WO2010112152A1

WO2010112152A1 - Verfahren zur herstellung einer kern/spulen-konfiguration eines transformators oder einer drosselspule sowie kern/spulen-konfiguration

Info

Publication number: WO2010112152A1
Application number: PCT/EP2010/001795
Authority: WO
Inventors: Michael Luckey; Wolfgang Mönig; Benjamin Weber; Karel Bilek; Martin Carlen; Jong-Yun Lim
Original assignee: Abb Technology Ag
Priority date: 2009-04-04
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2010-10-07
Also published as: EP2237290A1; EP2237290B8; PL2237290T3; EP2237290B1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem ersten Schritt zur Bildung von Vormontageeinheiten (6, 7, 8, 9) ein kompressibles Abstützmaterial (4) in einen starren Rahmen (5) eingedrückt wird, wobei die Seitenschenkellänge (a) des Abstützmaterials (4) dem definierten gewünschten Abstand zwischen Kern (2) und Spule (3) entspricht und die Seitenschenkellänge (b) des Rahmens (5) kleiner als die Seitenschenkellänge des Abstützmaterials (4) ist, dass in einem zweiten Schritt die Vormontageeinheiten (6, 7, 8, 9) zwischen Kern (2) und Spule (3) eingebracht werden und dass in einem dritten Schritt der starre Rahmen (5) vom Abstützmaterial (4) entfernt wird, so dass Abstützungen (10, 11, 12, 13) zwischen Kern (2) und Spule (3) gebildet werden.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule sowie Kern/Spulen-Konfiguration

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule und findet insbesondere bei Transformatoren mit amorphem Kernmaterial, z. B. Trockentransformatoren mit amorphem Kernblech, Anwendung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kern/Spulen- Konfiguration.

Es ist allgemein bekannt, Transformatorsspulen gegenüber dem Transformatorkern mechanisch abzustützen. Bei Verwendung von amorphem Kern-Material ist eine feste Abstützung der Transformatorspulen gegenüber dem Transformatorkern ungünstig, weil das Kernmaterial auf mechanischen Druck durch Erhöhung der Verluste reagiert.

Aus der DE 36 90 625 C2 sind ein Verfahren zum Herstellen einer Baueinheit aus einem magnetischen Kern aus amorphem Metall und einer Spulenstruktur für einen elektrischen Transformator sowie ein elektrischer Transformator bekannt. Zu der mit amorphem Kernmaterial bestehenden Problematik wird insbesondere auf Spalte 1 , Zeile 30 - Spalte 2, Zeile 16 dieses Dokuments hingewiesen: „Da die Kosten elektrischer Energie weiter steigen, haben sich Verringerungen im Kernverlust als zunehmend wichtig bei dem Entwurf aller Größen elektrischer Transformatoren erwiesen. Aus diesem Grund werden amorphe Materialien als Transformatorkernmaterialien benutzt, um eine starke Verminderung der Betriebsverluste beim Transformatorkern zu erzielen Amorphe Metalle sind prinzipiell durch eine Abwesenheit einer sich periodisch wiederholenden Struktur auf dem Atomniveau charakterisiert, d. h. durch die Abwesenheit des Kristallgitters, das den kristallinen Metallteilen das charakteristische Gepräge gibt. Die nichtkristalline, amorphe Struktur wird durch rasches Abkühlen einer geschmolzenen Legierung geeigneter Zusammensetzung erhalten Aufgrund des raschen Abkühlens bildet die Legierung keinen kristallinen Zustand, sondern nimmt eine metastabile, nichtkristalline Struktur an, die repräsentativ für die flüssige Phase ist, aus der sie sich gebildet hat. Aufgrund der Abwesenheit der kristallinen Atomstruktur werden amorphe Legierungen häufig als „glasartige" Legierungen bezeichnet."

Die DE 36 90 625 C2 behandelt in diesem Zusammenhang das Hindurchführen eines Kernes durch das Fenster einer Transformatorspule: „Von besonderer Bedeutung ist die Einführungsstufe, die mit großer Sorgfalt ausgeführt werden muss, um ein permanentes Deformieren des Kernes aus seiner geglühten Konfiguration zu vermeiden, nachdem der Kern in das Spulenfenster eingeführt worden ist. D. h., wenn der Kern nicht genau in seine geglühte Gestalt zurückgeführt wird, werden während des Einführens mechanische Spannungen eingeführt. Bleiben nach dem Einführen deutliche Spannungen zurück, dann wird die Eigenschaft geringen Kernverlustes, die durch das Kernmaterial aus amorphem Metall geboten wird, nicht erreicht."

Aus der DE 36 45 282 C2 sind ein Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns und ein danach erhaltener gewickelter Transformatorkern bekannt, wobei die vorstehend erläuterte Problematik in gleicher Art und Weise behandelt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule anzugeben, welches sicherstellt, dass die guten elektrischen Eigenschaften von amorphem Kernmaterial aufrechterhalten bleiben.

Des Weiteren soll eine Kern/Spulen-Konfiguration angegeben werden.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem ersten Schritt zur Bildung von Vormontageeinheiten ein kompressibles Abstützmaterial in einen starren Rahmen eingedrückt wird, wobei die Seitenschen- kellänge des Abstützmaterials dem definierten gewünschten Abstand zwischen Kern und Spule entspricht und die Seitenschenkellänge des Rahmens kleiner als die Sei- tenschenkellänge des Abstützmaterials ist, dass in einem zweiten Schritt die Vormontageeinheiten zwischen Kern und Spule eingebracht werden und dass in einem dritten Schritt der starre Rahmen vom Abstützmaterial entfernt wird, so dass Abstützungen zwischen Kern und Spule gebildet werden.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Kern/Spulen-Konfiguration erfindungsgemäß gelöst durch eine Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule mit einer Spule von rechteckförmigem Querschnitt und einem Kern amorphen Kernmaterials von rechteckigem Querschnitt, wobei eine Abstützung zwischen jeder Seitenfläche des Kerns und jeder Seitenfläche der Spule angeordnet ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass einerseits der gewünschte Abstand zwischen Spule und Kern exakt und spielfrei eingehalten wird und dass andererseits nur ein relativ geringer Druck auf den Kern aufgebracht wird, so dass die guten elektrischen Eigenschaften, insbesondere die geringen Kemverluste, beibehalten werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen seitlichen Schnitt durch eine Kern/Spulen-Konfiguration,

Fig. 2 die separaten Bauteile einer Vormontageeinheit,

Fig. 3 eine Vormontageeinheit,

Fig. 4 einen seitlichen Schnitt durch eine mit Vormontageeinheiten bestückte Kern/Spulen-Konfiguration. Das Wesentliche an der Erfindung ist darin zu sehen, dass zunächst in einem separaten Schritt Vormontageeinheiten hergestellt werden, dass anschließend der Kern innerhalb der Spule cjurch Einsatz dieser Vormontageeinheiten vorläufig fixiert wird und dass abschließend eine Wandlung der Vormontageeinheiten in dauerhaft eingebrachte Abstützungen erfolgt.

In Fig. 2 sind zunächst die separaten Bauteile einer Vormontageeinheit dargestellt. Eine Vormontageeinheit besteht aus folgenden Bauteilen:

• einem kompressiblen Abstützmaterial 4, vorzugsweise einem Vierkantprofil, mit einer Seitenschenkellänge a und

• einem starren, z. B. aus Stahl gebildeten Rahmen 5, vorzugsweise einem U- Profil, mit einer Seitenschenkellänge b, wobei gilt b < a.

In Fig. 3 ist eine Vormontageeinheit dargestellt, bei welcher das kompressible Abstützmaterial 4 in den starren Rahmen 5 eingedrückt/eingepresst ist. Bei der derart geschaffenen Vormontageeinheit 6 ergibt sich ein umlaufender Randwulst 14 des Abstützmaterials 4, welcher die Breite c aufweist, wobei gilt c > a - b, wobei die Breite c dieses Randwulstes 14 natürlich primär von der Differenz a - b abhängig ist. Sekundär ergibt sich gegebenenfalls noch eine zusätzliche Komponente für die Breite c aufgrund des Zusammendrückens des Abstützmaterials 4 innerhalb des Rahmens 5.

Zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule

1 ) wird in einem ersten Schritt zur Bildung der unter den Figuren 2 und 3 erwähnten Vormontageeinheiten 6 das kompressible Abstützmaterial 4 in den starren Rahmen 5 eingedrückt/eingepresst, wobei die Seitenschenkellänge a des Abstützmaterials 4 dem definierten gewünschten Abstand zwischen Kern 2 und Spule 3 eines Transformators oder einer Drosselspule entspricht,

2) werden in einem zweiten Schritt mehrere Vormontageeinheiten 6, 7, 8, 9 zwischen Kern 2 und Spule 3 eingebracht und

3) wird in einem dritten Schritt der starre Rahmen 5 vom Abstützmaterial 4 entfernt, so dass bleibende Abstützungen 10, 11 , 12, 13 zwischen Kern 2 und Spule 3 gebildet werden. In Fig. 4 ist zur Erläuterung des zweiten Schrittes ein seitlicher Schnitt durch eine mit Vormontageeinheiten bestückte Kern/Spulen-Konfiguration dargestellt. Es ist ein zentral angeordnef.er.Kern 2, z. B. Transformatorkern, mit einem rechteckigen, vorzugsweise quadratischem Querschnitt zu erkennen, welcher aus einem amorphen Kernmaterial, z. B. geschichteten Kernblechen, aufgebaut ist. Eine Spule 3 mit recht- eckförmigem Querschnitt, z. B. eine Transformatorspule, umgreift diesen Kern 2 in symmetrischer Art und Weise. Für die vorläufige Abstützung zwischen Kern 2 und Spule 3 ist zwischen jeder der vier Seitenflächen des Kerns 2 und der Spule 2 je eine Vormontageeinheit 6, 7, 8, 9 eingebracht. Durch den umlaufenden Randwulst 14 einer jeden Vormontageeinheit 6, 7, 8, 9 ergibt sich eine Vorzentrierung/Fixierung des Kerns 2 innerhalb der Spule 3.

In Fig. 1 ist zur Erläuterung der sich nach dem dritten Schritt einstellenden Anordnung ein seitlicher Schnitt durch eine Kern/Spulen-Konfiguration dargestellt. Wie zu erkennen ist, wird der Kern 2 mittels vier in symmetrischer Art und Weise zwischen den Seitenflächen des Kerns 2 und der Spule 3 angeordneter Abstützungen 10, 11 , 12, 13 - jeweils dem kompressiblen Abstützmaterial 4 gemäß den Figuren 2, 3 entsprechend - dauerhaft gehalten, ohne dass dabei unzulässig hohe Druckkräfte auf den Kern 2 ausgeübt werden und ohne dass sich dabei ein Spiel zwischen Spule 3, den Abstützungen 10, 11 , 12, 13 und dem Kern 2 ergeben würde.

Bezuqszeichenliste

1 Kern/Spulen-

Konfiguration

2 Kern aus amorphem

Kernmaterial

3 Spule

4 kompressibles Abstützmaterial (Vierkantprofil)

5 starrer Rahmen (U-Profιl)

6 Vormontageeinheit

7 Vormontageeinheit

8 Vormontageeinheit

9 Vormontageeinheit

10 Abstützung

11 Abstützung

12 Abstützung

13 Abstützung

14 umlaufender Randwulst

a Seitenschenkellänge des

Abstützmaterials 4 = definierter gewünschter Abstand zwischen Kern 2 und Spule 3 b Seitenschenkellänge des

Rahmens 5

C Breite des Randwulstes

14

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Kern/Spulen-Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt zur Bildung von Vormontageeinheiten (6, 7, 8, 9) ein kompressibles Abstützmaterial (4) in einen starren Rahmen (5) eingedrückt wird, wobei die Seitenschenkel- länge (a) des Abstützmaterials (4) dem definierten gewünschten Abstand zwischen Kern (2) und Spule (3) entspricht und die Seitenschenkellänge (b) des Rahmens (5) kleiner als die Seitenschenkellänge des Abstützmaterials (4) ist, dass in einem zweiten Schritt die Vormontageeinheiten (6, 7, 8, 9) zwischen Kern (2) und Spule (3) eingebracht werden und dass in einem dritten Schritt der starre Rahmen (5) vom Abstützmaterial (4) entfernt wird, so dass Abstützungen (10, 11 , 12, 13) zwischen Kern (2) und Spule (3) gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Vierkantprofil (4) als kompressibles Abstützmaterial (4) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein U-Profil als starrer Rahmen (5) verwendet wird.

4. Nach einem der Ansprüche 1 - 3 hergestellte Kern/Spulen- Konfiguration eines Transformators oder einer Drosselspule mit einer Spule (3) von rechteckförmigem Querschnitt und einem Kern (2) amorphen Kernmaterials von rechteckigem Querschnitt, wobei eine Abstützung (10, 11 , 12, 13) zwischen jeder Seitenfläche des Kerns (2) und jeder Seitenfläche der Spule (3) angeordnet ist.