WO2013143865A1 - Transformer and method for producing a transformer - Google Patents

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WO2013143865A1
WO2013143865A1 PCT/EP2013/055247 EP2013055247W WO2013143865A1 WO 2013143865 A1 WO2013143865 A1 WO 2013143865A1 EP 2013055247 W EP2013055247 W EP 2013055247W WO 2013143865 A1 WO2013143865 A1 WO 2013143865A1
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WO
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transformer
cylinder
winding
electrically conductive
layer
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PCT/EP2013/055247
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Daniel Hörmann
Andre Silbernagel
Sebastian Wittemann
Ingo Gerd Zehner
Markus Baumann
Reinhold Beck
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/288—Shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/363—Electric or magnetic shields or screens made of electrically conductive material
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens

Definitions

  • the invention relates to a transformer having a high-voltage primary winding and a low-voltage secondary winding, which are arranged concentrically to each other and to a magnetically conductive core in a tube winding assembly, and a method for producing such a transformer.
  • the input terminal behavior of a transformer can be described using a complex resistor, referred to below as input impedance.
  • input impedance In a transformer as capacitances, inductances and ohmic resistances in the manner of a linear network are linked, the conductingsim ⁇ impedance of the transformer generally from the frequency of a voltage applied to a high-voltage primary winding sinusoidal alternating voltage, hereafter referred to as operating frequency dependent.
  • Winding arrangements in which different windings are arranged concentrically with each other around the magnetically conductive core are referred to as tube windings.
  • Such tube windings may be formed as a layer winding, wherein a plurality of consecutive turns of a conductive wire elekt ⁇ driven in an axial direction next to one another are arranged as a layer. In this case, several layers lying one above the other in a radial direction form a winding.
  • Such tube windings may also be formed as a coil winding, wherein a plurality of continuous turns of an electrically conductive wire in the radial direction are arranged one above the other as a coil. In this case, a plurality of adjacent coils in the axial direction form a winding. Furthermore, tube winding arrangements are possible in which at least one winding is designed as a coil winding and at least one further winding as a layer winding.
  • transformers emit electromagnetic interference radiation. At a given operating frequency, the power of the electromagnetic interference radiation increases with decreasing input impedance of the transformer.
  • the input impedance above a limit frequency for example above 10 kilohertz
  • a transformer having a high-voltage primary winding in the coil winding is higher than in a running in position winding high-voltage primary winding.
  • the invention has for its object to provide an improved transformer with a high-voltage primary winding and a secondary subvoltage winding in tube winding assembly. Furthermore, the invention has for its object to provide a method for producing such a transformer.
  • a shield cylinder is arranged concentrically between the high-voltage primary winding and the undervoltage secondary winding and comprises at least one approximately cylindrical surface to the cylinder concentric electrically conductive ⁇ shielding layer, which is electrically connected to a ground contact of the transformer.
  • the concentric arrangement of the high-voltage primary winding and the secondary low-voltage secondary winding causes, in addition to the inductive coupling between the two windings, the formation of an electrical capacitor in the manner of a cylinder capacitor.
  • the input impedance of the high-voltage primary winding is thus fundamentally influenced by the winding inductance, the ohmic line resistance and the capacitance of the windings.
  • the magnitude of the capacitive portion of the input impedance of the high voltage primary winding is inversely proportional to the operating frequency of the transformer, while the magnitude of the inductive portion of the input impedance is proportional to the operating frequency and the magnitude of the ohmic portion of the input impedance is independent of the operating frequency.
  • the noise current absorbed by the high-voltage primary winding is thus limited by the inductance at low operating frequencies and by the capacity of the high-voltage primary winding at high operating frequencies.
  • the amount of the input impedance is thus increased, in particular in high ranges of the operating frequency, for example at an operating frequency of more than 10 kilohertz. This also reduces the capacitively transmitted electrical power. This causes a reduction in the radiated interference power.
  • Winding in a transformer in layer winding arrangement thus possible to comply with upper limits for the radiated interference power, which would be met without this arrangement of a screen cylinder only by using a coil winding arrangement.
  • the use of the invention therefore makes it possible to use a less expensive production technique in the manufacture of a transformer with a predetermined operating behavior.
  • the high-voltage primary winding lies in the radial direction on the outside and is designed as a layer winding. Furthermore, the inductive coupling is particularly large in a concentric arrangement of the secondary subvoltage winding within the high-voltage primary winding, since in this case a particularly large proportion of the magnetic leakage flux generated by the high-voltage primary winding flows through the lower-voltage secondary winding.
  • the arrangement of a screen cylinder between a radially inferior secondary subvoltage winding and an external high voltage primary winding reduces the manufacturing cost of a transformer since this allows the use of a layer winding assembly for the high voltage primary winding.
  • the secondary subvoltage secondary winding is designed as a traction secondary winding for supplying an electric drive machine of a vehicle, has a smaller number of windings than the high-voltage primary winding and is arranged concentrically within the screen cylinder.
  • the supplied from the catenary wire upper voltage is ⁇ dependent of the traction current system at several kilovolts, for example, at 15 kilovolts.
  • the traction voltage used to power the prime mover is in the range of several hundred volts to about 2 kilovolts.
  • the conversion of the upper ⁇ voltage in the traction voltage is made by a designated transformer as a transformer.
  • the operators of railway systems specify frequency-dependent limits for the interference power, which may be radiated maximum by a traction transformer.
  • the high-voltage primary winding is arranged concentrically around the lower-voltage secondary winding, referred to as traction secondary winding.
  • traction secondary winding a particularly large proportion of the magnetic flux generated by the high-voltage primary winding is passed through the traction secondary winding.
  • the concentric arrangement of a screen cylinder Zvi ⁇ rule traction secondary winding and the high-voltage primary winding, the capacitive voltage transmission in the manner described reduces comparable in the high-voltage primary winding, and thus the lowering of impedance values at Fri ⁇ frequencies above a limit frequency, for example above 10 kilohertz, prevents or reduced, and thus reduces the power of the emitted interference radiation, especially in the range of high frequencies, for example above 10 kilohertz.
  • the formation of the high-voltage primary winding as a layer winding thus made possible on the one hand a cost advantage. Part against the more complex coil winding while maintaining the requirements with regard to the radiated interference power.
  • the invention advantageously makes it possible to make optimal use of the installation space, which is often limited in vehicles, for a traction transformer, since further measures for changing the impedance curve, for example by changing the dimensions or the geometry of the traction transformer, can be dispensed with.
  • a further advantage of the invention is that traction transformers, which hitherto have violated specifications of a railway system operator with regard to the radiated interference power, are modified by the insertion of an umbrella cylinder according to the invention in such a way that compliance with these specifications is achieved.
  • the shield cylinder comprises an inner insulating cylinder made of electrically insulating material located in a radial direction inside
  • the high-voltage primary winding, the secondary secondary winding and the electrically conductive shielding layer are each electrically insulated from each other by this embodiment.
  • the shielding layer comprises at least one ring around the cylinder axis arranged annular band of electrically conductive material, at least one longitudinally extending in the axial direction longitudinal band of electrically conductive material and a flexible, tube-like arranged around the entirety of these bands sheath of electrically conductive material, wherein the bands are electrically connected to each other and with the enclosure.
  • a material can be used with a poorer Stromlei ⁇ processing behavior for full-surface covering of the Schirmungsge- flechts.
  • a flexible material in ⁇ example in the form of a guide paper or a Kupferge ⁇ web, is particularly suitable for this, since the transformation and adjustment effort is particularly low.
  • the enclosure of the shielding mesh made of conductive Materi ⁇ al takes on parts of the electric field, which penetrate into the gaps between the annular bands and longitudinal bands. Since the enclosure is electrically connected to the annular bands and longitudinal bands, the flow of current in the enclosure is on the
  • a material with a higher resistivity can also be used.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is / are at least one annular band and / or the min ⁇ least a longitudinal band made of copper. Since copper has a low specific resistance, it is particularly suitable to dissipate electrical current from a larger surface area of the sheath of the shielding braid.
  • the distances between the annular bands can be made larger than would have been possible with a material having a higher resistivity.
  • At least one first layer Isolationspa ⁇ pier is disposed between the inner insulation cylinder and the shield braid .
  • the inner insulating cylinder is protected from mechanical damage during the application of the annular bands by the application of insulating paper. This further reduces the risk of too low Iso ⁇ lationswiderstands between the Schirmungslage of Schirmzy- Linders and the traction secondary winding.
  • At least one second layer of insulating paper is arranged between the outer insulation cylinder and the sheath of the shielding braid.
  • the second layer of insulating paper effects protection of the outer insulating cylinder from mechanical damage by the envelope of flexible electrical material and the underlying annular bands and longitudinal strips.
  • the sheathing of the shielding braid is formed as an electrically conductive guide paper or as a copper mesh.
  • the installation of the transformer is particularly facilitated by the use ei ⁇ nes flexible electrically conductive material, as this can be compensated for one tolerance variations in the diameter of the underlying traction secondary winding.
  • a heat-conducting device is arranged between the umbrella cylinder and at least one of the windings.
  • a heat-conducting device has at least one oil channel for transporting transformer oil.
  • the transformer When the transformer is filled with transformer oil, the windings are completely enclosed by the transformer oil. This allows a good heat transfer from the winding wire to the surrounding transformer oil. This in turn can deliver the heat to the transformer housing and / or to cooling devices, for example in the manner of a fan-cooled bathtau ⁇ shear.
  • An oil passage allows an improved circulation of the transformer oil between the inner coil portions and oil reservoirs, which are in direct contact with the transformers Torge ⁇ housing and / or cooling devices.
  • an oil passage between an insulating cylinder and a winding an interruption of the oil flow through the insulating cylinder is avoided.
  • Advantageously characterized heated transformer oil can spread easily from the area enclosed by the Schirmzy ⁇ relieving area in an outer, cooled area.
  • a first oil channel is arranged around a traction secondary winding
  • an inner insulating cylinder is arranged around the first oil channel
  • the ring bands are electrically conductively connected together by at least one longitudinal band to form a shielding braid
  • an outer insulation cylinder is arranged around the at least second layer of insulating paper
  • a second oil channel is arranged around the outer insulation cylinder
  • a particular advantage of this method is the execution of the high-voltage primary winding in a layer winding arrangement, which is easier to produce compared to another winding arrangement, for example to a coil winding arrangement.
  • the fabrication of a high voltage primary winding of a traction transformer in sheet winding assembly by a single operator is possible while often requiring two processors for fabrication in coil winding assembly.
  • FIG. 1 schematically shows the profile of the input impedance of a traction transformer along an impedance axis Z versus the frequency along a frequency axis f of the prior art in a double logarithmic representation.
  • the target impedance curve 1 indicates the purpose mi ⁇ nimal required impedance in a critical Frequency Ranges ⁇ rich, for example, between 100 hertz and 150 kilohertz to.
  • Shield cylinder which is typically located in an upper fre- range, for example, above 10 kilohertz, the target impedance curve 1 falls below.
  • This reduced impedance is caused at high frequencies by the capacitive component of the impedance, which is known to be inversely proportional to the frequency in magnitude. This causes an interference radiation that is above the permitted limit pointwise or over frequency ranges.
  • Figures 2 and 3 show schematically sectional views of an embodiment for the coaxial arrangement of a screen cylinder 6 between a traction secondary winding 3 and a high-voltage primary winding 4 of a transformer T. Both windings 3, 4 are also arranged concentrically to each other and to a magnetically conductive core 5.
  • Figure 2 shows a section in the axial direction through a tube winding assembly with umbrella cylinder 6
  • Figure 3 shows a section in the radial direction R.
  • the umbrella cylinder 6 comprises an insulating cylinder 6.1 which is located in a radial direction R and an insulation cylinder 6.2 which is external in a radial direction R and an electrically conductive shielding layer 6.3 arranged between the insulation cylinders 6.1, 6.2.
  • cooling devices between the umbrella cylinder 6 and at least one winding 3, 4, for example oil channels for transporting transformer oil.
  • the electrically conductive shielding layer 6.3 comprises a plurality of concentric with the core 5, the traction secondary winding 3 and the inner insulation cylinder 6.1 arranged ring binder 6.3.1 made of electrically conductive material. These annular bands 6.3.1 are arranged along an axial direction A at approximately equal intervals and with at least one Longitudinal band 6.3.2 electrically conductive material electrically connected to each other.
  • FIG. 4 shows schematically further details of the shielding layer 6.3.
  • the inner Isolationszylin ⁇ 6.1 not shown here surrounds the traction secondary winding 3. He can also optionally enclose an oil passage.
  • To this inner insulation cylinder 6.1 several layers of insulation paper are wound.
  • the annular bands 6.3.1 are arranged and fixed with adhesive tape 6.3.3.
  • annular bands 6.3.1 at least one extended in the axial direction A longitudinal ⁇ 6.3.2 band is arranged, fixed with tape 6.3.3 and electrically connected to the ring bands 6.3.1.
  • the envelope of flexible, electrically conductive material is arranged above the annular bands 6.3.1 and the at least one longitudinal band 6.3.2.
  • the shielding layer 6.3 extends over the entire length of the windings 3, 4.
  • At least one longitudinal band is verbun 6.3.2 by means of a cable shoe ⁇ 6.3.4 with the earth contact of the transformer T ⁇ .
  • FIG. 5 schematically shows the impedance curve 2.2 of FIG.
  • the impedance curve 2.2 with umbrella cylinder thus lies in the entire specified frequency range above the values which are predetermined by the desired impedance curve 1. This ensures that the specified upper limits for the radiated interference power are maintained by the transformer T with umbrella cylinder 6.

Abstract

The invention relates to a transformer (T) having a high-voltage primary winding (4) and a low-voltage secondary winding in tubular winding arrangement, and also having a shielding cylinder (6) which is arranged concentrically between said windings. In this case, the shielding cylinder (6) comprises at least one electrically conductive shielding layer (6.3) which is approximately concentric to the cylindrical casing surface and which is electrically connected to an earth contact of the transformer (T).

Description

Beschreibung description
Transformator und Verfahren zur Herstellung eines Transformators Transformer and method of making a transformer
Die Erfindung betrifft einen Transformator mit einer Oberspannungsprimärwicklung und einer Unterspannungssekundärwicklung, die konzentrisch zueinander und zu einem magnetisch leitfähigen Kern in einer Röhrenwicklungsanordnung angeordnet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Transformators . The invention relates to a transformer having a high-voltage primary winding and a low-voltage secondary winding, which are arranged concentrically to each other and to a magnetically conductive core in a tube winding assembly, and a method for producing such a transformer.
Das Eingangsklemmenverhalten eines Transformators lässt sich über einen komplexen Widerstand, im Folgenden als Eingangsim- pedanz bezeichnet, beschreiben. Da in einem Transformator Kapazitäten, Induktivitäten und Ohmsche Widerstände in der Art eines linearen Netzwerkes verknüpft sind, ist die Eingangsim¬ pedanz des Transformators im Allgemeinen von der Frequenz einer an einer Oberspannungsprimärwicklung anliegenden sinus- förmigen Wechselspannung, im Folgenden als Betriebsfrequenz bezeichnet, abhängig. The input terminal behavior of a transformer can be described using a complex resistor, referred to below as input impedance. In a transformer as capacitances, inductances and ohmic resistances in the manner of a linear network are linked, the Eingangsim ¬ impedance of the transformer generally from the frequency of a voltage applied to a high-voltage primary winding sinusoidal alternating voltage, hereafter referred to as operating frequency dependent.
Wicklungsanordnungen, bei denen verschiedene Wicklungen konzentrisch zueinander um den magnetisch leitfähigen Kern ange- ordnet sind, werden als Röhrenwicklungen bezeichnet. Winding arrangements in which different windings are arranged concentrically with each other around the magnetically conductive core are referred to as tube windings.
Derartige Röhrenwicklungen können als Lagenwicklung ausgebildet sein, wobei mehrere fortlaufende Windungen eines elekt¬ risch leitfähigen Drahts in einer axialen Richtung nebenein- ander als Lage angeordnet werden. Hierbei bilden mehrere in einer radialen Richtung übereinander liegende Lagen eine Wicklung . Such tube windings may be formed as a layer winding, wherein a plurality of consecutive turns of a conductive wire elekt ¬ driven in an axial direction next to one another are arranged as a layer. In this case, several layers lying one above the other in a radial direction form a winding.
Derartige Röhrenwicklungen können auch als Spulenwicklung ausgebildet sein, wobei mehrere fortlaufende Windungen eines elektrisch leitfähigen Drahts in radialer Richtung übereinander als Spule angeordnet werden. Hierbei bilden mehrere in axialer Richtung nebeneinander liegende Spulen eine Wicklung. Ferner sind Röhrenwicklungsanordnungen möglich, bei denen mindestens eine Wicklung als Spulenwicklung und mindestens eine weitere Wicklung als Lagenwicklung ausgeführt ist. Such tube windings may also be formed as a coil winding, wherein a plurality of continuous turns of an electrically conductive wire in the radial direction are arranged one above the other as a coil. In this case, a plurality of adjacent coils in the axial direction form a winding. Furthermore, tube winding arrangements are possible in which at least one winding is designed as a coil winding and at least one further winding as a layer winding.
Es ist bekannt, dass die Herstellung von Spulenwicklungen aufwändiger als die Herstellung von Lagenwicklungen mit gleicher Windungsanzahl ist, wenn die Zahl der Lagen ausreichend groß, beispielsweise größer als etwa 10 ist. It is known that the production of coil windings is more complex than the production of layer windings with the same number of turns, if the number of layers is sufficiently large, for example greater than about 10.
Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, dass Transformatoren elektromagnetische Störstrahlung aussenden. Bei einer vorgegebenen Betriebsfrequenz nimmt hierbei die Leistung der elektromagnetischen Störstrahlung mit abnehmender Eingangsim- pedanz des Transformators zu. It is also known from the prior art that transformers emit electromagnetic interference radiation. At a given operating frequency, the power of the electromagnetic interference radiation increases with decreasing input impedance of the transformer.
Aus dem Stand der Technik ist ferner bekannt, dass bei glei¬ cher Windungszahl und bei gleichem Übersetzungsverhältnis die Eingangsimpedanz oberhalb einer Grenzfrequenz, beispielsweise oberhalb von 10 Kilohertz, bei einem Transformator mit einer Oberspannungsprimärwicklung in Spulenwicklung höher ist als bei einer in Lagenwicklung ausgeführten Oberspannungsprimärwicklung . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Transformator mit einer Oberspannungsprimärwicklung und einer Unterspannungssekundärwicklung in Röhrenwicklungsanordnung anzugeben. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Transformators anzugeben. From the prior art is further known that during flexible ¬ cher number of turns and at the same gear ratio, the input impedance above a limit frequency, for example above 10 kilohertz, with a transformer having a high-voltage primary winding in the coil winding is higher than in a running in position winding high-voltage primary winding. The invention has for its object to provide an improved transformer with a high-voltage primary winding and a secondary subvoltage winding in tube winding assembly. Furthermore, the invention has for its object to provide a method for producing such a transformer.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Transforma¬ tors durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 12 angegebenen Merkmale gelöst. The object is achieved with respect to the Transforma ¬ sector by the features specified in claim 1 and in terms of the method by the features specified in claim 12.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Bei einem Transformator mit einer Oberspannungsprimärwicklung und einer Unterspannungssekundärwicklung in Röhrenwicklungsanordnung ist erfindungsgemäß ein Schirmzylinder konzentrisch zwischen der Oberspannungsprimärwicklung und der Unterspannungssekundärwicklung angeordnet und umfasst mindestens eine zur Zylindermantelfläche näherungsweise konzentrische elekt¬ risch leitfähige Schirmungslage, die mit einem Erdkontakt des Transformators elektrisch verbunden ist. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. In a transformer having a high-voltage primary winding and a secondary subvoltage winding in the tube winding arrangement, a shield cylinder is arranged concentrically between the high-voltage primary winding and the undervoltage secondary winding and comprises at least one approximately cylindrical surface to the cylinder concentric electrically conductive ¬ shielding layer, which is electrically connected to a ground contact of the transformer.
Die konzentrische Anordnung der Oberspannungsprimärwicklung und der Unterspannungssekundärwicklung bewirkt neben der induktiven Kopplung zwischen beiden Wicklungen die Ausbildung einer elektrischen Kapazität in der Art eines Zylinderkonden- sators . Die Eingangsimpedanz der Oberspannungsprimärwicklung wird somit grundsätzlich von der Wicklungsinduktivität, dem Ohmschen Leitungswiderstand und der Kapazität der Windungen beeinflusst . Durch die erfindungsgemäße Anordnung einer elektrisch leitfähigen, mit dem Erdkontakt des Transformators verbundenen Flä¬ che zwischen der Oberspannungsprimärwicklung und der Unterspannungssekundärwicklung wird die Verteilung des elektrischen Feldes dazwischen verändert. Diese Veränderung des elektrischen Feldes bewirkt eine Verringerung der elektrischen Kapazität der Oberspannungsprimärwicklung. The concentric arrangement of the high-voltage primary winding and the secondary low-voltage secondary winding causes, in addition to the inductive coupling between the two windings, the formation of an electrical capacitor in the manner of a cylinder capacitor. The input impedance of the high-voltage primary winding is thus fundamentally influenced by the winding inductance, the ohmic line resistance and the capacitance of the windings. The inventive arrangement of an electrically conductive, connected to the ground contact of the transformer Flä ¬ surface between the high-voltage primary winding and the secondary secondary voltage winding, the distribution of the electric field is changed therebetween. This change in the electric field causes a reduction in the electric capacity of the high-voltage primary winding.
Der Betrag des kapazitiven Anteils der Eingangsimpedanz der Oberspannungsprimärwicklung ist umgekehrt proportional zur Betriebsfrequenz des Transformators, während der Betrag des induktiven Anteils der Eingangsimpedanz proportional zur Betriebsfrequenz ist und der Betrag des Ohmschen Anteils der Eingangsimpedanz unabhängig von der Betriebsfrequenz ist. Der von der Oberspannungsprimärwicklung aufgenommene Störstrom wird somit bei niedrigen Betriebsfrequenzen von der Induktivität und bei hohen Betriebsfrequenzen von der Kapazität der Oberspannungsprimärwicklung begrenzt. Durch die Verringerung der Kapazität wird somit insbesondere in hohen Bereichen der Betriebsfrequenz, beispielsweise bei einer Betriebsfrequenz von über 10 Kilohertz, der Betrag der Eingangsimpedanz vergrößert. Damit wird zugleich die kapazitiv übertragene elektrische Leistung verringert. Dies bewirkt eine Verringerung der abgestrahlten Störleistung. The magnitude of the capacitive portion of the input impedance of the high voltage primary winding is inversely proportional to the operating frequency of the transformer, while the magnitude of the inductive portion of the input impedance is proportional to the operating frequency and the magnitude of the ohmic portion of the input impedance is independent of the operating frequency. The noise current absorbed by the high-voltage primary winding is thus limited by the inductance at low operating frequencies and by the capacity of the high-voltage primary winding at high operating frequencies. By reducing the capacitance, the amount of the input impedance is thus increased, in particular in high ranges of the operating frequency, for example at an operating frequency of more than 10 kilohertz. This also reduces the capacitively transmitted electrical power. This causes a reduction in the radiated interference power.
In vorteilhafter Weise ist es durch eine Anordnung eines Schirmzylinders zwischen einer inneren und einer äußerenAdvantageously, it is by an arrangement of a screen cylinder between an inner and an outer
Wicklung bei einem Transformator in Lagenwicklungsanordnung somit möglich, Obergrenzen für die abgestrahlte Störleistung einzuhalten, die ohne diese Anordnung eines Schirmzylinders nur durch Verwendung einer Spulenwicklungsanordnung einzuhal- ten wären. Winding in a transformer in layer winding arrangement thus possible to comply with upper limits for the radiated interference power, which would be met without this arrangement of a screen cylinder only by using a coil winding arrangement.
Durch den Einsatz der Erfindung kann daher eine kostengünstigere Herstellungstechnik bei der Fertigung eines Transformators mit vorgegebenem Betriebsverhalten verwendet werden. The use of the invention therefore makes it possible to use a less expensive production technique in the manufacture of a transformer with a predetermined operating behavior.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt die Oberspannungsprimärwicklung in radialer Richtung außen und ist als Lagenwicklung ausgeführt. Ferner ist die induktive Kopplung bei einer konzentrischen Anordnung der Unterspannungssekundärwicklung innerhalb der Oberspannungsprimärwicklung besonders groß, da hierbei ein besonders großer Anteil des von der Oberspannungsprimärwicklung erzeugten magnetischen Streuflusses die Unterspannungs- Sekundärwicklung durchströmt. In a further embodiment of the invention, the high-voltage primary winding lies in the radial direction on the outside and is designed as a layer winding. Furthermore, the inductive coupling is particularly large in a concentric arrangement of the secondary subvoltage winding within the high-voltage primary winding, since in this case a particularly large proportion of the magnetic leakage flux generated by the high-voltage primary winding flows through the lower-voltage secondary winding.
In vorteilhafter Weise verringert daher die Anordnung eines Schirmzylinders zwischen einer in radialer Richtung innen liegenden Unterspannungssekundärwicklung und einer außen lie- genden Oberspannungsprimärwicklung die Herstellungskosten für einen Transformator, da dies den Einsatz einer Lagenwicklungsanordnung für die Oberspannungsprimärwicklung erlaubt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Unterspannungssekundärwicklung als Traktionssekundärwicklung zur Versorgung einer elektrischen Antriebsmaschine eines Fahrzeugs ausgebildet, weist eine geringere Anzahl von Win- düngen als die Oberspannungsprimärwicklung auf und ist konzentrisch innerhalb des Schirmzylinders angeordnet. Advantageously, therefore, the arrangement of a screen cylinder between a radially inferior secondary subvoltage winding and an external high voltage primary winding reduces the manufacturing cost of a transformer since this allows the use of a layer winding assembly for the high voltage primary winding. In a further embodiment of the invention, the secondary subvoltage secondary winding is designed as a traction secondary winding for supplying an electric drive machine of a vehicle, has a smaller number of windings than the high-voltage primary winding and is arranged concentrically within the screen cylinder.
Die vom Fahrleitungsdraht gelieferte Oberspannung liegt ab¬ hängig vom Bahnstromsystem bei mehreren Kilovolt, beispiels- weise bei 15 Kilovolt. Die zur Versorgung der Antriebsmaschine verwendete Traktionsspannung liegt im Bereich von mehreren Hundert Volt bis etwa 2 Kilovolt. Die Umwandlung der Ober¬ spannung in die Traktionsspannung wird von einem als Traktionstransformator bezeichneten Transformator vorgenommen. Die Betreiber von Bahnsystemen geben frequenzabhängige Grenzwerte für die Störleistung vor, die von einem Traktionstransformator maximal abgestrahlt werden darf. The supplied from the catenary wire upper voltage is ¬ dependent of the traction current system at several kilovolts, for example, at 15 kilovolts. The traction voltage used to power the prime mover is in the range of several hundred volts to about 2 kilovolts. The conversion of the upper ¬ voltage in the traction voltage is made by a designated transformer as a transformer. The operators of railway systems specify frequency-dependent limits for the interference power, which may be radiated maximum by a traction transformer.
In vorteilhafter Weise ist bei einem Traktionstransformator die Oberspannungsprimärwicklung konzentrisch um die als Traktionssekundärwicklung bezeichnete Unterspannungssekundärwicklung angeordnet. Hierdurch wird ein besonders großer Anteil des von der Oberspannungsprimärwicklung erzeugten magnetischen Flusses durch die Traktionssekundärwicklung geleitet. Advantageously, in a traction transformer, the high-voltage primary winding is arranged concentrically around the lower-voltage secondary winding, referred to as traction secondary winding. As a result, a particularly large proportion of the magnetic flux generated by the high-voltage primary winding is passed through the traction secondary winding.
Durch die konzentrische Anordnung eines Schirmzylinders zwi¬ schen der Traktionssekundärwicklung und der Oberspannungsprimärwicklung wird in der beschriebenen Weise die kapazitive Spannungsübertragung in die Oberspannungsprimärwicklung ver- mindert, und damit das Absinken der Impedanzwerte bei Fre¬ quenzen oberhalb einer Grenzfrequenz, beispielsweise oberhalb von 10 Kilohertz, verhindert oder vermindert, und damit die Leistung der abgestrahlten Störstrahlung insbesondere im Bereich hoher Frequenzen, beispielsweise oberhalb von 10 Kilo- hertz, verringert. The concentric arrangement of a screen cylinder Zvi ¬ rule traction secondary winding and the high-voltage primary winding, the capacitive voltage transmission in the manner described reduces comparable in the high-voltage primary winding, and thus the lowering of impedance values at Fri ¬ frequencies above a limit frequency, for example above 10 kilohertz, prevents or reduced, and thus reduces the power of the emitted interference radiation, especially in the range of high frequencies, for example above 10 kilohertz.
Die dadurch ermöglichte Ausbildung der Oberspannungsprimärwicklung als Lagenwicklung bietet zum Einen einen Kostenvor- teil gegenüber der aufwändigeren Spulenwicklung bei gleichzeitiger Einhaltung der Anforderungen hinsichtlich der abgestrahlten Störleistung. Zum Anderen ermöglicht es die Erfindung in vorteilhafter Weise, den in Fahrzeugen oft beschränkten Bauraum für einen Traktionstransformator optimal auszunutzen, da auf weitere Maßnahmen zur Änderung des Impedanzverlaufs, beispielsweise durch Änderung der Abmessungen oder der Geometrie des Trakti- onstransformators , verzichtet werden kann. The formation of the high-voltage primary winding as a layer winding thus made possible on the one hand a cost advantage. Part against the more complex coil winding while maintaining the requirements with regard to the radiated interference power. On the other hand, the invention advantageously makes it possible to make optimal use of the installation space, which is often limited in vehicles, for a traction transformer, since further measures for changing the impedance curve, for example by changing the dimensions or the geometry of the traction transformer, can be dispensed with.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Traktionstransformatoren, welche bislang Vorgaben eines Bahnsystembetreibers hinsichtlich der abgestrahlten Störleistung verletzt haben, durch das erfindungsgemäße Einfügen eines Schirmzylinders so modifiziert werden, dass die Einhaltung dieser Vorgaben erreicht wird. A further advantage of the invention is that traction transformers, which hitherto have violated specifications of a railway system operator with regard to the radiated interference power, are modified by the insertion of an umbrella cylinder according to the invention in such a way that compliance with these specifications is achieved.
Damit werden zusätzliche Anpassungskosten vermieden und das Entwicklungsrisiko und die Entwicklungszeit für einen solchen Traktionstransformator können gesenkt werden. This avoids additional adjustment costs and can reduce development risk and development time for such a traction transformer.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schirmzylinder einen in einer radialen Richtung innen liegen- den inneren Isolationszylinder aus elektrisch isolierendemIn a further embodiment of the invention, the shield cylinder comprises an inner insulating cylinder made of electrically insulating material located in a radial direction inside
Material und einen in radialer Richtung außen liegenden äußeren Isolationszylinder aus elektrisch isolierendem Material, wobei die elektrisch leitfähige Schirmungslage konzentrisch zwischen dem inneren Isolationszylinder und dem äußeren Iso- lationszylinder angeordnet ist. Material and a radially outer outer insulating cylinder made of electrically insulating material, wherein the electrically conductive Schirmungslage is arranged concentrically between the inner insulating cylinder and the outer Iso- lation cylinder.
In besonders vorteilhafter Weise werden durch diese Ausführungsform die Oberspannungsprimärwicklung, die Unterspannungssekundärwicklung sowie die elektrisch leitfähige Schir- mungslage jeweils voneinander elektrisch isoliert. In a particularly advantageous manner, the high-voltage primary winding, the secondary secondary winding and the electrically conductive shielding layer are each electrically insulated from each other by this embodiment.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Schirmungslage mindestens ein ringförmig um die Zylinderachse angeordnetes Ringband aus elektrisch leitfähigem Material, mindestens ein in axialer Richtung ausgedehntes Längsband aus elektrisch leitfähigem Material und eine flexible, schlauchartig um die Gesamtheit dieser Bänder angeordnete Umhüllung aus elektrisch leitfähigem Material, wobei die Bänder untereinander und mit der Umhüllung elektrisch verbunden sind. In a further embodiment of the invention, the shielding layer comprises at least one ring around the cylinder axis arranged annular band of electrically conductive material, at least one longitudinally extending in the axial direction longitudinal band of electrically conductive material and a flexible, tube-like arranged around the entirety of these bands sheath of electrically conductive material, wherein the bands are electrically connected to each other and with the enclosure.
Mittels der konzentrischen Anordnung der Ringbänder und der senkrecht hierzu angeordneten Längsbänder, im Folgenden als Schirmungsgeflecht bezeichnet, wird eine besonders gute elektrische Abschirmung der Wicklungen voneinander in der Art eines Faradayschen Käfigs und somit eine besonders starke Er¬ höhung des kapazitiven Anteils der Impedanz erreicht. Damit wird eine besonders wirksame Verringerung der abgestrahlten Störleistung in hohen Frequenzbereichen bewirkt. By means of the concentric arrangement of the annular bands and arranged perpendicular thereto longitudinal strips, hereinafter referred to as Schirmungsgeflecht, a particularly good electrical shielding of the windings of each other in the manner of a Faraday cage and thus a particularly strong He ¬ increase in the capacitive component of the impedance is achieved. This causes a particularly effective reduction of the radiated interference power in high frequency ranges.
Aufgrund dieser durch die elektrisch verbundenen Ringbänder und Längsbänder bereits erreichten guten elektrischen Abschirmung kann zur vollflächigen Umhüllung des Schirmungsge- flechts auch ein Material mit einem schlechteren Stromlei¬ tungsverhalten verwendet werden. Ein flexibles Material, bei¬ spielsweise in der Art eines Leitpapiers oder eines Kupferge¬ webes, eignet sich hierfür besonders, da der Umformungs- und Anpassungsaufwand besonders gering ist. Because of this through the electrically connected annular bands and longitudinal bands already achieved good electrical screening, a material can be used with a poorer Stromlei ¬ processing behavior for full-surface covering of the Schirmungsge- flechts. A flexible material, in ¬ example in the form of a guide paper or a Kupferge ¬ web, is particularly suitable for this, since the transformation and adjustment effort is particularly low.
Die Umhüllung des Schirmungsgeflechts aus leitfähigem Materi¬ al nimmt Teile des elektrischen Feldes auf, die in die Lücken zwischen den Ringbändern und Längsbändern eindringen. Da die Umhüllung mit den Ringbändern und Längsbändern elektrisch verbunden ist, ist der Stromfluss in der Umhüllung auf denThe enclosure of the shielding mesh made of conductive Materi ¬ al takes on parts of the electric field, which penetrate into the gaps between the annular bands and longitudinal bands. Since the enclosure is electrically connected to the annular bands and longitudinal bands, the flow of current in the enclosure is on the
Potenzialausgleich innerhalb einer solchen Lücke beschränkt. In vorteilhafter Weise kann daher auch ein Material mit höherem spezifischen Widerstand eingesetzt werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist/sind das mindestens eine Ringband und/oder das min¬ destens eine Längsband aus Kupfer gefertigt. Da Kupfer einen geringen spezifischen Widerstand aufweist, ist es in besonderem Maß geeignet, elektrischen Strom aus einem größeren Oberflächenbereich der Umhüllung des Schirmungsgeflechts abzuführen. In vorteilhafter Weise können daher die Abstände zwischen den Ringbändern größer gewählt werden, als dies bei einem Material mit größerem spezifischen Widerstand möglich gewesen wäre. Potential equalization within such a gap is limited. Advantageously, therefore, a material with a higher resistivity can also be used. In a particularly advantageous embodiment of the invention is / are at least one annular band and / or the min ¬ least a longitudinal band made of copper. Since copper has a low specific resistance, it is particularly suitable to dissipate electrical current from a larger surface area of the sheath of the shielding braid. Advantageously, therefore, the distances between the annular bands can be made larger than would have been possible with a material having a higher resistivity.
Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Kupfer ist dessen vergleichsweise sehr geringe magnetische Permeabilität. Da¬ durch wird die Ausbreitung des Magnetflusses von der Oberspannungswicklung in die Traktionssekundärwicklung nicht oder nur minimal beeinträchtigt. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem inneren Isolationszylinder und dem Schirmungsgeflecht wenigstens eine erste Lage Isolationspa¬ pier angeordnet. In vorteilhafter Weise wird durch das Aufbringen von Isolationspapier der innere Isolationszylinder vor einer mechanischen Beschädigung beim Aufbringen der Ringbänder geschützt. Dies vermindert zusätzlich das Risiko eines zu geringen Iso¬ lationswiderstands zwischen der Schirmungslage des Schirmzy- linders und der Traktionssekundärwicklung. Another advantage of using copper is its comparatively very low magnetic permeability. Since ¬ by the spread of the magnetic flux of the high-voltage winding to the secondary winding traction is not or only minimally impaired. In a further advantageous embodiment of the invention, at least one first layer Isolationspa ¬ pier is disposed between the inner insulation cylinder and the shield braid . Advantageously, the inner insulating cylinder is protected from mechanical damage during the application of the annular bands by the application of insulating paper. This further reduces the risk of too low Iso ¬ lationswiderstands between the Schirmungslage of Schirmzy- Linders and the traction secondary winding.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem äußeren Isolationszylinder und der Umhüllung des Schirmungsgeflechts wenigstens eine zweite Lage Isolationspapier angeordnet. In a further advantageous embodiment of the invention, at least one second layer of insulating paper is arranged between the outer insulation cylinder and the sheath of the shielding braid.
Analog zur Wirkung der ersten Lage Isolationspapier bewirkt die zweite Lage Isolationspapier einen Schutz des äußeren Isolationszylinders vor mechanischer Beschädigung durch die Umhüllung aus flexiblem elektrischen Material und die darunter liegenden Ringbänder und Längsbänder. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Umhüllung des Schirmungsgeflechts als elektrisch leitfähiges Leitpapier oder als ein Kupfergewebe ausgebildet. Die Montage des Transformators wird durch die Verwendung ei¬ nes flexiblen elektrisch leitfähigen Materials besonders erleichtert, da damit zum Einen Toleranzschwankungen im Durchmesser der darunter liegenden Traktionssekundärwicklung ausgeglichen werden können. Zum Anderen ist es mit flexiblem Ma- terial möglich, eine geschlossene elektrisch leitfähige Um¬ hüllung des Schirmungsgeflechts durch Umwickeln eines Schen¬ kels eines Transformatorkerns mit geschlossenem Joch herzu¬ stellen . Leitpapier und Kupfergewebe eignen sich zur Umhüllung in besonderem Maß, da sie eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine geringe magnetische Permeabilität aufweisen. Ein beson¬ derer Vorteil bei der Verwendung von Kupfergewebe ist ferner dessen mechanische Stabilität und Robustheit gegen ein Zer- reißen und ein Zerbrechen beispielsweise an Knickstellen. Analogous to the effect of the first layer of insulating paper, the second layer of insulating paper effects protection of the outer insulating cylinder from mechanical damage by the envelope of flexible electrical material and the underlying annular bands and longitudinal strips. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the sheathing of the shielding braid is formed as an electrically conductive guide paper or as a copper mesh. The installation of the transformer is particularly facilitated by the use ei ¬ nes flexible electrically conductive material, as this can be compensated for one tolerance variations in the diameter of the underlying traction secondary winding. It is on the other hand with a flexible ma- TERIAL possible a closed electrically conductive To ¬ hüllung of Schirmungsgeflechts by wrapping a ¬'s kels a transformer core with a closed yoke near, provide ¬. Guide paper and copper mesh are particularly suitable for cladding, as they have a high electrical conductivity and a low magnetic permeability. A particular advantage of using ¬ those of copper fabric is also its mechanical stability and robustness tear against decomposition and breakage for example at bends.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Schirmzylinder und mindestens einer der Wicklungen eine Wärmeleitvorrichtung angeordnet. In a further advantageous embodiment of the invention, a heat-conducting device is arranged between the umbrella cylinder and at least one of the windings.
Durch den Ohmschen Widerstand des Wicklungsdrahts entsteht im Inneren einer Wicklung Wärme. In vorteilhafter Weise wird diese Wärme mittels Wärmeleitvorrichtungen zum Gehäuse des Transformators transportiert. Dies erlaubt einerseits einen Betrieb des Transformators mit einer höheren Übertragungs¬ leistung und ermöglicht andererseits die Verwendung von Wick¬ lungsdraht mit geringerem Querschnitt und verbessert somit insgesamt die Effizienz eines Transformators. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist eine Wärmeleitvorrichtung wenigstens einen Ölkanal zum Transport von Transformatorenöl auf. Bei einer Füllung des Transformators mit Transformatoröl sind die Wicklungen vollständig vom Transformatoröl umschlossen. Dies erlaubt eine gute Wärmeabgabe vom Wicklungsdraht an das umgebende Transformatoröl . Dieses wiederum kann die Wärme an das Transformatorengehäuse und/oder an Kühlvorrichtungen, beispielsweise in der Art eines lüftergekühlten Wärmetau¬ schers, abgeben. The ohmic resistance of the winding wire creates heat inside a winding. Advantageously, this heat is transported by means of heat conducting devices to the housing of the transformer. This permits one hand operation of the transformer with a higher transmission power ¬ and on the other hand allows the use of Wick ¬ lung wire with a smaller cross section and thus improves the overall efficiency of a transformer. In a particularly advantageous embodiment of the invention, a heat-conducting device has at least one oil channel for transporting transformer oil. When the transformer is filled with transformer oil, the windings are completely enclosed by the transformer oil. This allows a good heat transfer from the winding wire to the surrounding transformer oil. This in turn can deliver the heat to the transformer housing and / or to cooling devices, for example in the manner of a fan-cooled Wärmetau ¬ shear.
Für die Ableitung von Wärme aus inneren Wicklungsbereichen ist es vorteilhaft, Vorrichtungen zum Transport von Transfor- matoröl von und nach diesen inneren Wicklungsbereichen vorzusehen. Ein Ölkanal erlaubt eine verbesserte Zirkulation des Transformatoröls zwischen den inneren Wicklungsbereichen und Ölreservoirs , welche in direktem Kontakt zum Transformatorge¬ häuse und/oder zur Kühlvorrichtungen stehen. Durch die Anordnung eines Ölkanals zwischen einem Isolationszylinder und einer Wicklung wird eine Unterbrechung des Ölflusses durch den Isolationszylinder vermieden. In vorteilhafter Weise kann sich dadurch erwärmtes Transformatoröl aus dem vom Schirmzy¬ linder eingeschlossenen Bereich leicht in einen äußeren, gekühlten Bereich ausbreiten. For the dissipation of heat from inner winding regions, it is advantageous to provide devices for transporting transformer oil from and to these inner winding regions. An oil passage allows an improved circulation of the transformer oil between the inner coil portions and oil reservoirs, which are in direct contact with the transformers Torge ¬ housing and / or cooling devices. By arranging an oil passage between an insulating cylinder and a winding, an interruption of the oil flow through the insulating cylinder is avoided. Advantageously characterized heated transformer oil can spread easily from the area enclosed by the Schirmzy ¬ relieving area in an outer, cooled area.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Transformators wird/werden erfindungsgemäß In a method for producing a transformer is / are according to the invention
- um eine Traktionssekundärwicklung ein erster Ölkanal angeordnet,  a first oil channel is arranged around a traction secondary winding,
- um den ersten Ölkanal ein innerer Isolationszylinder angeordnet,  an inner insulating cylinder is arranged around the first oil channel,
- auf den inneren Isolationszylinder wenigstens eine erste Lage Isolationspapier gewickelt,  - Wrapped on the inner insulation cylinder at least a first layer insulation paper,
- Ringbänder in festgelegten Abständen zueinander um die wenigstens eine erste Lage Isolationspapier ange¬ ordnet, - Ring tapes at predetermined intervals to one another at least one first layer insulation paper is ¬ rearranges the,
- die Ringbänder durch mindestens ein Längsband elekt- risch leitfähig miteinander zu einem Schirmungsgeflecht verbunden,  the ring bands are electrically conductively connected together by at least one longitudinal band to form a shielding braid,
- um dieses Schirmungsgeflecht eine Umhüllung aus fle¬ xiblem elektrisch leitfähigem Material gewickelt, - um die Umhüllung wenigstens eine zweite Lage Isolati¬ onspapier gewickelt, - around this shield braid wound an envelope of fle ¬ xiblem electrically conductive material, - Wrapped around the wrapping at least a second layer Isolati ¬ onspapier,
ein äußerer Isolationszylinder um die wenigstens zweite Lage Isolationspapier herum angeordnet, an outer insulation cylinder is arranged around the at least second layer of insulating paper,
- um den äußeren Isolationszylinder ein zweiter Ölkanal angeordnet, a second oil channel is arranged around the outer insulation cylinder,
- eine Oberspannungsprimärwicklung auf den zweiten Ölkanal in einer Lagenwicklungsanordnung gewickelt und - A high-voltage primary winding wound on the second oil passage in a sheet winding assembly and
- die Bänder mit einem Erdkontakt des Transformators elektrisch verbunden. - The bands electrically connected to a ground contact of the transformer.
Es ist ein Vorteil dieses Verfahrens, dass die Herstellung eines Transformators mit den oben beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften in einer entlang einer radialen Richtung von innen nach außen fortschreitenden Reihenfolge erfolgt. It is an advantage of this method that the production of a transformer having the above-described advantageous characteristics is performed in an order progressing along a radial direction from the inside to the outside.
In vorteilhafter Weise können somit aus dem Stand der Technik bekannte Herstellungsverfahren für Transformatoren verwendet werden . Advantageously, therefore, known from the prior art manufacturing methods for transformers can be used.
Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens ist die Ausführung der Oberspannungsprimärwicklung in einer Lagenwicklungsanordnung, die im Vergleich zu einer anderen Wicklungsanordnung, beispielsweise zu einer Spulenwicklungsanordnung, einfacher herzustellen ist. Beispielsweise ist die Herstellung einer Oberspannungsprimärwicklung eines Traktionstransformators in Lagenwicklungsanordnung durch einen einzelnen Bearbeiter möglich, während zur Herstellung in Spulenwicklungsanordnung oft zwei Bearbeiter benötigt werden. A particular advantage of this method is the execution of the high-voltage primary winding in a layer winding arrangement, which is easier to produce compared to another winding arrangement, for example to a coil winding arrangement. For example, the fabrication of a high voltage primary winding of a traction transformer in sheet winding assembly by a single operator is possible while often requiring two processors for fabrication in coil winding assembly.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in detail in conjunction with the drawings.
Dabei zeigen: schematisch den frequenzabhängigen Verlauf der Impedanz ohne Schirmzylinder aus dem Stand der Technik, schematisch einen Schnitt in axialer Richtung durch eine Röhrenwicklungsanordnung mit Schirmzylinder, schematisch einen Schnitt in radialer Richtung durch eine Röhrenwicklungsanordnung mit Schirmzylinder, Showing: 1 schematically shows a section in the axial direction through a tube winding arrangement with umbrella cylinder, schematically a section in the radial direction through a tube winding arrangement with umbrella cylinder,
FIG 4 schematisch den Aufbau einer Schirmungslage und FIG 5 schematisch den frequenzabhängigen Verlauf der Impedanz mit Schirmzylinder. 4 schematically shows the structure of a Schirmungslage and 5 shows schematically the frequency-dependent profile of the impedance with umbrella cylinder.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Figur 1 zeigt schematisch den Verlauf der Eingangsimpedanz eines Traktionstransformators entlang einer Impedanzachse Z über der Frequenz entlang einer Frequenzachse f aus dem Stand der Technik in doppelt logarithmischer Darstellung. FIG. 1 schematically shows the profile of the input impedance of a traction transformer along an impedance axis Z versus the frequency along a frequency axis f of the prior art in a double logarithmic representation.
Damit die Betriebssicherheit elektrischer Bahnanlagen gewährleistet ist, muss eine elektrisch angetriebene Lokomotive für die Zulassung zum Betrieb festgelegte Grenzwerte für die elektromagnetische Störstrahlung einhalten. Für Traktions- transformatoren besteht deshalb die Forderung, den Störstrom zu begrenzen. Der Soll-Impedanzverlauf 1 gibt die hierzu mi¬ nimal erforderliche Impedanz in einem kritischen Frequenzbe¬ reich, beispielsweise zwischen 100 Hertz und 150 Kilohertz, an . In order to ensure the operational reliability of electric railway systems, an electrically driven locomotive must comply with the specified limits for the electromagnetic interference radiation for approval for operation. For traction transformers, therefore, there is a requirement to limit the interference current. The target impedance curve 1 indicates the purpose mi ¬ nimal required impedance in a critical Frequency Ranges ¬ rich, for example, between 100 hertz and 150 kilohertz to.
Aus dem Stand der Technik bekannte Traktionstransformatoren mit Lagenwicklung weisen einen Impedanzverlauf 2.1 ohne Traction transformers with layer winding known from the prior art have an impedance curve 2.1 without
Schirmzylinder auf, der typischerweise in einem oberen Fre- quenzbereich, beispielsweise oberhalb von 10 Kilohertz, den Soll-Impedanzverlauf 1 unterschreitet. Shield cylinder, which is typically located in an upper fre- range, for example, above 10 kilohertz, the target impedance curve 1 falls below.
Diese verringerte Impedanz wird bei hohen Frequenzen durch den kapazitiven Anteil der Impedanz bewirkt, der bekanntlich betragsmäßig umgekehrt proportional zur Frequenz ist. Dadurch wird eine Störstrahlung verursacht, die punktuell oder über Frequenzbereiche hinweg über dem zugelassenen Grenzwert liegt . This reduced impedance is caused at high frequencies by the capacitive component of the impedance, which is known to be inversely proportional to the frequency in magnitude. This causes an interference radiation that is above the permitted limit pointwise or over frequency ranges.
Die Figuren 2 und 3 zeigen schematisch Schnittdarstellungen eines Ausführungsbeispiels für die koaxiale Anordnung eines Schirmzylinders 6 zwischen einer Traktionssekundärwicklung 3 und einer Oberspannungsprimärwicklung 4 eines Transforma- tors T. Beide Wicklungen 3, 4 sind zueinander und zu einem magnetisch leitfähigen Kern 5 ebenfalls konzentrisch angeordnet. Figur 2 zeigt einen Schnitt in axialer Richtung durch eine Röhrenwicklungsanordnung mit Schirmzylinder 6, Figur 3 zeigt einen Schnitt in radialer Richtung R. Figures 2 and 3 show schematically sectional views of an embodiment for the coaxial arrangement of a screen cylinder 6 between a traction secondary winding 3 and a high-voltage primary winding 4 of a transformer T. Both windings 3, 4 are also arranged concentrically to each other and to a magnetically conductive core 5. Figure 2 shows a section in the axial direction through a tube winding assembly with umbrella cylinder 6, Figure 3 shows a section in the radial direction R.
Der Schirmzylinder 6 umfasst einen in einer radialen Richtung R inneren Isolationszylinder 6.1 und einen in einer radialen Richtung R äußeren Isolationszylinder 6.2 sowie eine zwischen den Isolationszylindern 6.1, 6.2 angeordnete elekt- risch leitfähige Schirmungslage 6.3. The umbrella cylinder 6 comprises an insulating cylinder 6.1 which is located in a radial direction R and an insulation cylinder 6.2 which is external in a radial direction R and an electrically conductive shielding layer 6.3 arranged between the insulation cylinders 6.1, 6.2.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, zwischen dem Schirmzylinder 6 und mindestens einer Wicklung 3, 4 Kühlvorrichtungen anzuordnen, beispielsweise Ölka- näle zum Transport von Transformatorenöl . In further embodiments of the invention, it is possible to arrange cooling devices between the umbrella cylinder 6 and at least one winding 3, 4, for example oil channels for transporting transformer oil.
Die elektrisch leitfähige Schirmungslage 6.3 umfasst mehrere konzentrisch zum Kern 5, der Traktionssekundärwicklung 3 sowie dem inneren Isolationszylinder 6.1 angeordnete Ringbän- der 6.3.1 aus elektrisch leitfähigem Material. Diese Ringbänder 6.3.1 sind entlang einer axialen Richtung A in näherungsweise gleichen Abständen angeordnet und mit mindestens einem Längsband 6.3.2 aus elektrisch leitfähigem Material untereinander elektrisch verbunden. The electrically conductive shielding layer 6.3 comprises a plurality of concentric with the core 5, the traction secondary winding 3 and the inner insulation cylinder 6.1 arranged ring binder 6.3.1 made of electrically conductive material. These annular bands 6.3.1 are arranged along an axial direction A at approximately equal intervals and with at least one Longitudinal band 6.3.2 electrically conductive material electrically connected to each other.
Um das Geflecht aus Ringbändern 6.3.1 und mindestens einem Längsband 6.3.2 ist eine nicht dargestellte Umhüllung aus flexiblem elektrisch leitfähigem Material angeordnet. Diese Umhüllung kann beispielsweise als elektrisch leitfähiges Leitpapier oder als ein Kupfergewebe ausgebildet sein. Figur 4 zeigt schematisch weitere Details der Schirmungsla¬ ge 6.3. Der hier nicht dargestellte innere Isolationszylin¬ der 6.1 umschließt die Traktionssekundärwicklung 3. Er kann ferner optional einen Ölkanal umschließen. Um diesen inneren Isolationszylinder 6.1 sind mehrere Lagen Isolationspapier gewickelt. Auf der in radialer Richtung R äußersten Lage des Isolationspapiers sind die Ringbänder 6.3.1 angeordnet und mit Klebestreifen 6.3.3 fixiert. Auf den Ringbändern 6.3.1 ist mindestens ein in axialer Richtung A ausgedehntes Längs¬ band 6.3.2 angeordnet, mit Klebestreifen 6.3.3 fixiert und mit den Ringbändern 6.3.1 elektrisch verbunden. In radialer Richtung R ist über den Ringbändern 6.3.1 und dem mindestens einen Längsband 6.3.2 die Umhüllung aus flexiblem elektrisch leitfähigem Material angeordnet. In axialer Richtung A erstreckt sich die Schirmungslage 6.3 über die gesamte Länge der Wicklungen 3, 4. To the braid of ring bands 6.3.1 and at least one longitudinal band 6.3.2 a sheath, not shown, made of flexible electrically conductive material is arranged. This enclosure may be formed, for example, as an electrically conductive paper or as a copper mesh. FIG. 4 shows schematically further details of the shielding layer 6.3. The inner Isolationszylin ¬ 6.1, not shown here surrounds the traction secondary winding 3. He can also optionally enclose an oil passage. To this inner insulation cylinder 6.1 several layers of insulation paper are wound. On the outermost in the radial direction R layer of insulation paper, the annular bands 6.3.1 are arranged and fixed with adhesive tape 6.3.3. On the annular bands 6.3.1 at least one extended in the axial direction A longitudinal ¬ 6.3.2 band is arranged, fixed with tape 6.3.3 and electrically connected to the ring bands 6.3.1. In the radial direction R, the envelope of flexible, electrically conductive material is arranged above the annular bands 6.3.1 and the at least one longitudinal band 6.3.2. In the axial direction A, the shielding layer 6.3 extends over the entire length of the windings 3, 4.
Mindestens ein Längsband 6.3.2 wird mittels eines Kabel¬ schuhs 6.3.4 mit dem Erdkontakt des Transformators T verbun¬ den . At least one longitudinal band is verbun 6.3.2 by means of a cable shoe ¬ 6.3.4 with the earth contact of the transformer T ¬.
In der Gesamtheit wirken die Bänder 6.3.1, 6.3.2 und die Um¬ hüllung aus flexiblem elektrisch leitfähigem Material als Fa- radayscher Käfig, der näherungsweise eine Äquipotenzialfläche mit dem elektrischen Potenzial des Erdkontakts darstellt. Da- durch wird die Ausbreitung des elektrischen Feldes zwischen der inneren Traktionssekundärwicklung 3 und der äußeren Oberspannungsprimärwicklung 4 verhindert oder stark gemindert. Damit sinkt die kapazitive Kopplung zwischen der Oberspan- nungsprimärwicklung und der Traktionssekundärwicklung. Dies bewirkt in vorteilhafter Weise eine Verringerung des Störstroms und somit eine verringerte Leistung der Störstrahlung vorzugsweise im oberen, vom kapazitiven Impedanzanteil be- stimmten Frequenzbereich. In the totality of the bands 6.3.1, 6.3.2, and the order ¬ hüllung of flexible electrically conductive material acting as radayscher Fa cage which approximately represents an equipotential surface to the electrical potential of the earth contact. As a result, the propagation of the electric field between the inner traction secondary winding 3 and the outer high-voltage primary winding 4 is prevented or greatly reduced. This reduces the capacitive coupling between the upper chip primary development and traction secondary development. This advantageously causes a reduction of the interference current and thus a reduced power of the interference radiation, preferably in the upper frequency range determined by the capacitive impedance component.
Figur 5 zeigt schematisch den Impedanzverlauf 2.2 eines FIG. 5 schematically shows the impedance curve 2.2 of FIG
Transformators T beim Einsatz eines Schirmzylinders 6. Durch die verringerte Kapazität sind die Impedanzeinbrüche bei ho- hen Frequenzen, beispielsweise oberhalb von 10 Kilohertz, verringert. Der Impedanzverlauf 2.2 mit Schirmzylinder liegt somit im gesamten spezifizierten Frequenzbereich über den Werten, die durch den Soll-Impedanzverlauf 1 vorgegeben sind. Damit ist sichergestellt, dass die festgelegten Obergrenzen für die abgestrahlte Störleistung durch den Transformator T mit Schirmzylinder 6 eingehalten werden. Transformer T when using a screen cylinder 6. Due to the reduced capacity, the impedance drops at high frequencies, for example, above 10 kilohertz, reduced. The impedance curve 2.2 with umbrella cylinder thus lies in the entire specified frequency range above the values which are predetermined by the desired impedance curve 1. This ensures that the specified upper limits for the radiated interference power are maintained by the transformer T with umbrella cylinder 6.
Obwohl die Erfindung im Detail durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Although the invention is illustrated in further detail by a preferred embodiment and described, the invention is not limited ¬ by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the skilled artisan without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Transformator (T) mit einer Oberspannungsprimärwicklung (4) und einer Unterspannungssekundärwicklung in ei- ner Röhrenwicklungsanordnung sowie einem konzentrisch dazwischen angeordneten Schirmzylinder (6), wobei 1. Transformer (T) having a high-voltage primary winding (4) and a secondary secondary voltage winding in a tube winding assembly and a concentrically arranged between shield cylinder (6), wherein
der Schirmzylinder (6) mindestens eine zur Zylindermantel¬ fläche näherungsweise konzentrische elektrisch leitfähige Schirmungslage (6.3) umfasst und the screen cylinder (6) comprises at least an approximately concentric to the cylinder jacket surface ¬ electrically conductive Schirmungslage (6.3) and
- die Schirmungslage (6.3) mit einem Erdkontakt des Trans¬ formators (T) elektrisch verbunden ist. - The Schirmungslage (6.3) is electrically connected to a ground contact of the Trans ¬ formator (T).
2. Transformator (T) nach Anspruch 1, wobei die Oberspannungsprimärwicklung (4) in radialer Richtung (R) außen liegt und als Lagenwicklung ausgeführt ist. 2. Transformer (T) according to claim 1, wherein the high-voltage primary winding (4) in the radial direction (R) on the outside and is designed as a layer winding.
3. Transformator (T) nach Anspruch 2, wobei 3. Transformer (T) according to claim 2, wherein
- die Unterspannungssekundärwicklung als Traktionssekundärwicklung (3) zur Versorgung einer elektrischen Antriebsmaschine eines Fahrzeugs ausgebildet ist und eine geringere Anzahl an Windungen aufweist als die Oberspannungsprimärwicklung (4) und  - The secondary subvoltage secondary winding is formed as a secondary secondary winding (3) for supplying an electric drive machine of a vehicle and has a smaller number of turns than the high-voltage primary winding (4) and
- diese Traktionssekundärwicklung (3) konzentrisch innerhalb des Schirmzylinders (6) angeordnet ist.  - This traction secondary winding (3) is arranged concentrically within the umbrella cylinder (6).
4. Transformator (T) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schirmzylinder (6) 4. Transformer (T) according to one of the preceding claims, wherein the shield cylinder (6)
- einen in einer radialen Richtung (R) innen liegenden inneren Isolationszylinder (6.1) aus elektrisch iso- lierendem Material und  a inner insulating cylinder (6.1) made of electrically insulating material (6) and lying inside in a radial direction (R)
- einen in radialer Richtung (R) außen liegenden äußeren Isolationszylinder (6.2) aus elektrisch isolierendem Material  - An outer in the radial direction (R) outer insulating cylinder (6.2) made of electrically insulating material
umfasst und wobei die elektrisch leitfähige Schirmungsla- ge (6.3) konzentrisch zwischen dem inneren Isolationszylinder (6.1) und dem äußeren Isolationszylinder (6.2) angeordnet ist . and wherein the electrically conductive shielding layer (6.3) is arranged concentrically between the inner insulation cylinder (6.1) and the outer insulation cylinder (6.2).
5. Transformator (T) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schirmungslage (6.3) 5. Transformer (T) according to one of the preceding claims, wherein the shielding layer (6.3)
- mindestens ein ringförmig um die Zylinderachse ange¬ ordnetes Ringband (6.3.1) aus elektrisch leitfähigem Material, - at least one ring around the cylinder axis is arranged ¬ ring band (6.3.1) of electrically conductive material,
- mindestens ein in axialer Richtung (A) ausgedehntes Längsband (6.3.2) aus elektrisch leitfähigem Material und  - At least one in the axial direction (A) extended longitudinal band (6.3.2) of electrically conductive material and
- eine flexible, schlauchartig um ein Schirmungsge- flecht aus diesen Bändern (6.3.1, 6.3.2) angeordnete - A flexible, tube-like around a Schirmungsge- braided from these bands (6.3.1, 6.3.2) arranged
Umhüllung aus elektrisch leitfähigem Material umfasst, welche miteinander elektrisch verbunden sind. Enclosure of electrically conductive material comprises, which are electrically connected to each other.
6. Transformator (T) nach Anspruch 5, 6. Transformer (T) according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ring¬ band (6.3.1) und/oder das mindestens eine Längsband (6.3.2) aus Kupfer gefertigt sind. characterized in that the at least one ring ¬ band (6.3.1) and / or the at least one longitudinal band (6.3.2) are made of copper.
7. Transformator (T) nach Anspruch 5 oder 6, 7. Transformer (T) according to claim 5 or 6,
gekennzeichnet durch wenigstens eine zwischen dem innerencharacterized by at least one between the inner
Isolationszylinder (6.1) und dem Schirmungsgeflecht angeord¬ nete erste Lage Isolationspapier. Isolation cylinder (6.1) and the shielding braid angeord ¬ designated first layer insulation paper.
8. Transformator (T) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch wenigstens eine zwischen dem äußeren8. Transformer (T) according to one of claims 5 to 7, characterized by at least one between the outer
Isolationszylinder (6.2) und der Umhüllung des Schirmungsgeflechts aus den Bändern (6.3.1, 6.3.2) angeordnete zweite La¬ ge Isolationspapier. Isolation cylinder (6.2) and the sheathing of Schirmungsgeflechts from the tapes (6.3.1, 6.3.2) arranged second La ¬ ge insulation paper.
9. Transformator (T) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung des Schirmungsge¬ flechts aus den Bändern (6.3.1, 6.3.2) als elektrisch leitfä¬ higes Leitpapier oder als ein Kupfergewebe ausgebildet ist. 9. Transformer (T) according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the sheathing of the Schirmungsge ¬ braid from the tapes (6.3.1, 6.3.2) is designed as electrically leitfä ¬ higes guide paper or as a copper mesh.
10. Transformator (T) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine zwischen dem Schirmzy¬ linder (6) und mindestens einer der Wicklungen (3, 4) angeordnete Wärmeleitvorrichtung. 10. Transformer (T) according to one of the preceding claims, characterized by at least one is arranged between the Schirmzy ¬ relieving (6) and at least one of the windings (3, 4) heat conducting.
11. Transformator (T) nach Anspruch 10, 11. Transformer (T) according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wärmeleitvor¬ richtung wenigstens einen Ölkanal zum Transport von Transfor- matorenöl aufweist. characterized in that at least one Wärmeleitvor ¬ direction has at least one oil passage for the transport of transformer oil.
12. Verfahren zur Herstellung eines Transformators (T) , wobei12. A method for producing a transformer (T), wherein
- um eine Traktionssekundärwicklung (3) ein erster Ölkanal angeordnet wird, a first oil channel is arranged around a traction secondary winding (3),
- um den ersten Ölkanal ein innerer Isolationszylinder (6.1) angeordnet wird,  - An inner insulating cylinder (6.1) is arranged around the first oil channel,
- auf den inneren Isolationszylinder (6.1) wenigstens eine erste Lage Isolationspapier gewickelt wird, - On the inner insulation cylinder (6.1) at least a first layer insulation paper is wound,
- Ringbänder (6.3.1) in festgelegten Abständen zueinander um die wenigstens eine erste Lage Isolationspa¬ pier angeordnet werden, - annular bands (6.3.1) at fixed distances from one another to a first position Isolationspa ¬ pier be placed at least
die Ringbänder (6.3.1) durch mindestens ein Längs band (6.3.2) elektrisch leitfähig miteinander zu nem Schirmungsgeflecht verbunden werden,  the annular bands (6.3.1) are electrically conductively connected to one another by at least one longitudinal band (6.3.2) to form a shielding braid,
- um dieses Schirmungsgeflecht eine Umhüllung aus fle¬ xiblem elektrisch leitfähigem Material gewickelt wird, - around this braided screen sheath of a fle ¬ xiblem electrically conductive material is wound,
- um die Umhüllung wenigstens eine zweite Lage Isolati¬ onspapier gewickelt wird, - the casing a second layer is wound at least isolati ¬ onspapier,
- ein äußerer Isolationszylinder (6.2) um die wenigstens eine zweite Lage Isolationspapier herum angeord¬ net wird, - an outer insulating cylinder (6.2) to the at least one second layer of insulating paper is around angeord ¬ net,
- um den äußeren Isolationszylinder (6.2) ein zweiter Ölkanal angeordnet wird,  a second oil channel is arranged around the outer insulation cylinder (6.2),
- eine Oberspannungsprimärwicklung (4) auf den zweiten Ölkanal in einer Lagenwicklungsanordnung gewickelt wird und  - A high-voltage primary winding (4) is wound on the second oil passage in a sheet winding assembly, and
- die Bänder (6.3.1, 6.3.2) mit einem Erdkontakt des Transformators (T) elektrisch verbunden werden.  - The bands (6.3.1, 6.3.2) are electrically connected to a ground contact of the transformer (T).
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