DD142106A1

DD142106A1 - single-phase transformer

Info

Publication number: DD142106A1
Application number: DD21113779A
Authority: DD
Inventors: Horst Gerlach; Herbert Schida
Original assignee: Horst Gerlach; Herbert Schida
Priority date: 1979-02-20
Filing date: 1979-02-20
Publication date: 1980-06-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung von Transformatoren. Die Erfindung folgt dem Ziel, mit einem Transformator mit einer hochstromtragfähigen Wicklung, der eine Funktionsintegration von Transformator und Energieübertragungsleitung bildet, Elektroenergie über eine definierte Entfernung zu übertragen und dabei hohe Nennströme zu realisieren. Mit der Erfindung v/ird die Aufgabe, einen Transformator obengenannter Art mit einem einfachen Kernaufbau sowie einer Kernanordnung zu entwickeln, der eine direkte Abgabe der als Wärmeäquivalent im Kern auftretenden Verluste unter Vermeidung einer thermischen Belastung der Wicklungen, insbesondere der Hochstromwicklung eines elektrisch hochbelastbaren vorwiegend als kryogene oder supraleitende Wicklung ausgebildeten Hochstromleiters, dadurch ermöglicht, daß zwei . achsparallel und symmetrisch zur Transforraatorlängsachse angeordnete Wicklungen vorgesehen sind, die von einem einen Schenkel aus ferromagnetischem Material bestehenden vorwiegend aus Scheiben oder konzentrischen Ringen aufgebauten Körper, in dem ein Magnetfluß mit geschlossenen Feldlinien auftritt, umschlossen sind. - Fig.1 -The invention relates to the field of production of Transformers. The invention follows the goal, with a transformer with a high-current carrying winding that provides functional integration of transformer and power transmission line forms, electric power to transmit over a defined distance and thereby high rated currents to realize. With the invention v / ird the task, a transformer above type with a simple core structure and a core arrangement to develop a direct release of as a heat equivalent core losses while avoiding thermal stress the windings, in particular the high-current winding of a electrically heavy duty mainly as cryogenic or superconducting Winding trained high-current conductor, thereby allowing two. axially parallel and arranged symmetrically to the Transforraatorlängsachse Windings are provided by a ferromagnetic one leg Material consisting mainly of discs or concentric Wrestling body in which a magnetic flux with closed Field lines occurs, are enclosed. - Fig.1 -

Description

2t 1 137 -ι-2t 1 137 -ι-

Titel der Erfindung: Title of invention:

B inphasentransf ormat orB in-phase transfer ormat or

/ Anwendungsgebiet der Erfindung;/ A nwend u ngsgebiet of the invention;

Die Erfindung wird im Bereich der Energieversorgung und vorwiegend direkt am Ort der Energieverbraucher oder Energieerzeuger wirksam, wo das Problem der Energieübertragung mit dem der Spannungsubersetzung "bzw. Spannungsuntersetsung mit einfachen technischen Mitteln gelöst werden muß·The invention is effective in the field of energy supply and predominantly directly at the place of energy consumers or energy producers, where the problem of energy transfer with the voltage Translation "or Spannungsunteretsung must be solved with simple technical means ·

Charakteristik der "bekannten technischen Lösungen: Characteristic of the "known technical solutions:

Es sind Transformatoren mit hochstromtragfähigen Wicklungen, z.B. supraleitenden oder normalleitenden Wicklungen "bei tiefen Temperaturen, die auf Grund der hohen Stromdichte zu geringen radialen Abmessungen der die Wicklung tragenden Spulen führen, bekannt. Zur Realisie-They are transformers with high current carrying windings, e.g. superconducting or normally conducting windings "at low temperatures, which due to the high current density lead to small radial dimensions of the coils carrying the winding.

rüng großer Leistungen und zur Einhaltung von durch das Regellichtprofil der Schienentransportv/ege vorgegebenen Bauabmessungen wurde "bereits ein Transformator mit einer großen axialen Ausdehnung, die einer Länge einer Energieübertragungsleitung entspricht und eine Kabelform aufweist, vorgeschlagen. Dieser Transformator j der eine ]? unkt ionsintegrat ion zwischen Transformator und Energieübertragung sleitung darstellt, "besteht im Prinzip aus drei gleichartig ausgestatteten Wicklungsblochen, die achsparallel und jevJeils im gleichen Abstand symmetrisch zu einer Längsachse des Transformators oder in einer Ebene innerhalb einer wärmeisolierendeη Ummantelung angeordnet sindo Jeder Wicklungsblock verfügt über eine axiale Baulänge, die der einer entfernung.süberbrückenden Energieübertragungsleitung entspricht, und besteht aus mindestens je einer auf einem Schenkel aufgebrachten Oberspannungswicklungj wobei die Ausleitungen beider Wicklungen an entgegengesetzten Enden des entsprechenden Wicklungsblokkes liegen. Die Ober- und die Unterspannungswicklungen umschließen den jeweiligen Schenkel wendelförmig entweder gleichsinnig oder gegenläufig. Die Schenkel, die einen Drehstromkern bilden, bestehen aus einzelnen Stäben, Blechstreifen oder Kerndrähten und sind innerhalb des Transformators durch das Joch bildende Magnetleiter un- ' tereinander verbundene Durch den prinzipiellen Aufbau, die Anordnung der Wicklungen auf den Schenkeln des Transformators, wird die axiale Baulänge desselben im wesentlichen aus technologischen, d»h₀ fertigungstechnischen Gründen begrenzt. Die gesamte Masse des jeweiligen Schenkels wird durch die Wicklungen im vorwiegend liegend angeordneten Einsatz, bzw. die Wicklungen auf das den Transformator umschließende isolierte Gefäß übertragen. Besonders nachteilig wirkt sich dabei der erforderliche Einbau von vielen Stützelementen zur Herstellung desIn order to comply with the structural dimensions dictated by the rail transport standard, a transformer with a large axial extent, corresponding to a length of a power transmission line and having a cable shape, has already been proposed, this transformer having a nonuniform integration between the transformer and the energy transmission, "consists in principle of three identically equipped winding patches, which are arranged parallel to the axis and at the same distance symmetrically to a longitudinal axis of the transformer or in a plane within a heat-insulating jacket. Each winding block has an axial length corresponding to that of FIG a bridging power transmission line, and consists of at least one high voltage winding applied to each leg, the outlets of both windings being at opposite ends of the en tsprechenden Wicklungsblokkes lie. The upper and the lower voltage windings surround the respective leg helically either in the same direction or in opposite directions. The legs, which form a three-phase core, consist of individual bars, sheet metal strips or core wires and are interconnected within the transformer by the yoke forming magnetic conductor by the basic structure, the arrangement of the windings on the legs of the transformer, the axial length limited thereof essentially of technological, d »h ₀ for manufacturing reasons. The entire mass of the respective leg is transmitted through the windings in the predominantly lying use, or the windings on the insulated vessel surrounding the transformer. Particularly disadvantageous thereby affects the required installation of many support elements for the production of

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Kernes in dem genannten Transformator aus, wenn dieser hochstrorotragfähige Wicklungen aufweist. Diese Stützelement e wirken dann als Wärmebrücken, -wenn die Wicklungen in supraleitender oder in tiefgekühlt normalleitender Anordnung vorliegen.Kernes in said transformer from, if this hochstrorotragfähige windings has. These support elements e then act as thermal bridges -when the windings are in superconducting or in deep-frozen normal-conducting arrangement.

Ziel der Erfindung: Aim of the invention :

Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit einem Transformator, der eine Funktionsintegration von Transformator und entfernungsüberbrückende Energieübertragungsleitung bildet und mit hochstromtragfähigen Wicklungen versehen ist, Elektroenergie über eine definierte Entfernung zu übertragen und dabei hohe Ströme zu realisieren sowie diesen mit einem geringen technologischen Aufwand und geringen Kosten herzustellen»The object of the invention is to use a transformer, which forms a functional integration of transformer and distance-bridging power transmission line and is provided with high current carrying windings to transmit electrical energy over a defined distance and thereby to realize high currents and this with a low technological cost and low cost establish "

Darstellung des Wesens der Erfindung:Presentation of the essence of the invention :

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator 'in Funktionsintegration mit einer entfernungsüberbrückenden Energieübertragungsleitung bei gleichzeitiger Umwandlung von Elektroenergie mit einer beliebigen Spannungsübersetzung und mit einem einfachen Kernaufbau sowie einer Kernanordnung zu entwickeln, die eine' direkte Abgabe der als Wärmeäquivalent im Kern auftretenden Verluste an die Umgebungsluft unter Vermeidung einer hiervon ausgehenden thermischen Belastung der Wicklungen, insbesondere eines elektrisch hochbelastbaren, vorwiegend als kryogene oder supraleitende Wicklung ausgebildeten HochStromleiters ermöglicht.The invention has for its object to develop a transformer 'in functional integration with a distance-bridging energy transmission line with simultaneous conversion of electrical energy with any voltage translation and with a simple core structure and a core arrangement, the' direct release of the heat equivalent occurring in the core losses of the Ambient air while avoiding this emanating thermal load on the windings, in particular an electrically heavy-duty, designed primarily as a cryogenic or superconducting winding high-voltage conductor allows.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß ein Einphasentransformator mit einer großen axialen Ausdehnung mitThis object has been achieved in that a single-phase transformer having a large axial extent with

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einer hochstromtragfähigen Wicklung für eine "bei tiefen Temperaturen normalleitende oder supraleitende Anordnung vorwiegend für den Einsatz in Drehstromtransformatoren mit Sternpunkt schaltung entwickelt wurde, "bei dem erfindungsgemäß mindestens zwei achsparallel und symmetrisch zur Langsachse des Einphasentransformator liegende, galvanisch voreinander getrennte Wicklungen vorgesehen und von einem konzentrisch zur Längsachse des entsprechenden Sinphasentransformators angeordneten oder mehreren, auf der Längsachse hintereinander liegend angebrachten, einen Kern "bzw, je einen Schenkel eines Kernes "bildenden, aus ferromagnetischem Material "bestehenden, die Ausbildung eines Magnetflusses mit geschlossenen Feldlinien zulassenden vorzugsweise ringförmigen Körper "bzw· Körpern umschlossen sind*a high-current carrying winding for a "normal temperature or superconducting arrangement at low temperatures was primarily designed for use in three-phase transformers with star point," according to the invention provided at least two axially parallel and symmetrical to the longitudinal axis of the single-phase transformer, galvanically separated windings and concentric to a Arranged longitudinal axis of the corresponding sine phase transformer or more, on the longitudinal axis successively mounted, a core "or, one leg of a core" forming, consisting of ferromagnetic material ", the formation of a magnetic flux with closed field lines permitting preferably annular body" enclosed bodies are*

Der die Wicklungen umschließende Körper "bzw» die Körper sind aus mehreren koaxial zueinander angeordneten ringförmig ausgebildeten Schenkerblechen zusammengesetzt, wobei jeweils der nächstgrößere Schenkelblechring auf dem nachstkleineren aufliegt. Nach einer anderen Ausführung bestehen die die Wicklung umschließenden Körper aus aneinandergereihten kreisringförmigen Scheiben. Sofern ein Übersetzungsverhältnis größer als 1 realisierbar wird, sind für eine Wicklung, z.B» die Primärwicklung, Rück- · leiter vorgesehen, die außerhalb des aus Schenkelblech bestehenden und die Wicklungen umschließenden Körpers angeordnet sind.The body enclosing the windings or the bodies are composed of a plurality of ring-shaped slip plates arranged coaxially with each other, with the next larger leg ring resting on the next smaller part According to another embodiment, the bodies enclosing the winding consist of annular disks arranged next to one another is realizable as 1, are provided for a winding, for example, »the primary winding, return conductor, which are arranged outside the existing of leg plate and the windings enclosing body.

211 ι:211:

Ausführung sbe i spiel; Execution of the game ;

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungs-"beispiel naher erläutert werden. in der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment in which:

Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau eines aus drei einzelm erfindungsgeroäß ausgebildeten Einphasentransformatoren "bestehenden Dreh strömt ransf orinators in SternschaltungFig. 1 shows a basic structure of a three einzelm erfindungsgeroäß trained single-phase transformers "existing rotary flows ransf orinators in star connection

Fig. 2 einen schenatisehen Aufbau einesFig. 2 is a schenatisehen structure of a

erfindungsgemäß ausgebildeten EinphasentransformatorsAccording to the invention designed single-phase transformer

3 einen Schnitt durch einen Drehstromtransformator, der mit drei gleichartig ausgebildeten Einphasentransformatoren nach IPig. 1 ausgerüstet ist und ein Übersetzungsverhältnis von größer 1 aufweist.3 shows a section through a three-phase transformer, which is equipped with three identically designed single-phase transformers according to IPig. 1 is equipped and has a transmission ratio of greater than 1.

Zur übertragung von Elektroenergie über eine bestimmte Entfernung bei gleichzeitiger Umwandlung einer Spannung und Realisierung großer ITenngtröme dient ein im Prinzip dargestellter Drehströmtransformator mit Sternpunktschaltung, der aus drei gleichartig und erfindungsgemäß aufgebauten Einphasentransformatoreη 1;2j3 besteht. In jedem dieser Einphasentransformatoren 1j2;3 ist die erfindungsgemäße Anordnung von eine Primärwicklung 4 und eine Sekundärwicklung 5 gemeinsam umschließenden Schenkelblechen 6 aus Kernmaterial hoher Permeabilität verwirklicht. Die Primärwicklung 4 und die Sekundärwick-For the transmission of electrical energy over a certain distance with simultaneous conversion of a voltage and realization of large ITenngtröme serves a Drehströmtransformator shown in principle with star point circuit, which consists of three identically and inventively constructed Einphasentransformorenη 1, 2j3. In each of these single-phase transformers 1j2; 3, the arrangement according to the invention of a primary winding 4 and a secondary winding 5 jointly enclosing leg plates 6 made of core material of high permeability is realized. The primary winding 4 and the secondary winding

lung 5 liegen achsparallel zur Längsachse 7 cles Einphasentransformators Ί;2;3 und sind zu dieser symmetrisch angeordnet, wobei die Ausleitungen 8;9 derselben für die Primärwicklung 4 und für die Sekundärwicklung 5 an entgegengesetzten Enden der einzelnen Einphasentransformatoren 1;2;3 zu Sternpunkten 10;11 zusammengeführt und die freien Ausleitungen 8;9 für den Anschluß an das E-Hetζ vorgesehen sind* Die die Primärwicklung 4 und die Sekundärwicklung 5 umschließenden Schenkelbleche 6 sind entweder als Scheiben 12 ausgebildet, die eine innere Ausnehmung aufweisen, oder bestehen aus konzentrischen Ringen 13·· Letztere Ausbildungsvariante zeichnet sich dadurch aus, daß diese Ringe aus dünnem Material bestehen und nur eine geringe axiale Ausdehnung besitzen, -'s? ob ei mehrere Ringe unterschiedlicher Durchmesser lagenweise gestaffelt angeordnet sind, damit eine radiale Ausdehnung entsteht. Die einzelen Lagen in dieser Anordnung sind elektrisch gegeneinander isoliert. Die so ausgebildeten Segmente 14 aus Kernblech bilden in axialer Richtung einzelne Ringanordnungen. Sofern ein übersetzungsverhältnis von größer 1 realisiert werden soll, erhält die Primärwicklung 4 eine außerhalb der Kernbleche 6 liegende Rückleitung 15· Die Wahl des übersetzungsverhältnisses-bestimmt die Anzahl der Rückleitungen 15« Jeder Einphasentransformator 1;2?3 ist mit einem äußeren Mantel 16 gegen mechanische Beschädigungen geschützt»The outlets 8, 9 thereof are parallel to the longitudinal axis 7 of the single-phase transformer Ί; 2, 3 and are symmetrical with respect to the primary winding 4 and the secondary winding 5 at opposite ends of the individual single-phase transformers 1, 2, 3 10; 11 are brought together and the free outlets 8, 9 are provided for connection to the E-Hetζ * The primary winding 4 and the secondary winding 5 enclosing leg plates 6 are either formed as discs 12 having an inner recess, or consist of concentric Rings 13 ·· The latter training variant is characterized by the fact that these rings are made of thin material and have only a small axial extent, -'s? whether a plurality of rings of different diameters are arranged staggered in layers, so that a radial expansion arises. The individual layers in this arrangement are electrically isolated from each other. The thus formed segments 14 of core sheet form individual ring arrangements in the axial direction. If a gear ratio of greater than 1 is to be realized, the primary winding 4 receives a return line lying outside the core plates 6 · The choice of the gear ratio-determines the number of return lines 15 "Each single-phase transformer 1; Damage protected »

Sofern die Wicklungen 4?5 "bei tiefen Temperaturen normalleitend oder supraleitend ausgeführt werden, sind die Primärwicklung 4 und die Sekundärwicklung 5 innerhalb eines nicht dargestellten Kryostaten angeordnet, der aus Kunststoff besteht und von kryogenen Flüssigkeiten beaufschlagt ist.If the windings 4 "5" are designed to be normally conducting or superconducting at low temperatures, the primary winding 4 and the secondary winding 5 are arranged inside a cryostat, not shown, which consists of plastic and is acted upon by cryogenic liquids.

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die erfindungsgemäße Anordnung der SchenkeIbIeehe 6 schafft sehr gute Kühlbedingungen. Die Anordnung des Schenkelbleches 6 bewirkt, daß die Wicklungen 4;5 nicht noch zusätzlich thermisch belastet v/erden, und gleichzeitig verhindert das Schenkelblech in der Ausführung als Ringe 13 oder Scheiben 12, eine Belastung des Kryostat en bzw. der Wicklungen 4;5. Diese wirken bei einer Anordnung im Bereich tiefer Temperaturen oder als kryogene Wicklungen als Strahlungsschild gegenüber der Umgebung. Weiterhin bestehen die Vorteile in einer einfachen Herstellung und Montage jedes Einphasentransformators.The inventive arrangement of SchenkeIbIeehe 6 creates very good cooling conditions. The arrangement of the leg plate 6 causes the windings 4, 5 not additionally thermally loaded v / earth, and at the same time prevents the leg plate in the form of rings 13 or discs 12, a load of the Kryostat s or the windings 4; These act in an arrangement in the range of low temperatures or as a cryogenic windings as a radiation shield to the environment. Furthermore, the advantages are a simple manufacture and assembly of each single-phase transformer.

Claims

2111 claim for invention;

1 «Single-phase transformer with a large axial extent and with a hochstroiatragfähigen winding for norinalleitende at superconducting or superconducting arrangement mainly for use in three-phase transformers with star point circuits, characterized in that at least two axially parallel and symmetrical to the longitudinal axis (7) of the sine-phase transformer (1j2j3 ), galvanically separated windings (4-5) provided and arranged by a concentric to the longitudinal axis (7) of the corresponding single-phase transformer (1, 2, 3) or more, on the longitudinal axis (7) one behind the other, a core "or * each one limb of a core of the single-phase transformer (1; 2j3) ", consisting of ferromagnetiscliem material, the formation of a Hagnetflusses with closed-field lines permitting preferably annular body or

Surrounded by bodies "

2p single-phase transformer according to item 1, characterized in that the body enclosing the windings or the bodies are composed of a plurality of coaxially arranged annularly shaped leg plates, wherein in each case the next larger leg plate ring (13) rests on the next smallest.

3. Single-phase transformer according to item 1, characterized in that the body enclosing the windings or the body of juxtaposed annular 'discs (12) consist.

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4. Single-phase transformer according to item 1, characterized in that the body enclosing the windings consists of a wound sheet-metal strip in the form of a disk coil.

5 «single-phase transformer according to item 1, characterized in that at a transmission ratio greater than 1, the Rücklei'ter 15 of the primary winding 4 are arranged outside of the Sche & elblechen 6 and the windings' 4, 5 enclosing body.

Single-phase transformer according to items 1 to 4, characterized in that the windings 4-5 are constructed of flexible or rigid wire cable conductors.

For this 2 sheets drawing