SE504852C2 - Transformator med supraledande lindningar - Google Patents

Description

40 45 504 852 2 skall användas i en transformatorlindning vanligtvis formen av en tape.

För närvarande tillgänglig tape innehåller ca 30% supraledare och 70% silverrnatris. Det supraledande materialet har en sådan orientering i tapen att AC-förlustema är 3-5 gånger större om det växlande magnetfält ledaren utsätts för är riktat mot tapens plan än om fältet liggeri tapens plan.

Om man för en transformator inte vidtar speciella åtgärder kommer den magnetiska fältbilden för två koncentriska lindningar l och 2 omkring ett ben 3 i en transformatorkärna att se ut som figur l visar.

Det mellan lindningarna gående i huvudsak axiella magnetiska läckflödet 4 böjer av i en mer eller mindre radiell riktning vid lindningens båda ändar. Detta gör att lindningarna kommer att genomgås av ett magnetflöde med en radiell komposant som alstrar virvelströmmar i ledaren och förorsakar förluster. Detta gäller självfallet oberoende av om lindningen består av en konventionell bandlindning eller om den är utformad som en supraledande band(tape)lindning. På grund av den supraledande tapens förlustegenskaper beroende på fältets riktning relativt tapens plan blir detta problem än mera accentuerat vid supraledande lindningar än vid konventionella lindningar.

Ett typiskt exempel på den teknik man har använt vid konventionella bandlindningar för att minska de förluster som uppstår på grund av den radiella fältkomposanten framgår av US 4 323 870. I stället för att försöka påverka fältbilden låter man ledarmaterialet följa fältet. Detta går till på så sätt att man formar bandet så att den magnetiska fältvektorn i varje punkt är tangent till ledarytan. På detta sätt kan virvelströmmarna minimeras. Bifogade figur 2 som är identisk med figur l i nämnda US-patent visar hur bandlindade lindningar kan utformas för att uppnå denna önskade effekt. Rundningen inåt mot kärnbenet åstadkommes genom att lindningsstommen 5, som egentligen är obehövlig ur mekanisk synpunkt, rundas av vid ändarna in mot kärnbenet och rundningen utåt kan ske med hjälp av kilar eller mellanlägg av olika slag. Detta förfaringssätt innebär dock ett ökat utrymmesbehov, ökad radie på lindningarna med ökade förluster till följd samt ett relativt tidskrävande och svårt lindningsarbete.

Ett exempel på hur man kan förfara för att hålla låga förluster då man har supraledande lindningar framgår av SE 92024553, "Lindningsstomme för transformatorer/reaktorer med supraledare" och bifogade figur 3. Den supraledande tapen 8 är lindad på en lindníngsstomme 6 som utgöres av en i huvudsak rak, cirkulärcylindrisk, rörformad stomme. Mellan kärnbenet 3 och lindningsstommen finns en så kallad kryostatvägg 7. På den sida där lindningen skall placeras förses stommen ut mot de båda ändarna med ett längs med stommen skruvformat spår med en plan yta med en bredd 40 45 3 504 852 lika med ledarens bredd. På detta sätt bildar varje varv av spåret runt stommen ut mot ändarna en yta som praktiskt taget utgör mantelytan hos en rakt stympad kon. Vinkeln mellan en generatris 9 hos mantelytan hos den rakt stympade konen och stommens axiella centrumlinje ökar för varje varv ut mot stommens ändar så att mantelytan överallt sammanfaller med magnetfältets riktning. Stommens rnittdel har en cirkulärcylindrisk mantelyta utan spår. Tack vare det skruvformade spåret längs med stommens ändar kan den supraledande tapen lindas kontinuerligt i ett eller flera lager längs hela stommen.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN, UTFÖRINGSFORMER Enligt uppfinningen utgår man från ett annat koncept när det gäller att förhindra uppkomsten av virvelströmmar i tapen vid lindningarnas ändar och därmed förknippade växelströmsförluster. Man påverkar i stället magnetfältet så att det i hela lindningarnas axiella längd förlöper parallellt med lindningarnas symmetriaxel, dvs att det ej som i figur l böjer av vid lindningamas ändar.

Mellan transforrnatorns koncentriskt förlagda sekundär- och primär- lindningar finns ett koncentriskt rörformat utrymme, den s k huvudkanalen, fylld med isolationsmaterial för elektrisk isolering mellan de båda lindningarna. För att styra fältet så att det även vid lindningamas ändar förlöper parallellt med lindningarnas symmetriaxel införs tillsammans med och i isolationen i huvudkanalens båda ändar ett antal koncentriska cylindriska skärmar av magnetiskt material med högt permeabilitetstal, lämpligen större än 103. Om skärmarna är av icke elektriskt ledande material kan de bilda slutna varv. Vid viss elektrisk ledningsförrnåga skall skärmarna vara slitsade eller vid överlappning ha tillfredsställande isolering vid överlappningen.

En utföringsform av uppfinningen framgår av figur 4. De koncentriska lindningarna framgår i figur 1 vid 1 och 2 och transformatorbenet vid 3. De magnetiska fältlinjerna 4 har indikerats i den med isolationsmaterial fyllda huvudkanalen 10. I huvudkanalens övre och nedre delar har koncentriskt införts ett antal cylindriska skärmar ll och 12 av ett magnetiskt material enligt ovan. Syftet med dessa är ju som det framgår av figuren att samla flödeslinjerna så att de även vid lindningarnas övre och nedre del förlöper i huvudkanalen och ej mer eller rnindre radiellt tränger ut genom lindningarna.

Inom ramen för uppfinningen kan antalet skärrnringar vara olika beroende på aktuellt utrymme i huvudkanalen, skärmmaterialets tjocklek och magnetiska egenskaper i övrigt. De måste dock dimensioneras så att de vid märkström ej går i magnetisk mättning. 504 852 I 4 40 45 Samtidigt måste tillräckligt utrymme för den nödvändiga isolationen mellan lindningarna finnas. Skärmarnas axiella längd får i övrigt anpassas till aktuell transformatorkonstruktion. Ett lämpligt material för dessa skärmar är s k amorf transforrnatorplåt eller annat material med försumbara hysteresförluster.

I en utföringsform kan de koncentriska ringarna ersättas av en spiralformad ring.

Claims (6)

1. 0 15 20 25 30 35 40 45 5 504 852 PATENTKRAV l. Transformator med supraledande primär- och sekundärlindningar (1, 2) koncentriskt lindade kring ett kärnben (3) mellan vilka lindningar finns ett koncentriskt rörformat utrymme, huvudkanalen, med isolationsmaterial (10) för isolering mellan de båda lindningarna, k ä n n e t e c k a d av att i isolationsmaterialet vid huvudkanalens båda ändar är koncentriskt införda cylindriska skärmar (11, 12) av magnetiskt material med högt perrneabilitetstal.

2. Transformator med supraledande primär- och sekundärlindningar enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k a d av att skärmarna kan bilda slutna varv då de är tillverkade av icke elektriskt ledande material.

3. Transformator med supraledande primär- och sekundärlindningar enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k a d av att skärmarna skall vara slitsade då de är tillverkade av elektriskt ledande material.

4. Transformator med supraledande primär- och sekundärlindningar (l, 2) koncentriskt lindade kring ett kärnben (3) mellan vilka lindningar finns ett koncentriskt rörformat utrymme, huvudkanalen, fyllt med isolationsmaterial (10) för isolering mellan de båda lindningarna, k ä n n e t e c k a d av att i isolationsmaterialet vid huvudkanalens båda ändar är koncentriskt införd en cylindrisk spiralformad skärm av magnetiskt material med högt permeabilitetstal.

5. Transformator med supraledande primär- och sekundärlindningar enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k a d av att skärmarna är tillverkade av arnorf transforrnatorplåt.

6. Transformator med supraledande primär- och sekundärlindningar enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k a d av att den spiralformade skärmen är tillverkad av amorf transformatorplåt.