WO2006040074A1 - Ringkern-transformator - Google Patents

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Volker Werner Hanser
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Definitions

  • the invention relates to a toroidal transformer, in particular a multiphase transformer having a plurality of axially adjacent arranged cores, each adjacent ring cores carry phase windings of different phases.
  • Polyphase transformers with adjacent arranged ring core windings has the problem that between the individual phase windings high
  • the insulation measures are very expensive.
  • the isolation measures require a certain size of the multiphase transformer, whereby its space requirement is increased.
  • the toroidal cores are arranged adjacent to each other in axial Rrchtung and each carry different phases.
  • This toroidal transformer is designed for operation at low voltage. When used in the medium-voltage range, there would be high potential differences and thus arcing both in the area of the terminals and the windings themselves.
  • the object is to provide a toroidal transformer of the type mentioned, for the only reduced isolation measures are required and the size is reduced. In addition, a high power density should be possible with a small size.
  • connection points of the phase windings of two adjacent ring cores are arranged offset from one another in the circumferential direction.
  • the electrical phase shift between the individual phase windings of the polyphase transformer is practically canceled or reduced by a mechanical offset of the phase windings.
  • the potential difference between adjacent winding sections of different phases is reduced, so that correspondingly less costly insulation measures for insulating adjacent phase windings against each other are required and thus the cost of the insulation measures are also reduced.
  • Due to the lower potential differences between the phase windings of adjacent ring cores these can also be arranged at a smaller distance from each other, whereby the size of the multiphase transformer is reduced.
  • a particularly favorable embodiment provides that the offset or the geometric angle between the connection points of the phase windings of two adjacent ring cores corresponds to the phase shift or the electrical phase angle between the voltage signals of these toroidal cores. Between directly adjacent winding sections of two ring cores, there is virtually no potential difference. In a three-phase system the connection points of the three phase windings are offset by 120 ° from each other in order to mechanically compensate for the phase angle between the individual phases.
  • An embodiment of the toroidal transformer according to the invention of independent significance provides that one of the design of toroidal transformers adapted, preferably substantially cylindrical housing is provided for the ring cores with phase windings, and that preferably at one axial end of the housing, a fan or the like fan is provided.
  • the ring cores with the phase windings are arranged protected in the housing from dirt and damage. With the fan 1 , the arrangement is cooled in order to avoid a thermal overload of the polyphase transformer.
  • the housing with the planned cooling measures favors a compact design of the transformer with high power density. Especially with a
  • Coolant are arranged and that preferably the housing of the transformer is designed as a heat exchanger and connected to the hollow conduits.
  • the housing can be double-walled, in order to dissipate the heat particularly well to the outside.
  • the coolant can be pumped through the waveguides and housing with a pump.
  • a particularly advantageous embodiment provides that on the outside of the housing heat sink or the like protruding elements are provided to increase the housing surface, or that the housing has a profiled surface. Due to the enlarged surface, the heat is better dissipated and thermal overloads can be avoided.
  • the transformer coils are individually with casting resin, wherein a housing for the respective coil is formed by the casting resin.
  • a complementary shape to the desired heat sinks or cooling fins molded mold may be provided so as to obtain the desired outer contour with protruding elements for surface enlargement directly when casting the coils.
  • mechanical stabilization of the phase winding and a direct thermal coupling between the winding and the housing formed by the casting resin is achieved.
  • a high dielectric strength is achieved with the casting.
  • An initially smooth housing surface can also be increased by the surface roughened by a suitable method, such as etching or sandblasting, structured or profiled.
  • the surface has a structure with which the heat can be better dissipated. It should be mentioned that the spacer and insulation elements can be poured simultaneously with the casting of the transformer coils.
  • a receptacle is provided with a cooling medium for partially or completely inserting the transformer.
  • a particularly advantageous embodiment provides that the toroidal cores of the multiphase transformer are formed in a modular manner with their respective phase windings and that a holding device is provided for holding and for fixing the module-like toroidal cores to each other.
  • Several modules can be interconnected in such a way that the power of the transformer can be increased.
  • transformers with outputs over 100MVA can be realized.
  • the individual modules are held with a holding device and fixed in position relative to each other.
  • In the axial direction need only be provided as supports for the toroidal cores between adjacent toroidal cores or their phase windings only to support the toroidal cores in their position and to prevent slippage of the toroidal cores.
  • Special isolation measures are not necessary because of the mechanical rotation of the connection points of the phase windings according to the electrical phase position in the respective phase windings and the advantages thus achieved.
  • the invention also relates to a
  • Toroidal distribution transformers high power and voltage for example, 2,000 kVA and 20,000 volts, is very complicated, time-consuming and therefore expensive.
  • High-voltage winding must be divided into several segments, so that the position voltage of the upper-voltage winding can be reduced, and the operational safety can be ensured. For example, at a voltage of 20,000 volts, 10 segments are provided. The voltage per segment is 2,000 volts. The layer tension is thereby reduced accordingly to a tenth. Furthermore, the voltage resistance to the low-voltage winding must be ensured. It has therefore already created winding devices with which the winding of such transformer windings is simplified. In EP 94 930 197.2, for example, a winding device is described, are moved in the small winding rollers with winding material along a guide ring surrounding a ring core through the toroidal core while winding material is unwound onto the toroidal core.
  • At least one winding station with one on the winding support consisting of two voltage-resistant half-shells with side flange (at least one side flange with an insulated cavity for the implementation of the line material) of insulating high strength, which to a voltage-resistant round Unity around the joined together toroidal core, or the winding support by means of a casting mold around the toroidal core in a Druckgelierhabilit as a whole, for receiving the segments of the high-voltage winding of the transformer, consisting of at least one electrical conductor and at least one insulating material with a winding carrier acting on the holding and pivoting mounting to the rotatable Bearing of the winding support, is provided, which holding and pivot bearing a plurality of peripherally acting on the winding support rollers or the like
  • Has rolling elements of which at least one, is connected to the drive and brake device to drive and slow down the winding support, so that the electrical conductor and the insulating material can be wound onto a closed ring core.
  • the winding support preferably consists of two high-strength half-shells with side flange, which are equipped with an overlapping latching device, or a hinge and an overlapping latching device, the front the actual winding process to the closed ring core to form a round unit, preferably firmly assembled with a special adhesive so that the voltage resistance to the low-voltage winding can be ensured.
  • a further embodiment of the winding carrier provides that a divisible casting mold is placed around the closed ring core, with the aid of which the winding carrier, for example in a Druckgelierhabilit can be made directly on the closed ring core and is located after removal of the mold in one piece around the toroidal core and wound can.
  • the winding support has at least one side flange an insulated cavity with respect to the winding space, wherein at the lower end of the cavity an opening in the winding space of the winding support is, for the implementation of the lower
  • This winding carrier has six advantageous functions firstly to ensure the basic voltage resistance to the undervoltage, secondly the holder for the upper voltage winding, thirdly to allow the winding process, fourthly, the distance of the segments to each other by spacers allows fifth, a predetermined distance to the low-voltage winding is realized and sixth the insulation of the lower Wicklungsgglings by an isolated cavity opposite to the winding in the winding support in a small space upwards allows.
  • the winding carriers can be filled with the segments of the high-voltage winding with one or more insulating materials.
  • insulating materials For example, with a casting resin under atmospheric conditions, casting resin filling under vacuum, casting resin filling by a Druckgelierbacter or in a dense execution with gaseous or liquid insulation materials, for example with nitrogen or a suitable oil.
  • the coil carriers can be designed with a cover for insulation, leak-tightness or damage.
  • the winding support can be made electrically conductive to the outside, taking into account that no closed turn around the ring core itself arises. If necessary, this electrically conductive layer can be grounded or set to a defined potential.
  • a winding carrier For winding a winding carrier this is used in the holding and pivot bearing of the winding device and the winding material is supplied to the winding support of the (the) holding and pivot bearing spaced winding material storage roll (s) supplied.
  • the drive and braking device At least one of the rolling elements is driven, or braked and rotated, whereby the winding support on which this rolling body circumferentially engages, gets into rotation.
  • Rolling elements not connected to the drive device serve as a holder for the winding carrier. To avoid frictional forces, these are preferably also rotatably mounted, so that a rolling or rolling of the winding carrier on these rolling elements is possible.
  • a frictional connection can be realized in a structurally simple manner.
  • a positive connection for example by a toothing of the rolling elements and the side flanges of the winding support.
  • the winding material is removed from the winding material storage roll (s) and wound onto the winding carrier. Since the winding material storage roll (s) are fixed in place and are not moved around the winding support, large winding material storage rolls may be used on which winding material for winding a plurality of winding supports may be sequentially applied. Windings can be wound for high-power toroidal distribution transformers, for example above 10 MVA. As a winding material both round wires and flat strips can be used.
  • a particularly favorable embodiment provides that a plurality of circumferentially juxtaposed winding stations are provided for simultaneously winding a plurality of, in particular arranged on a ring core winding carrier.
  • a plurality of juxtaposed winding carriers can be wound in groups or all at the same time, as a result of which the time required for winding can be considerably reduced.
  • the number of winding stations can be chosen so that a winding station is available for each winding carrier.
  • This winding carriers can be wound in groups or all at the same time.
  • the control succeeds centrally.
  • the winding device is preferably divided into two floors, wherein the winding material storage roll (s) are arranged in the upper floor of the winding device. This will be the
  • the floors can also be reversed as needed. It is expedient if at least one winding material storage roll with conductor material and at least one second winding material storage roll with insulation material for the simultaneous, layer-wise winding of conductor material and insulating material on the
  • Winding support are provided. It is also possible to provide three, four or five winding material storage rolls for simultaneously winding a winding support, wherein two, three or four, the winding material storage rolls of conductor material and a third, fourth or fifth winding material storage roll carries insulation material for insulation. When using insulated conductive material, a winding material storage roll suffices.
  • a preferred embodiment provides that the rolling elements are spring-loaded for adaptation to different winding carriers in the diameter and / or the outline shape and are preferably also supported in a damped manner. This makes it possible to wind with a winding station winding support with circular cross-sections and different diameters, without making any structural changes to the winding station, or the holding and pivot bearing. For this purpose, the rolling bearings against the spring force more or less according to the
  • Winding carrier diameter to be positioned spaced.
  • the winding material storage roll (s) each have a pivot bearing with a Drive and braking device is provided so that a defined winding tension can be maintained.
  • the dielectric strength can be realized and with the winding device, it is possible to wind the high-voltage windings for a toroidal distribution transformer in a relatively short time.
  • a transformer in particular the high-voltage winding of a toroidal transformer high power, and their manufacturing process, wherein at least one winding station with a winding support, consisting of two voltage-resistant shells with side flange of high-strength insulating material, which to a voltage-resistant round unit to the closed Combined toroidal, for receiving the segments of the high-voltage winding of the transformer, consisting of an electrical conductor and an insulating material with a winding carrier engaging on the holding and pivot bearing for rotatably supporting the winding support, is provided, which holding and pivot bearing a plurality, peripherally acting on the winding support Rolls or the like
  • Rolling having at least one of which, with the drive "and braking device is connected to drive and brake the winding support so that the electrical conductor can be wound with the insulating material on a closed ring core.
  • a transformer in particular the high-voltage winding of a toroidal transformer high power, as well as their Provided manufacturing method, wherein the winding support is filled after or during the application of the high voltage winding with solid, liquid or gaseous insulating material.
  • a transformer is provided, wherein at least one side flange of a winding carrier is provided with an insulated cavity, wherein at the lower end of the cavity an opening in the winding space of the winding support, for the implementation of the underlying winding start of the line material of the high-voltage winding upwards located.
  • a transformer wherein a divisible mold is placed around the closed ring core, with the aid of the winding support, for example, can be made in a Druckgelierbacter directly to the closed ring core and after removal of the mold is in one piece around the ring core and can be wound.
  • a transformer wherein the winding support consists of at least two parts with side flange, they are equipped with at least one overlapping latching device, or a hinge and an overlapping latching, the before the actual winding process to the closed ring core to a round unit , preferably with a special stress-resistant adhesive are joined together.
  • a transformer wherein the winding support consists of several insulation materials, and wherein the winding support Has holders for the high-voltage winding, and wherein the side flanges of the winding carrier have a frictional or positive surface, and wherein the winding support spacers for setting a defined distance of the segments to each other, and wherein the winding support has holders for setting a defined distance to the low-voltage winding.
  • a transformer wherein the coil carrier with a casting resin under atmospheric conditions, casting resin filling under vacuum, casting resin filling by a Druckgelierbacter or in a dense implementation with gaseous or liquid insulating materials, for example with nitrogen or an insulating oil, during or after the winding process is filled.
  • a transformer is provided, wherein the winding support can be carried out to the outside electrically conductive, below
  • this electrically conductive layer can be grounded, or can be set to a defined potential.
  • a transformer is provided, wherein for the simultaneous winding of several, in particular arranged on a toroidal winding a plurality of circumferentially juxtaposed winding stations are provided.
  • a transformer wherein the winding device is divided into two floors, wherein the winding material storage roll (s) be arranged in the upper floor of the winding device or vice versa.
  • a transformer wherein at least one winding material storage roll with conductor material and at least one second winding material storage roll with insulation material for the simultaneous, layer-wise winding of conductor material and insulation material are provided on the winding support, or three, four or five winding material storage rollers for simultaneously winding a winding carrier, wherein two, three or four, the winding material storage rolls of conductor material and a third, fourth or fifth winding material storage roll carries insulation material for insulation.
  • a transformer is provided, wherein the rolling elements for adaptation to the diameter and / or the outline shape different
  • the invention also relates to the low-voltage winding of a
  • Toroidal distribution transformer as well as their manufacturing process, a closed multi-stage transformer core high stability, electrically insulated to the outside, as well as on its manufacturing process, for distribution transformers in cast resin technology, from one
  • Undervoltage windings for distribution transformers have very large cross-sections, for example, for 1,000 kVA this is about 1,500 mm 2 .
  • Such cross sections are made for conventional distribution transformers in the leg construction with wide electrically conductive bands. In a toroidal distribution transformer, no such bands can be used due to the geometric conditions.
  • the undervoltage winding would have to be produced in a very complex form by parallel connection of electrically insulated flat wires.
  • Ring cores for toroidal transformers are today only produced for low power and low voltage in one-stage form. Multistage closed high strength toroidal transformer cores and insulated to the outside for distribution transformers and their manufacturing processes are not known.
  • Toroidal distribution transformer high power (from 100 kVA to the megawatt range) can be realized. Another problem is to build a multi-level closed ring core high strength, which is electrically insulated to the outside, and to realize a rational manufacturing process.
  • the high strength of the ring cores is necessary so that the thin transformer sheets remain dimensionally stable, on the one hand during further processing, and later in continuous operation.
  • the electrical insulation is required so that the transformer winding has a sufficient dielectric strength with respect to the core. It is an object to provide a low-voltage winding with a high-section electrical conductor around a closed ring core and a closed multi-stage high-strength toroidal transformer core electrically insulated from the outside and providing a rational machine manufacturing process to enable the production of toroidal distribution transformers ,
  • the achievement of this object is that a turn of the low-voltage winding of an electrically conductive material is preformed in two halves, these two halves are electrically connected to each other around the closed ring core, wherein at least one half has a floor, so that a spiral winding, consisting is formed from several turns on the closed ring core, for the toroid, a thin magnetically conductive material is wound into a multi-stage closed toroidal transformer core, between the magnetically conductive material is an adhesive which mutually isolated the material (to avoid eddy currents) and the toroidal core solidified and the electrical insulation is obtained with respect to the low voltage winding with spacers or spacers made of electrically non-conductive material.
  • the toroidal transformer core can be completely cast with an electrically non-conductive casting resin high strength.
  • a further embodiment provides that the electrical insulation (core for sub-voltage winding) by at least three spacers or three spacers per Winding, which are firmly attached in the steps of the toroidal core, is realized. Subsequently, the toroidal core is coated with a varnish for insulation and protection against corrosion.
  • a support frame for holding the devices, for each width of the magnetically conductive material at least one supply roll device, a drive and braking device, with a guide device, a
  • Cutting device and a Klebstoffsprühvorraum for each width of the magnetically conductive material at least one take-up device with a drive and brake device, and a common guide rail needed.
  • the winding process begins at a narrow, too wide and too narrow again.
  • the winding height is monitored by a remote measuring device.
  • the winding process for the corresponding width is terminated, the magnetically conductive material is severed and supplied to the guide rail of the next width.
  • the magnetically conductive material is sprayed with adhesive. In this way, a closed stage ring core is formed, which has adhesive for insulating the magnetically conductive material and has sufficient strength for further processing.
  • One turn of the undervoltage winding is preformed from two halves with electrically conductive material, for example aluminum with a cross-section of 1500 mm 2 . At least one half has a floor, so that from the individual halves a turn and from the turns a continuous spiral winding is formed, the shape of the floor sets the distance to the isolation of the turns against each other.
  • the individual halves can be screwed and / or welded.
  • the advantage of the toroidal core technology is that it allows toroidal distribution transformers to be realized in the highest power range, which are extremely low-loss and only about 50% of the operating costs of conventional distribution transformers in casting resin technology.
  • the toroidal distribution transformer refinances in a few years and, in addition, a significant amount of primary energy, for the conservation of resources and the environment, can be saved.
  • toroidal core winding apparatus With the toroidal core winding apparatus described above, a rational production of toroidal transformers is achieved in that, for example, at eleven stages, eleven toroidal transformer cores can be wound simultaneously.
  • a transformer in particular a spiral-shaped low-voltage winding of high cross-section and its manufacture, a multi-stage high toroidal solid state toroidal transformer core of magnetically conductive and mutually insulated material, electrically isolated for undervoltage winding, and its manufacturing method, preferably a support frame having at least 3 supply roll devices each having a braking device, at least 2 different widths of magnetically conductive material, at least three adhesive spraying devices; and at least three winding devices with a drive system, at least three guide devices, a guide rail, and a cutting device is provided.
  • each supply roll device as well as each take-up device is equipped with a drive and brake device.
  • a transformer is provided, wherein for each width of the magnetically conductive material except the widest
  • a transformer wherein the magnetic material has been pretreated with an insulating layer.
  • a transformer wherein the closed toroidal transformer core is wound in multiple stages with a thin magnetically conductive material which is pre-treated with adhesive or sprayed with adhesive during the winding process.
  • a transformer is provided, wherein at least three spacer rings or three spacers per turn, are firmly mounted in the steps of the toroidal core.
  • a transformer is provided, the toroidal core being coated with a varnish for insulation and for protection against corrosion.
  • the toroidal transformer core is wrapped with a high-strength cast resin.
  • a transformer wherein the magnetically conductive material has an amorphous structure.
  • the object is also achieved by a transformer, in particular a spiral low-voltage winding of high cross-section and their manufacture, a multi-stage closed toroidal transformer high stability, from magnetically conductive and mutually insulated material, electrically insulated for undervoltage winding, and its manufacturing process, wherein a turn of the low-voltage winding an electrically conductive
  • Material is preformed in two halves, these two halves are electrically connected to each other around the closed ring core, wherein at least one half has a floor, so that a spiral winding, consisting of several turns on the closed ring core is formed.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a lateral section through a multi-phase transformer according to the invention with three axially adjacent arranged ring cores.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration
  • Embodiment of a winding carrier and the winding process according to the present invention Embodiment of a winding carrier and the winding process according to the present invention.
  • FIGS. 3a and 3b show a five-stage toroid according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 4 shows an arrangement for carrying out a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a multiphase transformer, designated as a whole by 101, which has three ring cores 102 arranged one above the other in the axial direction. In each case adjacent ring cores 102 carry phase windings of different phases, wherein the
  • Phase windings are respectively applied to the ring cores 102 annularly enclosing bobbins 103 are applied.
  • bobbin 103 may be alternately arranged with primary and secondary windings next to each other or one above the other. It is also possible that on one
  • Spool 103 each primary and secondary windings are applied together.
  • the ring cores 102 are arranged in a holding device 104 which has outer and inner guide rails 105a, 105b for forming a receiving region for the toroidal cores 102.
  • the guide rails 105a, 105b are each made of insulating material, so that the ring cores 102 and the phase windings on the bobbin 103 of the ring cores 102 are laterally outwardly insulated.
  • the holding device 104 has on its underside a bottom part 107, which likewise consists of insulating material.
  • insulating support elements 108 are provided for the lower ring core 102.
  • a plurality of spaced bearing elements 108 may be provided, or it is a continuous ring as a support element 108 is provided.
  • Spacers 109 are respectively provided between the individual ring cores 102 with which the ring cores 102 or the coil cores 103 respectively assigned to the toroidal cores 102 are fixed relative to one another in their position.
  • Insulating support elements 108 are again provided above the upper ring core 102, on which a cover part 110 rests and the toroidal cores 102 are also insulated on the upper side towards the outside.
  • the multi-phase transformer 101 shown in FIG. 1 is designed as a three-phase transformer.
  • the connection points of the individual phase windings of the toroidal cores 102 or of the spool bodies 103, which are not illustrated in more detail, are each offset by 120 ° relative to one another.
  • the phase windings are thereby mechanically offset from one another by an angle which corresponds to the electrical phase shift or the electrical phase angle between the voltage signals of these phase windings.
  • the multi-phase transformer 101 can thereby be constructed compact and with reduced space requirements.
  • no or only little insulation measures are required, whereby costs are saved and the construction is simplified.
  • the ring cores 102 are formed with their respective bobbins 103 like a module.
  • the affected toroidal core can be exchanged for a replacement module or the defective module is electrically disconnected and a replacement module is provisionally connected to the polyphase transformer 101.
  • a replacement module is provisionally connected to the polyphase transformer 101.
  • FIG. 2 shows a winding device, generally designated 201, for winding winding carriers 202.
  • the winding device for winding winding carriers 202 with winding material 204a, 204b stored on rotatably mounted winding material storage rollers 203a has two winding stations 205, which are spaced apart by 90 degrees from each other Annotated ring core 6, are arranged.
  • the winding stations 205 each have a support frame 207, with a holding and pivot bearing 208, for each one winding support 202.
  • the winding supports 202 are each arranged concentrically around the ring core 206, wherein an air gap 20 9 remains free between the ring core 206 and the winding supports 202.
  • the ring core 206 is held with a holding device, not shown, in the position shown.
  • the holding and pivot bearings 208 three each have on a roller holder 211, rotatably mounted rollers 210 as rolling elements, which act on the winding support 202.
  • Two of the rollers 210 support the winding support 202 while from below and thus form a stable support and the third roller 210 acts on the winding support 202, from above, so that the winding support 202 is practically pinched by three rollers 210 and accidentally releasing the winding support 202 of the Holding and pivot bearing 208 is avoided.
  • the rollers 210 are connected to a drive and brake device, not shown, with which the rollers are rotated in the direction of the arrows. Between the rollers 210 and the winding support 202, a frictional drive and braking device is provided, so that when turning the rollers 210 in the clockwise direction, the
  • Winding support 202 is rotated in opposite directions. As a result of the rotational movement of the winding carrier 202, the winding material 204a, 204b is detached from the rotatably mounted winding material storage rollers 203a, 203b and wound onto the winding carrier 202. In this case, the winding carriers 202 of the individual winding stations 205 can be wound simultaneously.
  • the winding carriers 202 are made of a high-strength insulating material, each coil-like with the winding space 213 and laterally defining flanges 214 are formed.
  • the insulation material is the dielectric strength, in particular over the
  • the outer edges of these side flanges 214 serve as loading surfaces for the rollers 210.
  • the winding material 204a, 204b can be guided between the side flanges 214 on the winding support 202 without hindering the supply of the winding material 204a, 204b by the rollers 210.
  • the side flanges 214 form an insulation to adjacent coil carriers, as well as lateral boundary for the coil material 204a, 204b.
  • the rollers 210 are spring-loaded and damped at their roller holder 211, respectively. This allows the rollers 210, a holding and pivot bearing 208 move apart to use a winding support 202, in the holding and pivot bearing and remove again. In addition, it is possible to wind winding carriers of different sizes.
  • a first winding material storage roll 203a, with conductor material 4a, and a second winding material storage roll 203b with insulating material 204b, for simultaneously, layer by layer wrap the conductor and the insulating material, on a winding support 202 are provided.
  • the invention relates to a high-voltage winding of a toroidal transformer, as well as their method of manufacture, for distribution transformers, based on toroidal technology.
  • the winding station with one on the winding support, consisting of two voltage-resistant shells with side flange of insulating high strength, which joined together to form a voltage-resistant round unit around the closed ring core, for receiving the segments of the
  • High-voltage winding of the transformer consisting of at least one electrical conductor and at least one insulating material is provided with a winding carrier engaging on the holding and pivot bearing for rotatably supporting the winding support, so that the electrical conductor and the insulating material can be wound onto a closed ring core.
  • FIGS. 3 a and b show a closed ring core 301 which is designed with five stages 302, 303, 304, 305 and 306.
  • the steps are preferred so that an approximately round cross-section is formed.
  • the steps consist of thin sheets, which are preferably sprayed with adhesive, for insulation and strength. So a circular
  • Cross section is formed, an insulation to the outside and the high Festi-ability, the ring core is cast with a resin 307. Another advantage of this casting resin is that no sharp edges can damage the windings of the transformer.
  • Sheet width of the stock roll 302 Bl 100 mm sheet height 0.23 mm B2 100 mm + x
  • the first sheet width of 100 mm is fed via the guide device 303 of the winding device 306 and fixed.
  • the winding process begins and at the same time the sheet is sprayed with the adhesive device 304 with adhesive.
  • the drive and braking device By means of the drive and braking device, a uniform train is achieved on the sheet to be wound.
  • the wound sheet height is compared with the target value and stopped the winding when reaching the default.
  • the sheet is cut and fixed by the cutter 305.
  • the take-up device 306 of the second sheet width (B2) is now fed.
  • the first sheet width is fed to a further take-up device.
  • five toroidal transformer cores are wound simultaneously.

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Abstract

Ein Mehrphasentransformator (101) weist mehrere in axialer Richtung benachbart angeordnete Ringkerne (102) auf. Die Ringkerne (102) tragen dabei Phasenwicklungen unterschiedlicher Phasen. Die Anschlussstellen der Phasenwicklungen zweier benachbarter Ringkerne (102) sind in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet, wobei der Versatz beziehungsweise der geometrische Winkel zwischen den Anschlussstellen der Phasenwicklungen zweier benachbarter Ringkerne (102) etwa der Phasenverschiebung beziehungsweise dem elektrischen Phasenwinkel zwischen den Spannungssignalen dieser Ringkerne (102) entspricht.

Description

Ringkern-Transformator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringkern-Transformator, insbesondere einen Mehrphasentransformator mit mehreren in axialer Richtung benachbart angeordneten Ringkernen, wobei jeweils benachbarte Ringkerne Phasenwicklungen unterschiedlicher Phasen tragen. Bei
Mehrphasentransformatoren mit benachbart angeordneten Ringkernwicklungen besteht das Problem, dass zwischen den einzelnen Phasenwicklungen hohe
Spannungspotentialunterschiede bestehen und dementsprechend aufwendige Isolationsmaßnahmen erforderlich sind, um beispielsweise bei Tropf-, Schwitzwasser oder Eisbildung Überschläge zu vermeiden und die Betriebssicherheit des Mehrphasentransformators zu gewährleisten. Gegebenenfalls ist es sogar erforderlich, an dem Mehrphasentransformator eine Heizung vorzusehen, um beispielsweise Überschläge zwischen den einzelnen Phasenwicklungen durch Eisbildung zu vermeiden.
Die Isolationsmaßnahmen sind sehr kostenintensiv. Zudem erfordern die Isolationsmaßnahmen eine bestimmte Baugröße des Mehrphasentransformators, wodurch dessen Platzbedarf erhöht ist.
Aus dem europäischen Patent DE 691 10273 T2 ist ein
Dreiphasen-Ringkerntransformator bekannt, dessen Ringkerne in axialer Rrchtung zueinander benachbart angeordnet sind und jeweils unterschiedliche Phasen tragen.
Dieser Ringkerntransformator ist für den Betrieb an Niederspannung vorgesehen. Bei einem Einsatz im Mittelspannungsbereich käme es sowohl im Bereich der Anschlüsse als auch der Wicklungen selbst zu hohen Potentialunterschieden und damit zu Überschlägen. Demgegenüber besteht die Aufgabe, einen Ringkern- Transformator der eingangs genannten Art zu schaffen, für den nur noch reduzierte Isolationsmaßnahmen erforderlich sind und dessen Baugröße reduziert ist. Außerdem soll bei geringer Baugröße eine hohe Leistungsdichte möglich sein.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die Anschlussstellen der Phasenwicklungen zweier benachbarter Ringkerne in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Die elektrische Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Phasenwicklungen des Mehrphasentransformators wird praktisch durch einen mechanischen Versatz der Phasenwicklungen aufgehoben beziehungsweise reduziert. Dadurch wird der Potentialunterschied zwischen benachbarten Wicklungsabschnitten unterschiedlicher Phasen reduziert, so dass dementsprechend auch weniger aufwendige Isolationsmaßnahmen zum Isolieren benachbarter Phasenwicklungen gegeneinander erforderlich sind und somit die Kosten für die Isolationsmaßnahmen ebenfalls reduziert sind. Durch die geringeren Potentialunterschiede zwischen den Phasenwicklungen benachbarter Ringkerne können diese auch in einem geringeren Abstand zueinander angeordnet werden, wodurch die Baugröße für den Mehrphasentransformator reduziert ist.
Eine besonders günstige Ausführungsform sieht vor, dass der Versatz beziehungsweise der geometrische Winkel zwischen den Anschlussstellen der Phasenwicklungen zweier benachbarter Ringkerne der Phasenverschiebung beziehungsweise dem elektrischen Phasenwinkel zwischen den Spannungssignalen dieser Ringkerne entspricht. Zwischen direkt benachbarten Wicklungsabschnitten zweier Ringkerne besteht dann praktisch kein Potentialunterschied mehr. Bei einem Drei-Phasen-System sind die Anschlussstellen der drei Phasenwicklungen jeweils um 120° gegeneinander versetzt angeordnet, um den Phasenwinkel zwischen den einzelnen Phasen mechanisch zu kompensieren.
Da zwischen den einzelnen Ringkernen üblicherweise zur mechanischen Stabilisierung und Halterung ein Abstandhalter vorgesehen ist, ist es möglich, zwischen zwei benachbarten Phasenwicklungen geringe Potentialunterschiede zuzulassen, so dass eine gegenüber der elektrischen Phasenverschiebung reduzierte mechanische Verdrehung der Ringkerne ausreicht, um Spannungs-Überschläge zwischen den Phasenwicklungen auch bei reduzierten oder ganz entfallenen Isolationsmaßnahmen zu vermeiden. Die Anforderungen an die Präzision bei der Fertigung des Mehrphasentransformators sind dadurch reduziert und die Fertigung vereinfacht.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ringkern- Transformators von eigenständiger Bedeutung sieht vor, dass ein der Bauform von Ringkern-Transformatoren angepasstes, vorzugsweise im wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse für die Ringkerne mit Phasenwicklungen vorgesehen ist, und dass vorzugsweise an einem axialen Ende des Gehäuses ein Ventilator oder dergleichen Gebläse vorgesehen ist. Die Ringkerne mit den Phasenwicklungen sind in dem Gehäuse vor Verschmutzung und Beschädigung geschützt angeordnet. Mit dem Ventilator1 wird die Anordnung gekühlt, um eine thermische Überlastung des Mehrphasentransformators zu vermeiden.
Das Gehäuse mit den vorgesehenen Kühlmaßnahmen begünstigt einen kompakten Aufbau des Transformators bei hoher Leistungsdichte. Insbesondere bei einem
Mehrphasentransformator gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2 wirkt sich dies vorteilhaft aus, weil auch diese Maßnahmen zu einem kompakten Aufbau führen, der entsprechende Kühlmaßnahmen erforderlich macht.
Zur Kühlung des Mehrphasentransformators ist es auch möglich, dass im Bereich der Ringkerne Hohlleitungen für ein
Kühlmittel angeordnet sind und dass vorzugsweise das Gehäuse des Transformators als Wärmetauscher ausgebildet und mit den Hohlleitungen verbunden ist. Das Gehäuse kann dabei doppelwandig ausgebildet sein, um die Wärme besonders gut nach außen hin abzuleiten. Das Kühlmittel kann mit einer Pumpe durch die Hohlleiter und das Gehäuse gepumpt werden.
Eine besonders günstige Ausführungsform sieht vor, dass an dem Gehäuse außenseitig Kühlkörper oder dergleichen vorstehende Elemente zur Vergrößerung der Gehäuse-Oberfläche vorgesehen sind, oder dass das Gehäuse eine profilierte Oberfläche aufweist. Durch die vergrößerte Oberfläche wird die Wärme besser abgeleitet und thermische Überlastungen können vermieden werden.
Es ist auch möglich, die Transformatorspulen einzeln mit Gießharz zu vergießen, wobei durch das Gießharz ein Gehäuse für die jeweilige Spule gebildet wird. Dabei kann eine komplementär zu den gewünschten Kühlkörpern beziehungsweise Kühlrippen geformte Gießform vorgesehen sein, um so direkt beim Vergießen der Spulen die gewünschte Außenkontur mit vorstehenden Elementen zur Oberflächenvergrößerung zu erhalten. Durch das Vergießen der Spulen wird einerseits eine mechanische Stabilisierung der Phasenwicklung als auch eine direkte thermische Kopplung zwischen der Wicklung und dem durch das Gießharz gebildeten Gehäuse erzielt. Des weiteren wird mit dem Vergießen eine hohe Spannungsfestigkeit erreicht. Eine zunächst glatte Gehäuse-Oberfläche kann auch dadurch vergrößert werden, indem die Oberfläche durch ein geeignetes Verfahren, beispielsweise Ätzen oder Sandstrahlen, aufgerauht, strukturiert beziehungsweise profiliert wird.
Bevorzugt hat die Oberfläche eine Struktur, mit der die Wärme besser abgeleitet werden kann. Erwähnt sei noch, dass die Distanz- und Isolationselemente gleichzeitig mit dem Vergießen der Transformatorspulen gegossen werden können.
Eine weitere Möglichkeit zur Kühlung des Ringkern- Transformators besteht darin, dass ein Aufnahmebehälter mit einem Kühlmedium zum bereichsweise oder vollständigen Einsetzen des Transformators vorgesehen ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Ringkerne des Mehrphasentransformators mit ihren jeweiligen Phasenwicklungen modulartig ausgebildet sind und dass eine Haltevorrichtung zum Halten und zum gegeneinander Festlegen der modulartigen Ringkerne vorgesehen ist. Mehrere Module können derart zusammengeschaltet werden, dass die Leistung des Transformators erhöht werden kann. Dadurch lassen sich Transformatoren mit Leistungen über 100MVA realisieren. Des weiteren ist es durch den modulartigen Aufbau möglich, den Transformator bei Störung eines der Module weiter zu betreiben, indem ein Ersatzmodul gegebenenfalls provisorisch angeschlossen wird und somit der gesamte Transformator betriebsbereit bleibt. Es ist somit nicht erforderlich, einen ganzen Reserve-Transformator bereitzuhalten, auf den im Falle eines Defektes umgeschaltet werden kann. Dadurch werden Kosten gespart und der Platzbedarf für ein Reserve-Modul ist im Vergleich zum Platzbedarf eines ganzen Reserve-Transformators gering. Die einzelnen Module werden mit einer Haltevorrichtung gehalten und in ihrer Position relativ zueinander festgelegt. An der Haltevorrichtung können auch Isolationselemente zum Isolieren der Phasenwicklungen, insbesondere nach außen hin, vorgesehen sein. In axialer Richtung brauchen zwischen benachbarten Ringkernen beziehungsweise deren Phasenwicklungen lediglich Halte- oder Stützelemente als Auflagen für die Ringkerne vorgesehen sein, um die Ringkerne in ihrer Position zu halten und ein Verrutschen der Ringkerne zu verhindern. Besondere Isolationsmaßnahmen sind dabei wegen der mechanischen Verdrehung der Anschlussstellen der Phasenwicklungen entsprechend der elektrischen Phasenlage in den jeweiligen Phasenwicklungen und den dadurch erreichten vorbeschriebenen Vorteilen nicht erforderlich.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine
Oberspannungswicklung eines Ringkerntransformators, sowie auf deren Herstellungsverfahren, für Verteilungstransformatoren ab einer Leistung von 100 kVA und einer Spannung ab 6000 Volt, auf Basis der Ringkerntechnologie.
Das Bewickeln der Oberspannung von
Ringkernverteilungstransformatoren hoher Leistung und Spannung, beispielsweise 2.000 kVA und 20.000 Volt, ist sehr aufwendig, zeitintensiv und somit teuer. Die
Oberspannungswicklung muss in mehrere Segmente unterteilt werden, damit die Lagenspannung der OberSpannungswicklung reduziert, und die Betriebssicherheit gewährleistet werden kann. Bei einer Spannung von 20.000 Volt werden beispielsweise 10 Segmente vorgesehen. Dabei beträgt die Spannung pro Segment 2.000 Volt. Die Lagenspannung wird dadurch entsprechend auf ein Zehntel reduziert. Weiterhin ist die Spannungsfestigkeit gegenüber der Unterspannungswicklung sicher zu stellen. Man hat daher bereits Wickelvorrichtungen geschaffen, mit denen das Wickeln solcher Transformatorwicklungen vereinfacht wird. In der EP 94 930 197.2 ist beispielsweise eine Wickelvorrichtung beschrieben, bei der kleine Wickelrollen mit Wicklungsmaterial entlang einer einen Ringkern umgreifenden Führung durch den Ringkern hindurch bewegt werden und dabei Wicklungsmaterial auf den Ringkern abgewickelt wird. Diese Vorrichtung ist jedoch sehr aufwendig und die Spannungsfestigkeit ist nur eingeschränkt zu realisieren. Zudem ist es erforderlich, Wicklungsmaterial zunächst auf die kleinen, durch den Ringkern hindurchführbaren Wickelrollen aufzuspulen, was zusätzliche Zeit benötigt. Des weiteren ist es nur möglich, jeweils eine Wicklung gleichzeitig auf den Ringkern aufzubringen. Bei größeren Ringkernen mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Wicklungen (Segmente) wird daher zum Bewickeln aller Transformatorwicklungen viel Zeit benötigt.
Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, eine Wickelvorrichtung und eine spannungsfeste
Oberspannungswicklung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der das Bewickeln vereinfacht und beschleunigt erfolgen, sowie die notwendige Spannungsfestigkeit gegenüber der Unterspannungswicklung des Transformators realisiert werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht insbesondere darin, dass wenigstens eine Wickelstation mit einer am Wicklungsträger, bestehend aus zwei spannungsfesten Halbschalen mit Seitenflansch (mindestens ein Seitenflansch mit einem isolierten Hohlraum für die Durchführung des Leitungsmaterials), aus Isoliermaterial hoher Festigkeit, welche zu einer spannungsfesten runden Einheit um den geschlossenen Ringkern zusammengefügt, beziehungsweise der Wicklungsträger mittels einer Gießform um den Ringkern in einem Druckgelierverfahren im Ganzen gefertigt, zur Aufnahme der Segmente der Oberspannungswicklung des Transformators, bestehend aus mindestens einem elektrischen Leiter und mindestens einem Isolationsmaterial mit einer am Wicklungsträger angreifenden Halte- und Drehlagerung zum drehbaren Lagern des Wicklungsträgers, vorgesehen ist, welche Halte- und Drehlagerung mehrere, umfangseitig an dem Wicklungsträger angreifende Rollen oder dergleichen
Wälzkörper aufweist, von denen wenigstens eine, mit der Antriebs- und Bremsvorrichtung verbunden ist, um den Wicklungsträger anzutreiben und abzubremsen, damit der elektrische Leiter und das Isolationsmaterial auf einen geschlossenen Ringkern aufgewickelt werden kann.
Damit wird es möglich, auf einen spannungsfesten Wicklungsträger aus Isoliermaterial zu wickeln, der einen geschlossenen Ringkern umgreift und um den Ringkern- Querschnitt gedreht wird. Durch den Einsatz des spannungsfesten Wicklungsträgers können die weiteren Isolationsmaßnahmen wesentlich reduziert werden. Weiterhin ist es nicht erforderlich, den Ringkern zunächst in zwei Hälften zu teilen um die Wicklungen aufschieben zu können. Die Herstellung eines Ringkernverteilungstransformators und die Nutzung der physikalischen Vorteile, insbesondere des wesentlich" höheren Wirkungsgrads und die dadurch reduzierten Betriebskosten eines geschlossenen Ringkerns, wird dadurch wesentlich vereinfacht.
Der Wicklungsträger besteht bevorzugt aus zwei hochfesten Halbschalen mit Seitenflansch, welche mit einer überlappenden Einrastvorrichtung, beziehungsweise einem Scharnier und einer überlappenden Einrastvorrichtung ausgestattet sind, die vor dem eigentlichen Wickelvorgang um den geschlossenen Ringkern zu einer runden Einheit, bevorzugt mit einem speziellen Klebstoff fest zusammengefügt werden, damit die Spannungsfestigkeit gegenüber der Unterspannungswicklung gewährleistet werden kann. Eine weitere Ausführungsform des Wicklungsträgers sieht vor, dass eine teilbare Gießform um den geschlossenen Ringkern gelegt, mit deren Hilfe der Wicklungsträger, beispielsweise in einem Druckgelierverfahren direkt am geschlossenen Ringkern gefertigt werden kann und sich nach dem Entfernen der Gießform einstückig um den Ringkern befindet und bewickelt werden kann. Der Wicklungsträger hat in mindestem einem Seitenflansch einen isolierten Hohlraum gegenüber dem Wickelraum, wobei sich am unteren Ende des Hohlraums eine Öffnung in den Wickelraum des Wicklungsträgers befindet, zur Durchführung des unteren
Wicklungsanfangs, seitlich an der Wicklung vorbei, nach oben. Dieser Wicklungsträger hat sechs vorteilhafte Funktionen erstens die Grundspannungsfestigkeit gegenüber der Unterspannung zu gewährleisten, zweitens die Halterung für die OberSpannungswicklung, drittens den Wickelvorgang zu ermöglichen, viertens wird der Abstand der Segmente zueinander durch Distanzstücke ermöglicht, fünftens wird ein vorgegebener Abstand zur Unterspannungswicklung realisiert und sechstens wird die Isolation des unteren Wicklungsanfangs durch einen isolierten Hohlraum gegenüber der Wicklung in dem Wicklungsträger auf kleinstem Raum nach oben ermöglicht. Für die verschiedenen Einsatzgebiete von
Ringkernverteilungstransformatoren und zur Sicherstellung der Spannungsfestigkeit können die Wicklungsträger mit den Segmenten der Oberspannungswicklung mit einem oder mehreren Isolationsmaterialen gefüllt werden. Zum Beispiel mit einem Gießharz unter atmosphärischen Bedingungen, Gießharzfüllung unter Vakuum, Gießharzfüllung durch ein Druckgelierverfahren oder bei einer dichten Ausführung mit gasförmigen oder flüssigen Isolationsstoffen, zum Beispiel mit Stickstoff oder einem geeigneten Öl. Bei Bedarf können die Wicklungsträger mit einer Abdeckung zur Isolation, zur Dichtigkeit oder gegen Beschädigung ausgeführt werden. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Wicklungsträger nach außen hin elektrisch leitend ausgeführt werden kann, unter Berücksichtung dass keine geschlossene Windung um den Ringkern selbst entsteht. Diese elektrisch leitende Schicht kann bei Bedarf geerdet, beziehungsweise auf ein definiertes Potential gelegt werden.
Zum Bewickeln eines Wicklungsträgers wird dieser in die Halte- und Drehlagerung der Wickelvorrichtung eingesetzt und das Wicklungsmaterial wird dem Wicklungsträger von der (den) Halte- und Drehlagerung beabstandet angeordneten Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle(n) zugeführt. Mit der Antriebs- und Bremsvorrichtung wird zumindest einer der Wälzkörper angetrieben, beziehungsweise abgebremst und gedreht, wodurch der Wicklungsträger an dem dieser Wälzkörper umfangseitig angreift, in Rotation gerät. Nicht mit der Antriebsvorrichtung verbundene Wälzkörper dienen dabei als Halterung für den Wicklungsträger. Zur Vermeidung von Reibungskräften sind diese bevorzugt ebenfalls drehbar gelagert, so dass ein Abrollen beziehungsweise ein Abwälzen des Wicklungsträgers an diesen Wälzkörpern möglich ist. Es ist vorteilhaft, wenn zwischen dem Wicklungsträger und zumindest dem (den) mit der Antriebs- und Bremsvorrichtung verbundenen Wälzkörper(n) eine reibschlüssige, gegebenenfalls formschlüssige Antriebs- und Bremsvorrichtung vorgesehen ist. Eine reibschlüssige Verbindung ist auf konstruktiv einfache Weise realisierbar. Es ist jedoch auch möglich, eine formschlüssige Verbindung vorzusehen, beispielsweise durch eine Zahnung der Wälzkörper und der Seitenflansche der Wicklungsträger. Durch die Rotation des Wicklungsträgers wird das Wicklungsmaterial von der (den) Wicklungsmaterial- Bevorratungsrolle(n) ab- und auf den Wicklungsträger aufgewickelt. Da die Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle(n) ortfest angeordnet sind und nicht um den Wicklungsträger herum bewegt werden, können große Wicklungsmaterial- Bevorratungsrollen verwendet werden, auf denen Wicklungsmaterial zum bewickeln mehrerer Wicklungsträger nacheinander aufgebracht sein kann. Es lassen sich Wicklungen für Ringkernverteilungstransformatoren hoher Leistung, beispielsweise über 10 MVA bewickeln. Als Wicklungsmaterial können sowohl Runddrähte als auch Flachbänder verwendet werden.
Eine besonders günstige Ausführungsform sieht vor, dass zum gleichzeitigen Bewickeln mehrerer, insbesondere an einem Ringkern angeordneter Wicklungsträger mehrere, in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Wickelstationen vorgesehen sind. Dadurch können mehrere nebeneinander angeordnete Wicklungsträger gruppenweise oder alle gleichzeitig bewickelt werden, wodurch die benötigte Zeit zum Bewickeln erheblich reduziert werden kann. Die Anzahl der Wickelstationen kann dabei so gewählt sein, dass für jeden Wicklungsträger eine Wickelstation vorhanden ist. Damit können Wicklungsträger in Gruppen oder alle gleichzeitig bewickelt werden. Die Steuerung erfolg dabei zentral. Bei dieser Ausführung wird die Wickelvorrichtung vorzugsweise in zwei Etagen unterteilt, wobei die Wicklungsmaterial- Bevorratungsrolle(n) in der oberen Etage der Wickelvorrichtung angeordnet werden. Dadurch wird die
Bedienbarkeit wesentlich erleichtert. Die Etagen können je nach Bedarf auch umgekehrt werden. Es ist zweckmäßig, wenn wenigstens eine Wicklungsmaterial- Bevorratungsrolle mit Leitermaterial und wenigstens eine zweite Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle mit Isolationsmaterial zum gleichzeitigen, lagenweise Aufwickeln von Leitermaterial und Isolationsmaterial auf den
Wicklungsträger vorgesehen sind. Es ist auch möglich, drei, vier oder fünf Wicklungsmaterial-Bevorratungsrollen zum gleichzeitigen Bewickeln eines Wicklungsträgers vorzusehen, wobei zwei, drei oder vier, der Wicklungsmaterial- Bevorratungsrollen Leitermaterial und eine dritte, vierte oder fünfte Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle Isolationsmaterial zum Isolieren trägt. Bei Verwendung von isoliertem Leitungsmaterial genügt eine Wicklungsmaterial- Bevorratungsrolle.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Wälzkörper zu Anpassung an im Durchmesser und/oder der Umrissform unterschiedliche Wicklungsträger gefedert und vorzugsweise auch gedämpft gelagert sind. Dadurch ist es möglich, mit einer Wickelstation Wicklungsträger mit kreisförmigen Querschnitten und unterschiedlichen Durchmessern zu bewickeln, ohne konstruktive Änderungen an der Wickelstation, beziehungsweise der Halte- und Drehlagerung vorzunehmen. Dazu können die Wälzlager gegen die Federkraft mehr oder weniger entsprechend dem
Wicklungsträger-Durchmesser beabstandet positioniert werden. Darüber hinaus ist es möglich, auch Wicklungsträger mit einem unrunden, beispielsweise ovalen Querschnitt zu bewickeln. Durch die gefederte Lagerung liegen die Wälzkörper auch bei nichtrundem Querschnitt des Wicklungsträger stets an diesem an, wodurch einerseits die Halterung und andererseits der Rotationsantrieb des Wicklungsträgers sichergestellt sind. Es ist zweckmäßig, wenn für die Wicklungsmaterial- Bevorratungsrolle(n) jeweils eine Drehlagerung mit einer Antriebs- und Bremsvorrichtung vorgesehen wird, so dass ein definierter Wickelzug eingehalten werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Wicklungsträger für die Oberspannungswicklung eines Ringkernverteilungstransformators kann die Spannungsfestigkeit realisiert werden und mit der Wickelvorrichtung ist es möglich, die Oberspannungswicklungen für einen Ringkernverteilungstransformator in vergleichsweise kurzer Zeit zu bewickeln.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Transformator, insbesondere die Oberspannungswicklung eines Ringkerntransformators hoher Leistung, sowie deren Herstellungsverfahren, wobei wenigstens eine Wickelstation mit einer am Wicklungsträger, bestehend aus zwei spannungsfesten Halbschalen mit Seitenflansch aus Isoliermaterial hoher Festigkeit, welche zu einer spannungsfesten runden Einheit um den geschlossenen Ringkern zusammengefügt, zur Aufnahme der Segmente der Oberspannungswicklung des Transformators, bestehend aus einem elektrischen Leiter und einem Isolationsmaterial mit einer am Wicklungsträger angreifenden Halte- und Drehlagerung zum drehbaren Lagern des Wicklungsträgers, vorgesehen ist, welche Halte- und Drehlagerung mehrere, umfangseitig an dem Wicklungsträger angreifende Rollen oder dergleichen
Wälzkörper aufweist, von denen wenigstens eine, mit der Antriebs- "und Bremsvorrichtung verbunden ist, um den Wicklungsträger anzutreiben und abzubremsen, damit der elektrische Leiter mit dem Isolationsmaterial auf einen geschlossenen Ringkern aufgewickelt werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator, insbesondere die Oberspannungswicklung eines Ringkerntransformators hoher Leistung, sowie deren Herstellungsverfahren vorgesehen, wobei der Wicklungsträger nach oder während dem Aufbringen der Oberspannungswicklung mit festem, flüssigen oder gasförmigem Isolationsmaterial gefüllt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei mindestens ein Seitenflansch eines Wicklungsträgers mit einem isolierten Hohlraum ausgestattet ist, wobei sich am unteren Ende des Hohlraums eine Öffnung in den Wickelraum des Wicklungsträgers, für die Durchführung des unten liegenden Wicklungsanfangs des Leitungsmaterials der Oberspannungswicklung nach oben befindet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei eine teilbare Gießform um den geschlossenen Ringkern gelegt ist, mit deren Hilfe der Wicklungsträger, beispielsweise in einem Druckgelierverfahren direkt am geschlossenen Ringkern gefertigt werden kann und sich nach dem Entfernen der Gießform einstückig um den Ringkern befindet und bewickelt werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei der Wicklungsträger aus mindestens zwei Teilen mit Seitenflansch besteht, diese mit mindestens einer überlappenden Einrastvorrichtung, beziehungsweise einem Scharnier und einer überlappenden Einrastvorrichtung ausgestattet sind, die vor dem eigentlichen Wickelvorgang um den geschlossenen Ringkern zu einer runden Einheit, bevorzugt mit einem speziellen spannungsfesten Klebstoff zusammengefügt werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei der Wicklungsträger aus mehren Isolationsmaterialien besteht, und wobei der Wicklungsträger Halterungen für die Oberspannungswicklung aufweist, und wobei die Seitenflansche des Wicklungsträgers eine reibschlüssige, beziehungsweise formschlüssige Oberfläche besitzen, und wobei der Wicklungsträger Distanzstücke zur Einstellung von einem definierter Abstand der Segmente zueinander aufweist, und wobei der Wicklungsträger Halterungen zur Einstellung eines definierten Abstand zur Unterspannungswicklung besitzt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei der Wicklungsträger mit einem Gießharz unter atmosphärischen Bedingungen, Gießharzfüllung unter Vakuum, Gießharzfüllung durch ein Druckgelierverfahren oder bei einer dichten Ausführung mit gasförmigen oder flüssigen Isolationsstoffen, zum Beispiel mit Stickstoff oder einem isolierenden Öl, während oder nach dem Wickelvorgang gefüllt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei der Wicklungsträger nach außen hin elektrisch leitend ausgeführt werden kann, unter
Berücksichtung dass keine geschlossene Windung um den Ringkern selbst entsteht, diese elektrisch leitende Schicht geerdet werden kann, beziehungsweise auf ein definiertes Potential gelegt werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei zum gleichzeitigen Bewickeln mehrerer, insbesondere an einem Ringkern angeordneter Wicklungsträger mehrere, in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Wickelstationen vorgesehen sind.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei die Wickelvorrichtung in zwei Etagen unterteilt, wobei die Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle(n) in der oberen Etage der Wickelvorrichtung oder umgekehrt angeordnet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei wenigstens eine Wicklungsmaterial- Bevorratungsrolle mit Leitermaterial und wenigstens eine zweite Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle mit Isolationsmaterial zum gleichzeitigen, lagenweise Aufwickeln von Leitermaterial und Isolationsmaterial auf den Wicklungsträger vorgesehen sind, beziehungsweise drei, vier oder fünf Wicklungsmaterial-Bevorratungsrollen zum gleichzeitigen Bewickeln eines Wicklungsträgers, wobei zwei, drei oder vier, der Wicklungsmaterial-Bevorratungsrollen Leitermaterial und eine dritte, vierte oder fünfte Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle Isolationsmaterial zum Isolieren trägt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei die Wälzkörper zu Anpassung an im Durchmesser und/oder der Umrissform unterschiedliche
Wicklungsträger gefedert und vorzugsweise auch gedämpft gelagert sind.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Unterspannungswicklung eines
Ringkernverteilungstransformators, sowie auf deren Herstellungsverfahren, einen geschlossenen mehrstufigen Transformatorkern hoher Stabilität, nach außen hin elektrisch isoliert, sowie auf dessen Herstellungsverfahren, für Verteilungstransformatoren in Gießharztechnik, ab einer
Leistung von 100 kVA und einer Spannung ab 6000 V, auf Basis der Ringkerntechnologie. Unterspannungswicklungen für Verteilungstransformatoren haben sehr große Querschnitte, beispielsweise für 1.000 kVA sind dies ca. 1.500 mm2. Solche Querschnitte werden für konventionelle Verteilungstransformatoren in der Schenkelbauweise mit breiten elektrisch leitenden Bändern hergestellt. Bei einem Ringkernverteilungstransformator können infolge der geometrischen Verhältnisse keine solche Bänder verwendet werden. Die Unterspannungswicklung müsste in sehr aufwendiger Form durch Parallelschalten von elektrisch isolierten Flachdrähten hergestellt werden. Ringkerne für Ringkerntransformatoren werden heute nur für kleine Leistungen und Niederspannungen in einstufiger Form hergestellt. Mehrstufige geschlossene Ringkerntransformatorkerne hoher Festigkeit und nach außen isoliert, für Verteilungstransformatoren und deren Fertigungsverfahren, sind nicht bekannt.
Es besteht das Problem, eine Unterspannungswicklung mit einem elektrischen Leiter hohen Querschnitts um einen geschlossenen Ringkern anzubringen, damit ein
Ringkernverteilungstransformator hoher Leistung (ab 100 kVA bis in den Megawattbereich) zu realisieren ist. Ein weiteres Problem besteht darin, einen mehrstufigen geschlossenen Ringkern hoher Festigkeit, welcher nach außen hin elektrisch isoliert ist zu bauen, sowie ein dafür rationelles Fertigungsverfahren zu realisieren.
Die hohe Festigkeit der Ringkerne, mit einem Gewicht, von 100 kg bis über 2000 kg, wird notwendig, damit die dünnen Transformatorbleche formstabil bleiben, zum einen bei der Weiterverarbeitung, sowie im späteren Dauerbetrieb. Die elektrische Isolation wird benötigt, damit die Transformatorwicklung gegenüber dem Kern eine ausreichende Spannungsfestigkeit aufweist. Es besteht die Aufgabe, eine Unterspannungswicklung mit einem elektrischen Leiter hohen Querschnitts um einen geschlossenen Ringkern anzubringen und einen geschlossenen mehrstufigen Ringkerntransformatorkern hoher Festigkeit, welcher nach außen hin elektrisch isoliert ist und ein dafür rationelles, maschinelles Herstellungsverfahren zu schaffen, damit die Produktion von Ringkernverteilungstransformatoren ermöglicht wird.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass eine Windung der Unterspannungswicklung aus einem elektrisch leitendem Material in zwei Hälften vorgeformt wird, diese zwei Hälften um den geschlossenen Ringkern elektrisch miteinander verbunden werden, wobei mindestens eine Hälfte eine Etage aufweist, damit eine spiralförmige Wicklung, bestehend aus mehreren Windungen auf dem geschlossenen Ringkern entsteht, für den Ringkern, ein dünnes magnetisch leitendes Material zu einem mehrstufigen geschlossenen Ringkerntransformatorkern gewickelt wird, sich zwischen dem magnetisch leitendem Material ein Klebstoff befindet, welcher das Material gegenseitig isoliert (zur Vermeidung von Wirbelströmen) und den Ringkern verfestigt und die elektrische Isolation gegenüber der Unterspannungswicklung mit Distanzringen oder Distanzstücken aus elektrisch nicht leitenden Material erlangt wird. Zur "Steigerung" der Festigkeit und zur elektrischen Isolation nach außen hin, kann der Ringkerntransformatorenkern mit einem elektrisch nicht leitenden Gießharz hoher Festigkeit komplett eingegossen werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die elektrische Isolation (Kern zur UnterSpannungswicklung) durch mindestens drei Distanzringe oder jeweils drei Distanzstücke pro Windung, welche in den Stufungen des Ringkerns fest angebracht werden, realisiert wird. Anschließend wird der Ringkern mit einem Lack zur Isolation und zum Schutz gegen Korrosion überzogen.
Für die Lösung des Ringkernwickelverfahrens wird ein Trägergestell zur Halterung der Vorrichtungen, für jede Breite des magnetisch leitendem Material mindestens eine Vorratsrollenvorrichtung, eine Antriebs -und Bremsvorrichtung, mit einer Führungsvorrichtung, einer
Schneidevorrichtung und einer Klebstoffsprühvorrichtung, für jede Breite des magnetisch leitendem Materials mindestens eine Aufwickelvorrichtung mit einer Antriebs -und Bremsvorrichtung, sowie einer gemeinsamen Führungsschiene, benötigt.
Der Wickelvorgang beginnt bei schmal, geht zu breit und wieder zu schmal. Die Wickelhöhe wird durch eine Fernmessvorrichtung überwacht. Bei erreichen des Sollwertes wird der Wickelvorgang für die entsprechende Breite beendet, das magnetisch leitende Material abgetrennt und auf der Führungsschiene der nächsten Breite zugeführt. Während des Aufwickelvorgangs wird das magnetisch leitende Material mit Klebstoff besprüht. Auf diese Art und Weise entsteht ein geschlossener Stufenringkern, welcher Klebstoff zur Isolation des magnetisch leitenden Materials aufweist und eine genügende Festigkeit zur Weiterverarbeitung besitzt. Für jede Breite des magnetisch leitenden Materials, mit Ausnahme des breitesten Materials, müssen zwei Vorratsrollen inklusive aller Vorrichtungen und zwei Aufwickelvorrichtungen inklusive aller Vorrichtungen entsprechend der Anzahl der Stufen des Ringkerns vorhanden sein. Im eingeschwungenen Zustand sind alle Vorratsrolleneinheiten, sowie alle Aufwickeleinheiten gleichzeitig in Betrieb. Eine Windung der Unterspannungswicklung wird aus zwei Hälften mit elektrisch leitendem Material vorgeformt, beispielsweise aus Aluminium mit einem Querschnitt von 1.500 mm2. Mindestens eine Hälfte weist eine Etage auf, damit aus den einzelnen Hälften eine Windung und aus den Windungen eine fortlaufende spiralförmige Wicklung entsteht, wobei die Form der Etage den Abstand zur Isolation der Windungen gegeneinander vorgibt. Die einzelnen Hälften können verschraubt und/oder verschweißt werden.
Dadurch wird es ermöglicht, eine Unterspannungswicklung mit beliebig großem Querschnitt in relativ kurzer Zeit zu realisieren.
Der Vorteil der Ringkerntechnologie besteht darin, dass man damit Ringkernverteilungstransformatoren bis in den höchsten Leistungsbereich realisieren kann, welche extrem verlustarm sind und nur noch ca. 50% der Betriebkosten von konventionellen Verteilungstransformatoren in Gießharztechnik aufweisen. Dadurch refinanziert sich der Ringkernverteilungstransformator in wenigen Jahren und zusätzlich kann ein bedeutender Teil an Primärenergie, zur Schonung von Ressourcen und der Umwelt, eingespart werden.
Mit der oben beschriebenen Ringkernwickelvorrichtung wird eine ratio'nelle Produktion von Ringkerntransformatoren dadurch erreicht, dass zum Beispiel bei elf Stufen, elf Ringkerntransformatorkerne gleichzeitig gewickelt werden können.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Transformator, insbesondere eine spiralförmige Unterspannungswicklung hohen Querschnitts und deren Herstellung, ein mehrstufiger geschlossener Ringkerntransformatorkern hoher Stabilität, aus magnetisch leitendem und gegenseitig isoliertem Material, zur UnterSpannungswicklung hin elektrisch isoliert, sowie dessen Herstellungsverfahren, wobei bevorzugt ein Trägergestell mit mindestens 3 Vorratsrollenvorrichtungen mit jeweils einer Bremsvorrichtung, mit mindestens 2 verschiedenen Breiten von magnetisch leitendem Material, mindestens drei Klebesprühvorrichtungen, sowie mindestens drei Aufwickelvorrichtungen mit einem Antriebssystem, mindestens drei Führungsvorrichtungen, einer Führungsschiene, sowie einer Abschneidevorrichtung vorgesehen ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei jede Vorratsrollenvorrichtung, sowie jede Aufwickelvorrichtung mit einer Antriebs —und Bremsvorrichtung ausgestattet ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei für jede Breite des magnetisch leitenden Materials mit Ausnahme des breitesten
Materials, zwei Aufwickelvorrichtungen mit je einer Antriebs¬ und Bremsvorrichtung vorgesehen sind.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei das magnetische Material mit einer isolierenden Schicht vorbehandelt wurde.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei der geschlossene Ringkerntransformatorkern in mehreren Stufen mit einem dünnen magnetisch leitendem Material, welches mit Klebstoff vorbehandelt oder während des Wickelvorgangs mit Klebstoff besprüht wird, gewickelt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei mindestens drei Distanzringe oder jeweils drei Distanzstücke pro Windung, in den Stufungen des Ringkerns fest angebracht sind.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei der Ringkern mit einem Lack zur Isolation und zum Schutz gegen Korrosion überzogen ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein
Transformator vorgesehen, wobei der Ringkerntransformatorkern mit einem hochfesten Gießharz eingehüllt ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Transformator vorgesehen, wobei das magnetisch leitende Material eine amorphe Struktur aufweist.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Transformator, insbesondere eine spiralförmige Unterspannungswicklung hohen Querschnitts und deren Herstellung, ein mehrstufiger geschlossener Ringkerntransformatorkern hoher Stabilität, aus magnetisch leitendem und gegenseitig isoliertem Material, zur Unterspannungswicklung hin elektrisch isoliert, sowie dessen Herstellungsverfahren, wobei eine Windung der Unterspannungswicklung aus einem elektrisch leitendem
Material in zwei Hälften vorgeformt wird, diese zwei Hälften um den geschlossenen Ringkern elektrisch leitend miteinander verbunden werden, wobei mindestens eine Hälfte eine Etage aufweist, damit eine spiralförmige Wicklung, bestehend aus mehreren Windungen auf dem geschlossenen Ringkern entsteht.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren vorgesehen, wobei die Windungshälften miteinander verschraubt oder/und verschweißt werden. Nachstehend ist die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen seitlichen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Mehrphasentransformator mit drei in axialer Richtung benachbart angeordneten Ringkernen.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung ein
Ausführungsbeispiel eines Wicklungsträgers und des Wickelvorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 3a und 3b zeigen einen fünfstufigen Ringkern gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Figur 1 ist ein im Ganzen mit 101 bezeichneter Mehrphasentransformator dargestellt, der drei in axialer Richtung übereinander angeordnete Ringkerne 102 aufweist. Jeweils benachbarte Ringkerne 102 tragen dabei Phasenwicklungen unterschiedlicher Phasen, wobei die
Phasenwicklungen jeweils auf die Ringkerne 102 ringförmig umschließe'nden Spulenkörpern 103 aufgebracht sind. Dabei können abwechselnd Spulenkörper 103 jeweils mit Primär und Sekundärwicklungen nebeneinander oder übereinander angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass auf einen
Spulenkörper 103 jeweils primär- und Sekundärwicklungen gemeinsam aufgebracht sind. Die Ringkerne 102 sind in einer Haltevorrichtung 104 angeordnet, die äußere sowie innere Führungsschienen 105a, 105b zur Bildung eines Aufnahmebereiches für die Ringkerne 102 aufweist. Die Führungsschienen 105a, 105b bestehen jeweils aus isolierendem Material, so dass die Ringkerne 102 beziehungsweise die Phasenwicklungen auf den Spulenkörper 103 der Ringkerne 102 seitlich nach außen hin isoliert sind.
Die Haltevorrichtung 104 weist unterseitig ein Bodenteil 107 auf, das ebenfalls aus isolierendem Material besteht. An dem Bodenteil 107 sind isolierende Auflageelemente 108 für den unteren Ringkern 102 vorgesehen. Dabei können mehrere voneinander beabstandete Auflageelemente 108 vorgesehen sein, oder es ist ein durchgehender Ring als Auflageelement 108 vorgesehen. Zwischen den einzelnen Ringkernen 102 sind jeweils Distanzstücke 109 vorgesehen, mit denen die Ringkerne 102 beziehungsweise die den Ringkernen 102 jeweils zugeordneten Spulenkörper 103 in ihrer Lage zueinander fixiert werden. Oberhalb des oberen Ringkernes 102 sind wiederum isolierende Auflageelemente 108 vorgesehen, auf denen ein Deckelteil 110 aufliegt und die Ringkerne 102 auch oberseitig nach außen hin isoliert.
Der in der Figur 1 dargestellte Mehrphasentransformator 101 ist als Drei-Phasen-Transformator ausgebildet. Die nicht näher dargestellten Anschlussstellen der einzelnen Phasenwicklungen der Ringkerne 102 beziehungsweise der Spulenkörper 103 sind jeweils um 120° zueinander versetzt angeordnet. Die Phasenwicklungen sind dadurch mechanisch um einen Winkel zueinander versetzt angeordnet, der der elektrischen Phasenverschiebung beziehungsweise dem elektrischen Phasenwinkel zwischen den Spannungssignalen dieser Phasenwicklungen entspricht. Insbesondere im Bereich der Distanzstücke 109, das heißt dort, wo benachbarte Ringkerne den geringsten Abstand zueinander haben, ist dadurch an zwei gegenüberliegenden Bereichen zweier Ringkerne 102 beziehungsweise Spulenkörper 103 praktisch kein Potentialunterschied vorhanden.
Spannungsüberschläge zwischen benachbarten Ringkernen 102 sind so auch bei dicht aneinander angeordneten Ringkernen 102 nicht möglich. Der Mehrphasentransformator 101 kann dadurch kompakt und mit reduziertem Platzbedarf aufgebaut werden. Zudem sind zwischen den einzelnen Ringkernen 102, im Bereich der Distanzstücke 109 keine oder nur geringe Isolationsmaßnahmen erforderlich, wodurch Kosten gespart werden und die Konstruktion vereinfacht ist.
Die Ringkerne 102 sind mit ihren jeweiligen Spulenkörpern 103 modulartig ausgebildet. Bei einem Defekt in einem dieser Module kann der betroffene Ringkern gegen ein Ersatzmodul ausgetauscht werden beziehungsweise das defekte Modul wird elektrisch abgetrennt und ein Ersatzmodul wird provisorisch an den Mehrphasentransformator 101 angeschlossen. Somit ist es nicht erforderlich, einen kompletten Transformator als Reservegerät bereitzuhalten, sondern es genügt, einen Ringkern mit den die Phasenwicklungen tragenden Spulenkörpern als Reservemodul bereitzuhalten. Dadurch werden Kosten gespart und der Platzbedarf für ein Reservegerät ist reduziert.
In Figur 2 ist eine im Ganzen mit 201 bezeichnete Wickelvorrichtung zum Bewickeln von Wicklungsträgern 202 dargestellt. Die Wickelvorrichtung zum Bewickeln von Wicklungsträgern 202 mit auf drehbar gelagerten Wicklungsmaterial-Bevorratungsrollen 203a bevorratetem Wicklungsmaterial 204a, 204b, weist zwei Wickelstationen 205 auf, die um 90 Grad voneinander beabstandet, an einem andeutungsweise dargestellten Ringkern 6, angeordnet sind. Die Wickelstationen 205 weisen jeweils ein Trägergestell 207, mit einer Halte- und Drehlagerung 208, für jeweils einen Wicklungsträger 202 auf. Die Wicklungsträger 202 sind jeweils konzentrisch um den Ringkern 206 angeordnet, wobei zwischen dem Ringkern 206 und den Wicklungsträgern 202, jeweils ein Luftspalt20 9 frei bleibt. Der Ringkern 206 wird dazu mit einer nicht dargestellten Haltevorrichtung in der gezeigten Position gehalten.
Die Halte- und Drehlagerungen 208, weisen drei jeweils an einer Rollenhalterung 211, drehbar gelagerte Rollen 210 als Wälzkörper auf, die den Wicklungsträger 202 beaufschlagen. Zwei der Rollen 210 stützen den Wicklungsträger 202 dabei von unten und bilden so eine stabile Auflage und die dritte Rolle 210 beaufschlagt den Wicklungsträger 202, von oben, so dass der Wicklungsträger 202 praktisch von drei Rollen 210 eingeklemmt und ein versehentliches Lösen des Wicklungsträgers 202 von der Halte- und Drehlagerung 208, vermieden ist. Die Rollen 210 sind mit einer nicht dargestellten Antriebs- und Bremsvorrichtung verbunden, mit der die Rollen in Richtung der Pfeile gedreht werden. Zwischen den Rollen 210 und dem Wicklungsträger 202 ist eine reibschlüssige Antriebs- und Bremsvorrichtung vorgesehen, so dass beim Drehen der Rollen 210 im Uhrzeigersinn, der
Wicklungsträger 202 entgegengesetzt mitgedreht wird. Durch die Drehbewegung des Wicklungsträgers 202 wird das Wicklungsmaterial 204a, 204b von den drehbar gelagerten Wicklungsmaterial-Bevorratungsrollen 203a, 203b ab- und auf den Wicklungsträger 202 aufgewickelt. Dabei können die Wicklungsträger 202 der einzelnen Wickelstationen 205, gleichzeitig bewickelt werden. Die Wicklungsträger 202 bestehen aus einem hochfesten Isolationsmaterial, sind jeweils spulenkörperartig mit den Wickelraum 213 und seitlich begrenzenden Flanschen 214 ausgebildet. Das Isolationsmaterial wird zur Spannungsfestigkeit, insbesondere gegenüber der
Unterspannungswicklung benötigt. Die hohe Festigkeit wird für den Wickelvorgang, sowie das halten des relativ schweren Wicklungsmaterials benötigt. Die Außenränder dieser Seitenflansche 214 dienen dabei als Beaufschlagungsflächen für die Rollen 210. Das Wicklungsmaterial 204a, 204b kann dabei zwischen den Seitenflanschen 214 auf den Wicklungsträger 202 geführt werden, ohne die Zufuhr des Wicklungsmaterials 204a, 204b durch die Rollen 210 zu behindern. Zudem bilden die Seitenflansche 214 eine Isolation zu benachbarten Wickelträger, sowie seitliche Begrenzung für das Wicklungsmaterial 204a, 204b.
Die Rollen 210 sind an ihrer Rollenhalterung 211 jeweils gefedert und gedämpft gelagert. Dadurch lassen sich die Rollen 210, einer Halte- und Drehlagerung 208 auseinander bewegen, um einen Wicklungsträger 202, in die Halte- und Drehlagerung einsetzen und wieder entnehmen zu können. Zudem ist es möglich, Wicklungsträger unterschiedlicher Größe zu bewickeln.
An jeder Wickelstation 205, sind jeweils eine erste Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle 203a, mit Leitermaterial 4a, sowie eine zweite Wicklungsmaterial-Bevorratungsrolle 203b mit Isolationsmaterial 204b, zum gleichzeitigen, lagenweise übereinander wickeln des Leiter- und des Isolationsmaterials, auf einen Wicklungsträger 202 vorgesehen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Oberspannungswicklung eines Ringkerntransformators, sowie auf deren Herstellungsverfahren, für Verteilungstransformatoren, auf Basis der Ringkerntechnologie.
Die Wickelstation mit einer am Wicklungsträger, bestehend aus zwei spannungsfesten Halbschalen mit Seitenflansch aus Isoliermaterial hoher Festigkeit, welche zu einer spannungsfesten runden Einheit um den geschlossenen Ringkern zusammengefügt, zur Aufnahme der Segmente der
Oberspannungswicklung des Transformators, bestehend aus mindestens einem elektrischen Leiter und mindestens einem Isolationsmaterial mit einer am Wicklungsträger angreifenden Halte- und Drehlagerung zum drehbaren Lagern des Wicklungsträgers vorgesehen ist, damit der elektrische Leiter und das Isolationsmaterial auf einen geschlossenen Ringkern aufgewickelt werden kann.
Figuren 3a und b zeigen einen geschlossenen Ringkern 301, der mit fünf Stufen 302, 303, 304, 305 und 306 ausgelegt ist. Die Stufen sind bevorzugt, damit ein annährend runder Querschnitt entsteht. Je mehr Stufen, desto höher ist der Füllgrad mit magnetisch leitendem Material. Die Stufen bestehen aus dünnen Blechen, welche bevorzugt mit Klebstoff eingesprüht werden, zur Isolation und zur Festigkeit. Damit ein kreisrunder
Querschnitt entsteht, eine Isolation nach außen hin und die hohe Festi-gkeit, ist der Ringkern mit einem Gießharz 307 vergossen. Ein weiterer Vorteil dieses Gießharzes besteht darin, dass keine scharfen Kanten die Wicklungen des Transformators beschädigen können.
Blechbreite der Vorratsrolle 302: Bl 100 mm Blechhöhe 0,23 mm B2 100 mm + x
(Elektroblech) B3 100 mm + xl B4 100 mm + x B5 100 mm
Die erste Blechbreite von 100 mm wird über die Führungsvorrichtung 303 der Aufwickelvorrichtung 306 zugeführt und fixiert. Der Aufwickelvorgang beginnt und gleichzeitig wird das Blech mit der Klebstoffvorrichtung 304 mit Klebstoff besprüht. Mittels der Antriebs —und Bremsvorrichtung wird ein gleichmäßiger Zug auf das zu bewickelnde Blech erreicht. Durch eine Messvorrichtung wird die aufgewickelte Blechhöhe mit dem Sollwert verglichen und der Aufwickelvorgang bei erreichen der Vorgabe angehalten.
Anschließend wird das Blech von der Abschneidevorrichtung 305 durchtrennt und fixiert.
Auf der Führungsschiene 307 wird nun die Aufwickelvorrichtung 306 der 2. Blechbreite (B2) zugeführt. Gleichzeitig wird der ersten Blechbreite eine weitere Aufwickelvorrichtung zugeführt. Im eingeschwungenen Zustand werden fünf Ringkerntransformatorkerne gleichzeitig gewickelt.

Claims

Ansprüche
1. Ringkern-Transformator, insbesondere Mehrphasentransformator (101) mit mehreren in axialer Richtung benachbart angeordneten Ringkernen (102), wobei jeweils benachbarte Ringkerne (102) Phasenwicklungen unterschiedlicher Phasen tragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstellen der Phasenwicklungen zweier benachbarter Ringkerne (102) in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz beziehungsweise der geometrische Winkel zwischen den Anschlussstellen der Phasenwicklungen zweier benachbarter Ringkerne (102) der Phasenverschiebung beziehungsweise dem elektrischen Phasenwinkel zwischen den Spannungssignalen dieser Ringkerne (102) entspricht.
3. Transformator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Bauform von Ringkern-Transformatoren angepasstes, vorzugsweise im wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse für die Ringkerne (102) mit Phasenwicklungen vorgesehen ist, und dass vorzugsweise an einem axialen Ende des Gehäuses ein Ventilator oder Gebläse vorgesehen ist.
4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Ringkerne (102) Hohlleitungen für ein Kühlmittel angeordnet sind, und dass vorzugsweise das Gehäuse des Transformators (101) als Wärmetauscher ausgebildet und mit den Hohlleitungen verbunden ist.
5. Transformator nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse außenseitig Kühlkörper oder dergleichen vorstehende Elemente zur Vergrößerung der Gehäuse-Oberfläche vorgesehen sind, insbesondere dass das Gehäuse eine profilierte Oberfläche aufweist.
6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnahmebehälter mit einem Kühlmedium zum bereichsweise oder vollständigen Einsetzen des Transformators (101) vorgesehen ist.
7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkerne (102) des Mehrphasentransformators (101) mit ihren jeweiligen Phasenwicklungen modulartig ausgebildet sind und dass eine Haltevorrichtung (104) zum Halten und zum gegeneinander Festlegen der modulartigen Ringkerne (2) vorgesehen ist.
8. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatorspulen einzeln mit Gießharz vergossen sind und vorzugsweise eine außenseitige Profilierung zur Oberflächenvergrößerung aufweisen.
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