningens mallcylinder. Fig 4 visar ett längssnitt genom ett kärnben med två. lindning-ar. Fig 5 visar en del av ett tvärsnitt genom ett kärnben med ett alternativt lindningsutförande.

Fig 1 visar ett tvärsnitt genom ett ben 1 av en järnkärria för en Icraft- transforznator. Iërnbenet 1 omslutes av en irmerlindzüng 2 och en ytter- _ lindning' 5. Dessa lindningar är utförda som s k 'bandlindningaiu I sådana lindningar utgöres ledaren av band (eller folie) av exempelvis aluminium, som är isolerat på lämpligt sätt. Bandets tjocklek kan exempelvis ligga mellan 0,1 een 1,5 m. i i Lindninganza 2, 5 är koaaciellt anordnade med ett mellanliggande cylind- riskt utrymme, som är utfillt av en ribbmatta 4. Denna kan vara uppbyggd av massiva eller ihåliga ribbor av exempelvis glasfiberarmerad plast eller presspan. Alternativt kan utrymmet vara utfyllt av en massiv cylin- der.

Innerlindnizxgen 2 är lindad på. en av exempelvis aluminium utförd mall- cylinder 5, som är betydligt tjockare än innsrlindzxingens ledare. Ledaren är fäst vid mallcylindern, vilken därvid utgör en del av lindningens inre uttagsskena. Mallcylindern har en längsgående isolationsslits, så. att cirkulerande kortslutningsström i cylindern förhindras.

Vid kortslutning av transformatorn kommer ytterlindningen 5 att påverkas av en radiellt utåtriktad och innerlindningen 2 av en radiellt inåtriktad kraft. ïtterlindningen 3 kommer därvid att bibehålla. sin runda form. Efter- som innerlindningen tar stöd mot ytterlindrxingen runt om kan den buckla. endast om en iixitialorzmdhet hos mallcylindern finns. Både ytter- och inner-lindning kan :nämligen ej buckla om radiella styvheten i lindningen är finräsknge stor, »eftersom den integrerade tangenualspämmgen totalt är noll. ' 10 15 20 25 7901797-6 Genom att använda mallcylindem 5, som inte behöver vara. särskilt tjock, uppnås att lindningen kan utföras med gängse tillverkningstoleranser utan 'risk för bucklizag. Detta framgår av formlerne. (1) och (2) nedan, varvid betydelsen av använda beteckningar framgår av fig 2.

Fig 2 visar ett avsnitt av en ring som är belastad med ett jämnt fördelat radiellt inåtrilctat tryck p. Vi antar att ringen har stöd utåt mot en annan ring som bibehåller sin runda form. Kränkning av den inre ringen är därvid möjlig endast om en initialonmdhet finns. Storleken av denna orundhet c (största tillåtna avvikelse från cirkelform) samt motsvarande fria lmäolclängd Ro('min kan beräknas ur följande formler: F” dm: u 2 (1) 122!! +1 c = “R <2) där R = ringens radie h = ringens tjocklek i radiell riktning E = ringens elasticitetsmodul 0": medelringtryckspäzmingen vid maximalkortslutningsström (riktad tangentiellt).

För en ring med radien R = 220 mm, radiella tjockleken h = 0,1 mm, elasti- citetsmodulen E = 0,7 - 105 N/mmz och ringspänningen f = 44 N/mme erhålles ur (1) och (2) en fri mläckiänga nolm = 3,62 mm och en Omaha; c = 0,024 mm.

Om man i stället ökar den radiella tjockleken till h = 4 mm erhålles med i övrigt samma värden som i föregående exempel en fri Imäcklängd Rümin = a 141,6 mm och en onzndhet o = 56,95 mm.

Det första exemplet motsvarar en bandlindning med ledartjookleken 0,1 mm utan mallcylinder, medan det andra exemplet motsvarar en bandlindnirxg med en malleylinder med tjockleken 4 mm. Ehcemplen visar att det vid av metall- :nen-s 10 15 '20 25 50 foliebend utförda transformatorlindningar som har stöd runt hela sin yttre periferi, även IQ-ävs en inre mallcylinder, eftersom så. små. orund- heter som 0,024 mm (enligt det första exemplet) ej kan uppnås vid prak- tiska tillverkningsmetoder. Som framgår av det andra exemplet *behöver dock en sådan mallcylinder inte vara särskilt tjock. Jämfört med tidigare kända konstruktioner kan därför en transformator enligt uppfinningen ut- föras 'med mindre lindningsdiameter, varvid betydande kostnadsbesparingar kan uppnås. Dessutom förbättras lqlmedieströmningen i utrymmet mellan innerlindning och Icärna, eftersom mallcylindern inte behöver några inre stöd som nämnvärt isla-äkta:- på detta utrymme.

Med utfingspwmlct från de angivna formlerns. kan man sätts »wavš He) där k är en konstant som lämpligen kan ligga mellan 0,5 och 5.

Fig 5 visar hur mallcylinderns 5 isolationsslits 6 kan vara anordnad.

Ett eller flera lager glasfibertejp 'I é--äyl är applicerade runt mallcylin- derns skarvändar Sa., 5b, vilka är fixerade mot varandra med hjälp av skru- var Ba, Bb anordnade i en längsgående isolationsribba 9. Bandlindnzíxzgens inre ände 2a fastsvetsas längs oylinderns ena skarvärzde Sa, i vilken shu- varna 8a åtdrages först efter det att bandlindzángen 2 pålagts. Genom drag*- *spämxingen i 'handledaren kommer cylinderns skarvändar därvid att pressas mot varandra och komprimera isolationsspalten 6, vilket är fördelaktigt ur mekanisk synpunkt. Isolationsribbans 9 tvärsnittsform kan lätt anpassas till avtrappnángen hos kämtvärsnittet, så att ribban inte behöver föror- saka. någon ökning av lindningens diameter.

Fig 4 visar ett snitt genom ett 'ben 1 av en transfozmatorkåírrxa med övre och undre ok 10 resp 11. Kärnbenet 1 uppbär en mallcylinder 5 av elekt- riskt ledande material, på. vilken lindats en inre bandlindning 2 och utan- på. denna en yttre lindning 3. Det oylindriska. utrymmet 4 mellan lindning- arna är utfyllt av fast isolermaterial. Mallcylindern 5 har större axiell längd än lindning-arna 2 och 3. Därigenom uppnås att mallcylindern vid lind- ningarnas ändar fungerar som en elektrisk skäm, som minskar magietflödets radiella komposant, varigenom strömkoncentrationen vid den inre kanten av den inre bandlindningens 5 ändpartier reduceras. 10 15 20 7901797-6 Fig 5 visar en del av ett tvärsnitt genom ett kärnben 1, som omslutes av en inre bandlindning 2 och en yttre bandlindrzing 5. Innerlindningen 2 är lindad på. en mallcylinder 5 och har dessutom en yttre stödcylinder 12.

Cylindrarna 5 och 12 är företrädesvis utförda av metall, och den yttre cylindern 12 är lämpligen delad i längsriktningen i ett antal, t ex fyra, lika stora sektioner, av vilka den ena lämpligen kan tjäna som yttre ut- tagsledare för innerlindningen 2. cylindern 12 stöds mot den utanför liggande lindningen 3 med hjälp av längsgående, med inbördes avstånd anordnade ribbor 13. Ytterlindzzingen är lindad på ribborna 13 med drag- förspàlzming, varigenom lindningen fått ett polygonfomigt tvärsnitt.

Vid kortslutningsström i transformatorn påverkas lindningsavsnitten mellan ribborna av utåtriktade len-after, medan polygonhörnen påverkas av inåtriktade lccafter, så. som visas med pilar i fig 5. De inåtriktade krafterna överförs via ribborzza 15 och stödcylindern 12 till den inre lindningen. Därigenom ökas friktionen mellan lindningsvarven hos inner- lindningen, varvid man får en 'oöjstyvare konstruktion.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsexemplen utan kan realiseras på. flera olika sätt utan att uppfinningstanken frångås. Exem- pelvis kan det på. varje lcärnben finnas flera än två, exempelvis sex, lindning-ar, av vilka inte bara den innersta är utsatt för en radiellt :Lnâtriktad kraft. Vidare kan såväl baxzdlindningar som lindninga-r av kon- ventionellt utförande förekomma på. salnma transformator. Uppfinningar: om- fattar även det fallet då. en lcrxäclnzingspåicänd 'bandlindning ligger direkt an mot en utanförliggande lindning utan något mellanliggande utrymme.

Claims (11)

jvsmvøv-e PATENTKRAV

1. Krafttransformator med åtminstone två. koncentriska lindning-ar (2, 5), av vilka åtminstone den innersta lindningens (2) ledare utgöres av band eller folie, varvid innerlindningen (2) har stöd mot ytterlindningen (3) och är försedd med en inre malloylinder (5), k ä n n e t e e k n a d därav, att lindningarna är approximativt cirkulärcylindriska, ooh att malleylindern (5) är utförd av metallískt material och har en längsgående isolationsslits (6), varvid mallcylindern (5) i området invid isolationsslitsen (6) stöds av isolerande organ (9).

2. Transformator enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a d därav, att ' mallcylindern (5) har en radiell tjocklek där 0,5 < k < 5 (ff h = kR 'i R = mallcylinderns radie E = mallcylinderns elasticitetsmodul 0'= medeltryckspàmaaing i innerlindningen vid maximal kortslutningsström.

3. 5. Transformator enligt patentkrav 1 eller 2, k ä. n n e t e c k n a. d därav, att mallcylindern (5) tjänar som uttagsledare för innerlindningen (2).

4. Transformator enligt något av föregående patentkrav, vid vilken de två. líndningarna (2, 3) är anordnade med radiellt avstånd från varanüa, så att ett cylindriskt utrymme bildas mellan dem, k ä. n n e t e c k n a d därav, att nämnda utrymme helt eller delvis är utfyllt av fast' material.

5. Transformator enligt patentln-av 4, k ä n n e t e c k n e. d därav, att nämnda utrymme är utfyllt av en matta (4) av massiva eller ihåliga ribbor.

6. Transformator enligt patentkrav 4, k ä. n n e t e c k n a d därav, att nämnda utrymme är utfyllt av en cylindrisk lcropp. 79Û1797'6

7. Transformator enligt patentkrav 4, k ä. n n e t e e k n e. d därav, att i nämnda utrymme anordnats en i längsriktningen delad stödeylinder (12), företrädesvis ev metall, vilken ge: etta för innerlinaningen (2) länge hele linaningene (2) yttre perifeei, een ett etöaeylinaem (12) 1 ein tur har stöd mot ytterlindningen (5) med hjälp av längsgående, runt stödcylinderns (12) omkrets .jämnt fördelade ribbor (13), på. vilka ytter- lindrxingen (3) lindats, så. att denna lindning (5) fått ett i huvudsak polygonformat tvärsnitt (fig 5).

8. Transformator enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e e k n e a aärev, ett melleylinaem (5) ner större exiell långa än den inte linaningene (2) meaeilänga.

9. Transformator enligt något av föregående patentkrav, k ä. n n e - t e c k n a. d därav, att nämnda. isolerande organ (9) utgöres av en mall- cylinderne isolationsslits (6) överbryggande, längsgående ieolationsribba. (9), vid vilken mallcylindeme skarvändar (Sa, Sh) är fixerade.

10. Transformator enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e e 1: n e. a där-ev, ett de både. lmaningei-ee (2, 3) är eemltnaeae med en dragförspännizzg av sådan storlek, att medeltryckspänningen i inner-lind- ningen (2) överstiger medelspäzmingen vid kortslutning.

11. Transformator enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a. d därav, ett dramat-spelningen på imerlmaningen (2) är väsentligt lägre än på ytterlindningen (3).