ES2598156T3

ES2598156T3 - Núcleos de transformador híbrido

Info

Publication number: ES2598156T3
Application number: ES13726764.7T
Authority: ES
Inventors: Thomas Fogelberg
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: WO2014009054A1; EP2873078B1; PL2873078T3; EP2685477A1; CN104471654B; US20150213943A1; CN104471654A; EP2873078A1; US10541077B2

Abstract

Un núcleo (1) de transformador híbrido que comprende: una primera culata (2a) de acero amorfo y una segunda culata (2b) de acero amorfo; y al menos dos columnas (3a, 3b) de acero de grano orientado que se extienden entre la primera culata y la segunda culata; en que una primera extremidad (4a, 4b) de cada uno de al menos las dos columnas está acoplada a una primera superficie (5a) de la primera culata en un primer plano (7a) de conexión y en que la segunda extremidad (6a, 6b) de cada una de al menos las dos columnas está acoplada a una segunda superficie (5b) de la segunda culata en un segundo plano (7b) de conexión, en que la primera superficie en todas direcciones a lo largo del primer plano de conexión se extiende más allá de la primera extremidad de al menos las dos columnas, y en que la segunda superficie en todas direcciones a lo largo del segundo plano de conexión se extiende más allá de la segunda extremidad de cada una de al menos las dos columnas.

Description

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DESCRIPCION

Nucleos de transformador hforido CAMPO TECNICO

La presente descripcion se refiere a nucleos de transformadores hforidos, especialmente a tales nucleos de transformadores hforidos que combinan culatas de acero amorfo con columnas de acero de grano orientado.

ANTECEDENTES

A lo largo de las pasadas decadas, las comunidades de todo el mundo han hecho esfuerzos concertados para reducir el riesgo del calentamiento global. Desgraciadamente, no hay una solucion unica para el problema. As^ durante las decadas venideras la eficiencia energetica sera un factor cntico para reducir las emisiones de carbono y luchar contra el calentamiento global. la industria de generacion de energfa y las industrias de transmision y distribucion (T y D) contribuyen a una gran parte de las perdidas de energfa en la sociedad. Las perdidas en los sistemas de T y D solas son en total el 10% de una media global de la energfa de T y D transferida.

Existe asf una necesidad de inversiones en el uso eficiente de la energfa, en la eficiencia energetica de infraestructuras de energfa electrica y en recursos renovables. El desarrollo de un sistema eficiente para utilizar la electricidad puede permitir un uso a mayor escala de energfa primaria en forma de electricidad comparado con la situacion actual.

Contribuyendo al menos a una tercera parte de las perdidas de T y D totales, los transformadores y las reactancias de derivacion son corrientemente los componentes mas caros en el sistema de potencia y por tanto el diseno eficiente de estos dispositivos de potencia podna reducir las perdidas de T y D.

Ademas, la Comision Europea (EC) ha establecido una serie de objetivos que demandan que se satisfagan objetivos climaticos y energeticos para el 2020, conocidos como los objetivos "20-20-20". En lmea con los objetivos "20/20/20" la Comision Europea (EC) y organizaciones que elaboran las normas de transformadores estan actualmente trabajando en desarrollar directivas para reducir las perdidas en transformadores.

Un modo de reducir las perdidas en transformadores es no solo comprar transformadores con perdidas mmimas como se ha definido por las Normas, por ejemplo la EN 50464-1 sino tambien aplicar valores de evaluacion de perdida en el proceso de adquisicion.

Los metodos cientfficos disponibles para reducir las perdidas en los transformadores por debajo del nivel actual son escasos. Sin embargo, un metodo para transformadores de distribucion es utilizar acero amorfo como el material del nucleo. Con esta tecnologfa amorfa puede ser posible reducir las perdidas sin carga hasta en un 70%. Tambien disminuyendo la densidad de corriente y/o la densidad de flujo por debajo del lnmite necesario para un transformador fiable, puede conseguirse con mas material un amplio rango de disenos de transformador con menores perdidas.

El documento US 4.668.931 describe un nucleo de transformador que tiene una o mas patas de arrollamiento construidas a partir de una pluralidad de laminas de acero al silicio y un par de culatas construidas a partir de una pluralidad de laminas de acero amorfo. Las culatas y las patas son unidas en serie por juntas de laminacion de acero al silicio-acero amorfo para crear un circuito magnetico en bucle y asf proporcionar un nucleo de transformador que tiene caractensticas de perdida en el nucleo mejoradas significativamente en comparacion con un nucleo de transformador de potencia formado exclusivamente de laminas de acero al silicio.

El documento DE 39 18 187 A1 se refiere a un nucleo de hierro para aparatos electromagneticos tales como transformadores, inductancias, estabilizadores de tension magneticos y aparatos similares, que tienen al menos dos culatas que son enrolladas a partir de material de tiras magneticas dulces y estan a una distancia una de otra y que acomodan entre ellas al menos tres columnas laminadas cuyas superficies de extremidad, que son utilizadas como puntos de tope, descansan contra puntos de tope de acoplamiento sobre las culatas.

Sin embargo existe aun una necesidad para un diseno de transformador mejorado.

RESUMEN

En vista de lo anterior, un objeto general de la presente descripcion es proporcionar un diseno de transformador mejorado que de como resultado bajas perdidas. Se han identificado un numero de factores diferentes que pueden reducir diferentes tipos de perdidas.

Un objeto particular de la presente descripcion es proporcionar un nucleo de transformador hfbrido perfeccionado que combina culatas de acero amorfo con columnas de acero de grano orientado.

Por tanto, de acuerdo con un primer aspecto de la presente descripcion se ha proporcionado un nucleo de transformador hfbrido. El nucleo de transformador hfbrido comprende ademas al menos una primera culata de acero amorfo y una segunda culata de acero amorfo. El nucleo de transformador hfbrido comprende al menos dos columnas de acero de

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grano orientado que se extienden entre la primera culata y la segunda culata. La primera extremidad de cada uno de al menos las dos columnas esta acoplada a una primera cara de la primera culata en un primer plano de conexion y en que la segunda extremidad de cada una de al menos las dos columnas esta acoplada a una segunda superfine de la segunda culata en un segundo plano de conexion. La primera superficie en todas direcciones a lo largo del primer plano de conexion se extiende mas alla de la primera extremidad de al menos las dos columnas. La segunda superficie en todas direcciones a lo largo del segundo plano de conexion se extiende mas alla de la segunda extremidad de cada una de al menos las dos columnas.

Ventajosamente el nucleo del transformador hforido proporciona mejoras para el acero refinado de dominio permitiendo chapas de acero mas delgadas que las actualmente utilizadas. La combinacion de materiales de nucleo isotropicos amorfos con acero refinado de dominio muy anisotropico en transformadores es eficiente energeticamente.

Ventajosamente el nucleo de transformador hforido descrito proporciona un control avanzado del flujo del nucleo por las uniones del nucleo previstas. La anisotropfa del material del nucleo asf como las dimensiones del nucleo tienen un gran potencial para reducir las perdidas del nucleo.

Ventajosamente el nucleo del transformador hforido descrito proporciona metodos de control de flujo de fuga para reducir perdidas en los arrollamientos, depositos y otros materiales de soporte magneticos estructurales.

De acuerdo con las realizaciones las culatas tienen una altura de aproximadamente 1,3 veces el diametro de las columnas. Asf cada una de al menos las dos columnas tiene un diametro, en el que en la primera culata puede extenderse perpendicularmente desde el primer plano de conexion 1,1 -1,5 veces, preferiblemente 1,2 -1,4 veces, mas preferiblemente 1,3 veces dicho diametro, y en el que la segunda culata se extiende perpendicularmente desde el segundo plano de conexion 1,1 -1,5 veces, preferiblemente 1,2 -1,4 veces, mas preferiblemente 1,3 veces dicho diametro.

De acuerdo con un segundo aspecto se ha proporcionado una reactancia que comprende al menos un nucleo de transformador hfbrido de acuerdo con el primer aspecto.

De acuerdo con un tercer aspecto se ha proporcionado un metodo de fabricacion de un nucleo de transformador hfbrido, preferiblemente el nucleo de transformador hfbrido de acuerdo con el primer aspecto. El metodo comprende construir culatas como vigas a partir de bandas de acero amorfo: ensamblar un nucleo de transformador hfbrido utilizando las vigas construidas: e instalar, probar, y/o hacer funcionar el nucleo del transformador hfbrido ensamblado.

Construir culatas como vigas a partir de bandas de acero amorfo puede comprender cortar las bandas a placas de acero amorfo: apilar las placas cortadas: encolar las placas durante el apilamiento: y/o ensamblar dos o mas vigas individuales formando de ese modo una viga compuesta. Estas operaciones de fabricacion pueden ser tambien utilizadas para construir columnas de grano orientado como vigas a placas con acero de nucleo anisotropico mas delgado de lo que hay comercialmente hoy dfa para reducir adicionalmente las perdidas del nucleo hfbrido. Las culatas pueden ser tambien construidas como bobinas, anillos, elipsoides, etc.

Ensamblar un nucleo de transformador hfbrido puede comprender colocar la segunda culata de acuerdo con una configuracion preferida: fijar las columnas a la segunda culata, acoplando por tanto las columnas a la segunda culata: colocar ventanas sobre al menos una de las columnas: fijar la primera culata a las columnas, acoplando por ello la primera culata a las columnas: montar medios de conexion a los arrollamientos: y/o colocar el nucleo del transformador hfbrido en una caja y sujetar al menos una de la primera culata y de la segunda culata a la caja por medios de sujecion.

Generalmente, todos los terminos utilizados en las reivindicaciones han de ser interpretados de acuerdo con su significado ordinario en el campo tecnico, a menos que se hayan definido explfcitamente de otro modo en este documento. Todas las referencias a "un/uno/el elemento, aparato, componente, medio, operacion, etc." han de ser interpretadas abiertamente como refiriendose al menos a un ejemplo del elemento, aparato, componente, medio, operacion, etc., a menos que se haya establecido explfcitamente de otra manera. Las operaciones de cualquier metodo descrito en este documento no han de ser realizadas en el orden exacto descrito, a menos que se haya establecido explfcitamente.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

La invencion es descrita a continuacion, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

Las figs. 1 -10 ilustran nucleos de transformador de acuerdo con las realizaciones: y

La fig. 11 es un diagrama de flujo para un metodo de fabricacion de un nucleo de transformador como se ha ilustrado en cualquiera de las figs. 1 -10.

DESCRIPCION DETALLADA

La invencion sera descrita a continuacion mas completamente en lo que sigue con referencia a los dibujos adjuntos, en

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los que se han mostrado ciertas realizaciones de la invencion. Esta invencion puede, sin embargo, ser realizada muchas formas diferentes y no deberfa considerarse como limitada a las realizaciones descritas en este documento; en vez de ello, estas realizaciones son proporcionadas a modo de ejemplo de manera que esta descripcion sera total y completa, y transportara completamente el marco de la invencion a los expertos en la tecnica. Numeros similares se refieren a elementos similares a lo largo de toda la descripcion.

La figura 1 es una vista en perspectiva de un nucleo 1 de transformador hforido de acuerdo con una realizacion preferida. Las partes verticales (alrededor de las cuales son enrollados los arrollamientos) del nucleo del transformador son comunmente denominadas como columnas o patas 3a, 3b y las partes superior e inferior del nucleo del transformador son comunmente denominadas como culatas 2a, 2b. Como en la fig. 1 los transformadores del tipo de nucleo monofasicos pueden tener dos nucleos con columnas. Sin embargo, son posibles tambien otras configuraciones.

En terminos generales, los transformadores son comunmente utilizados para transferir energfa electrica desde un circuito a otro a traves de conductores acoplados inductivamente. Los conductores acoplados inductivamente estan definidos por las bobinas del transformador. Una corriente variable en el primer arrollamiento o arrollamiento primario crea un flujo magnetico variable en el nucleo del transformador y asf un campo magnetico variable a traves del arrollamiento secundario.

Algunos transformadores, tales como transformadores para utilizar en frecuencias de potencia o audio, tienen tfpicamente nucleos hechos de acero al silicio de elevada permeabilidad. El acero tiene una permeabilidad muchas veces mayor que la del espacio libre y el nucleo sirve asf para reducir en gran medida la corriente magnetizadora y confinar el flujo a un trayecto que se acopla estrechamente a los arrollamientos.

Un diseno comun de un nucleo laminado esta hecho a partir de apilamientos entrelazados de chapas de acero en forma de E tapadas con piezas en forma de I. Los transformadores con tales nucleos son comunmente denominados como transformadores E-I. Los transformadores E-I tienden a exhibir mas perdidas que los transformadores tradicionales. Por otro lado, los transformadores E-I son economicos de fabricar.

En los nucleos de transformador hfbrido comunes las culatas estan hechas de acero amorfo mientras que las columnas estan hechas de acero de nucleo de grano orientado. Comunmente, el nucleo magnetico esta compuesto de un apilamiento de laminas de acero al silicio delgadas. Para transformadores de 50 Hz las laminas son tfpicamente del orden de aproximadamente 0,23 - 0,35 mm de grueso. En esta descripcion sena posible ademas hacer el acero de grano orientado mas delgado. Con el fin de reducir las perdidas por corriente de Eddy, las laminas deben ser aisladas unas de otras, por ejemplo por delgadas capas de barniz. Con el fin de reducir las perdidas del nucleo, los transformadores pueden tener un nucleo magnetico hecho de chapa de acero de grano orientado laminada en frio. Este material, cuando es magnetizado en la direccion de laminacion, tiene bajas perdidas de nucleo y elevada permeabilidad.

Las realizaciones descritas se refieren a nucleos de transformador hforido, especialmente a nucleos de transformador hfbrido tales que combinan culatas de acero amorfo y columnas de acero de grano orientado.

El nucleo del transformador hfbrido de la fig. 1 sera descrito a continuacion con mas detalle. El nucleo 1 del transformador hfbrido comprende una primera culata 2a y una segunda culata 2b. La primera culata 2a y la segunda culata 2b estan compuestas de acero amorfo. Preferiblemente hay la misma isotropfa en todas direcciones de las culatas 2a, 2b. Asf el acero amorfo de la primera culata 2a y de la segunda culata 2b tiene preferiblemente la misma isotropfa en todas direcciones.

La primera culata 2a puede ser considerada como una culata superior y la segunda culata 2b puede ser considerada como una culata inferior. La primera culata 2a y la segunda culata 2b pueden ser consideradas tfpicamente como vigas. Las vigas pueden tener una de varias formas de diferentes. La forma puede estar definida generalmente por la seccion transversal de las vigas. De acuerdo con una realizacion preferida cada una de la primera culata 2a y de la segunda culata 2b tiene una seccion transversal de forma rectangular. De acuerdo con otra realizacion la seccion transversal es cuadrada. De acuerdo aun con otra realizacion la seccion transversal es elipsoidal. De acuerdo aun con otra realizacion la seccion transversal es circular.

El nucleo del transformador hfbrido comprende ademas un numero de columnas 3a, 3b. Las columnas 3a, 3b estan compuestas de acero de grano orientado. De acuerdo con una realizacion preferida cada una de la primera columna 3a y de la segunda columna 3b tiene una seccion transversal de forma rectangular. De acuerdo con otra realizacion la seccion transversal es cuadrada. De acuerdo aun con otra realizacion la seccion transversal es elipsoidal. De acuerdo aun con otra realizacion la seccion transversal es circular.

Preferiblemente el nucleo del transformador hfbrido comprende al menos dos columnas 3a, 3b, como en la fig. 1. Las columnas 3a, 3b estan posicionadas entre la primera culata (superior) 2a, y la segunda culata (inferior) 2b. Dicho en otras palabras, las columnas 3a, 3b se extienden entre la primera culata 2a y la segunda culata 2b.

Ademas, las columnas 3a, 3b estan acopladas a las culatas 2a, 2b. Particularmente, una primera extremidad 4a, 4b de cada una de las columnas esta acoplada a una primera superficie 5a de la primera culata 2a. Una segunda extremidad 6a, 6b de cada una de las columnas esta acoplada a una segunda superficie 5b de la segunda culata 2b. La primera

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superficie 5a define un primer plano de conexion 7a y la segunda superficie 5b define un segundo plano de conexion 7b, veanse las figs. 2 y 3. Las figs. 2 y 3 ilustran vistas laterales del nucleo 1 de transformador Idbrido de la fig. 1. La fig. 3 es una vista lateral, tomada en corte A-A en la fig. 2. Preferiblemente, la primera extremidad 4a, 4b de cada una de las columnas 3a, 3b es encolada a la primera superficie 5a de la primera culata 2a. Similarmente, de manera preferible la segunda extremidad 6a, 6b de cada una de las columnas 3a, 3b es encolada a la segunda superficie 5b de la segunda culata 2b. Las culatas 2a, 2b pueden asf ser directamente encoladas a las columnas 3a, 3b. Preferiblemente las culatas 2a, 2b son encoladas a las extremidades planas de las columnas 3a, 3b. Por tanto ya no hay ninguna razon para tener una conexion a 45 grados, una conexion de empalmes escalonados o una conexion sin empalmes escalonados entre las culatas 2a, 2b y las columnas 3a, 3b. Como el acero amorfo no esta orientado el flujo procedente de las columnas 3a, 3b sera distribuido por la energfa magnetica mas baja en las culatas 2a, 2b.

Las culatas 2a, 2b estan dispuestas de tal modo que la primera superficie 5a de la primera culata 2a mira a la segunda superficie 5b de la segunda culata 2b. Asf el primer plano de conexion 7a y el segundo plano de conexion 7b son preferiblemente paralelos. En los puntos de conexion (es decir donde las culatas 2a, 2b encuentran a las columnas 3a, 3b) las culatas 2a, 2b son mas anchas que las columnas 3a, 3b. Es decir, en los acoplamientos entre las culatas 2a, 2b y las columnas 3a, 3b las culatas 2a, 2b se extienden mas alla de las columnas 3a, 3b en todas direcciones, veanse las figs. 2 y 3. Mas particularmente, la primera superficie 5a (de la primera culata 2a) en todas direcciones a lo largo del primer plano de conexion 7a se extiende mas alla de la primera extremidad 4a, 4b de cada uno de al menos las dos columnas 3a, 3b. De modo similar, la segunda superficie 5b (de la segunda culata 2b) en todas direcciones a lo largo del segundo plano de conexion 7b se extiende mas alla de la segunda extremidad 6a, 6b de cada una de al menos las das columnas 3a, 3b. Las culatas 2a, 2b tienen por ello tanto el flujo del nucleo como el flujo axial en relacion a la energfa magnetica acoplada a la impedancia del transformador 1. Por ello las culatas 2a, 2b son capaces de distribuir mejor el flujo desde las columnas 3a, 3b, reduciendo por ello las fugas. Por tanto los transformadores 1 descritos tienen menos corrientes de Eddy en los arrollamientos y otros componentes de acero.

El numero de columnas puede variar. Tfpicamente hay dos columnas (por ejemplo como en la fig. 1) o tres columnas (por ejemplo como en las figs. 7 y 8). En la fig. 7 hay tres columnas 3a, 3b, 3c en un nucleo 1 de transformador que tiene una configuracion lineal. Ademas, como se ha ilustrado en la fig. 7, una de las vigas de la culata puede ser mas larga que la otra viga de la culata. Las vigas de culata a las que son acopladas las columnas son las vigas de culata mas largas. En la fig. 8 hay tres columnas 3a, 3b, 3c en un nucleo 1 de transformador que tiene una configuracion circular.

Preferiblemente las culatas 2a, 2b tienen una altura h que es mayor que el diametro maximo d de las columnas 3a, 3b. Mas preferiblemente la altura h es aproximadamente 1,3 veces mayor que el diametro maximo d de las columnas 3a, 3b. De acuerdo con una realizacion todas las columnas 3a, 3b pueden tener el mismo diametro d. De acuerdo con otra realizacion las columnas 3a, 3b pueden tener diametros diferentes. En relacion al primer plano de conexion 7a definido anteriormente, la primera culata 2a puede extenderse perpendicularmente desde el primer plano de conexion 7a 1,1-1,5 veces, preferiblemente 1,2-1,4 veces, mas preferiblemente 1,3 veces el diametro d de las columnas 3a, 3b. De manera similar, en relacion al segundo plano de conexion 7b definido anteriormente, la segunda culata 2b se extiende perpendicularmente desde el segundo plano de conexion 7b 1,1-1,5 veces, preferiblemente 1,2-1,4 veces, mas preferiblemente 1,3 veces el diametro d de las columnas 3a, 3b.

Las culatas 2a, 2b estan asf ventajosamente hechas mas altas que el diametro maximo d de las columnas 3a, 3b y tambien mas largas que el diametro d de las columnas 3a, 3b con el fin de compensar la saturacion inferior de las placas de acero amorfo. Esto implica que cuando el flujo magmfico procedente de una columna 3a, 3b entra en una culata amorfa 2a, 2b el flujo debe superar en primer lugar un pequeno espacio de aire en la junta a tope entre ellas. Cuando el flujo alcanza la culata amorfa 2a, 2b la primera "parte del volumen" del flujo contra la columna 3a, 3b es saturada, pero la isotropfa de la culata 2a, 2b redistribuye directamente el flujo sobre un volumen mayor en la culata 2a, 2b. Este proceso puede por un lado aumentar mmimamente las perdidas pero por otro lado da lugar a picos en la corriente de magnetizacion y a una reactancia de vado ligeramente mas elevada. La junta a tope da asf lugar a dos efectos. En primer lugar, picos en la corriente de magnetizacion. En segundo lugar, una compresion de fuerza mecanica de 100 Hz o 120 Hz entre culatas y columnas. Estos efectos pueden ser minimizados mediante el uso de anillos de flujo de fuga embrollados en la extremidad de las columnas, actuando los anillos para derivar el flujo a las culatas 2a, 2b. Como las culatas 2a, 2b pueden ser tanto mas largas como mas anchas que las columnas 3a, 3b, las culatas 2a, 2b pueden tambien absorber los flujos de fuga de las fases.

Preferiblemente la primera culata 2a, 2b y la segunda culata 3a, 3b estan compuestas de una pluralidad de placas 8 de culata apiladas de acero amorfo, como se ha ilustrado en las figs. 4 y 5. La pluralidad de placas 8 de culata apiladas pueden ser encoladas juntas. Las culatas 2a, 2b pueden por ello ser consideradas como paquetes encolados en los que la resistencia mecanica es obtenida mediante la cola o pegamento. Las culatas 2a, 2b son por ello una parte estructural junto con la caja en la que es colocado el transformador 1. Las culatas 2a, 2b reciben por ello todas las fuerzas. Definen a continuacion un primer plano 9 de placa que se extiende entre las columnas 3a, 3b y que es perpendicular al primer 7a y al segundo 7b planos de conexion, vease la fig. 4 que ilustra parte de la fig. 3. La pluralidad de placas 8 de culata apiladas estan orientadas preferiblemente paralelas al primer plano 9 de placa. Las placas 8 de culata (tambien llamadas laminas) son preferiblemente encoladas juntas.

Preferiblemente las columnas 3a, 3b estan compuestas de una pluralidad de placas apiladas 10 de acero de grano

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orientado. La fig. 6 ilustra una columna 3a, 3b que tiene una pluralidad de placas 10 de la columna. La pluralidad de placas 10 de columna estan preferiblemente encoladas o unidas. Las columnas 3a, 3b estan orientadas de tal modo que la pluralidad apilada de placas 10 de la columna son preferiblemente paralelas al primer plano 9 de placa. Ademas, la direccion del flujo en las placas orientadas 10 de las columnas 3a, 3b es utilizada en las esquinas de manera que el flujo entre en las placas amorfas de las culatas 2a, 2b directamente en una union a 90 grados.

Como se ha indicado anteriormente las culatas 2a, 2b se extienden mas alla de las columnas 3a, 3b en todas direcciones a lo largo de los planos de conexion 7a, 7b entre las culatas 2a, 2b y las columnas 3a, 3b. Asf las culatas 2a, 2b se extienden ademas mas alla de las columnas 3a, 3b de las culatas tradicionales. Por ejemplo, cada culata 2a, 2b es mas larga que la longitud l del nucleo. La primera culata 2a y la segunda culata 2b pueden extenderse en longitud desde el nucleo del transformador hfbrido en una distancia total de al menos el diametro d de una columna 3a, 3b. Asf, cada culata 2a, 2b puede extenderse en una distancia total de al menos la mitad del diametro d de una columna 3a, 3b en la extremidad del nucleo. Por ejemplo, cada culata 2a, 2b es mas ancha que las columnas 3a, 3b. La primera culata 2a y la segunda culata 2b pueden extenderse en anchura desde el nucleo del transformador Idbrido en una distancia total de al menos el diametro d de una columna 3a, 3b. Asf, cada culata 2a, 2b puede extenderse preferiblemente en una distancia total de al menos la mitad del diametro de una columna 3a, 3b en cada lado de las columnas 3a, 3b. La anchura w de las culatas 2a, 2b puede adicional y/o alternativamente tambien estar relacionada a los arrollamientos de las columnas 3a, 3b. Asf al menos una de las columnas 3a, 3b puede tener un arrollamiento 11a, 11b formando asf una columna arrollada. La primera culata 2a y la segunda culata 2b pueden tener una anchura w de al menos el diametro de la columna arrollada.

Un metodo para fabricar un nucleo 1 de transformador hfbrido sera descrito a continuacion con referencia al diagrama de flujo de la fig. 11. En resumen el metodo comprende una operacion S1 de construir culatas 2a, 2b (y columnas 3a, 3b) como vigas (o anillos) a partir de bandas, una operacion S2 de ensamblar un nucleo 1 del transformador hfbrido utilizando las vigas construidas, y una operacion S3 de instalar, probar, y hacer funcionar el nucleo 1 del transformador hfbrido ensamblado. Cada una de estas operaciones sera descrita a continuacion con mas detalle.

Construir culatas amorfas 2a, 2b como vigas 12 a partir de bandas, operacion S1, comprende una operacion S1.1 de cortar bandas a partir de placas de acero amorfo. Las bandas pueden ser cortadas mediante una maquina de cortar. La maquina de cortar puede utilizar punzonado para cortar las placas de acero amorfo. Alternativamente la maquina de cortar puede utilizar haces de laser para cortar el acero. El laser es utilizado ventajosamente en caso de que las placas de acero sean delgadas o quebradizas. Como las placas son muy delgadas solo es necesario un cortador laser de baja potencia. La altura de las placas puede ser determinada por ejemplo a partir del coste y de la complejidad de fabricacion. Algunas placas pueden ser encoladas juntas antes de que la placa sea cortada. En una operacion S1.2 las bandas cortadas son apiladas. Durante el apilamiento las bandas pueden ser colocadas en un accesorio. Utilizar un accesorio tambien permite el moldeo por vado, por ejemplo, utilizando epoxi. Con el fin de reducir la elevada magneto-estriccion una lamina de acero orientado puede ser colocada entre las laminas apiladas a ciertos intervalos (por ejemplo, en un orden de una lamina de acero orientado por 20 laminas apiladas). Durante el apilamiento las laminas son tambien encoladas, operacion S1.3, con el fin de formar una viga 12. Cuando las culatas 2a, 2b son de bandas amorfas las bandas pueden ser facilmente cortadas y apiladas en vigas y encoladas simultaneamente. Las vigas amorfas puede ser facilmente bloqueadas en fondos del deposito o paredes del deposito para conseguir las fuerzas axiales necesarias y el soporte del deposito en todas direcciones. La viga 12 puede a continuacion ser utilizada como una culata (tal como se ha descrito en este documento en la primera 12a y en la segunda 12b culatas). Opcionalmente dos o mas vigas individuales 12 pueden ser ensambladas, operacion S1.4, para formar una viga compuesta 13. La viga compuesta 13 puede ser utilizada a continuacion como una culata (tal como se han descrito en este documento la primera 2a y la segunda 2b culatas). En la fig. 9 una viga compuesta 13 que comprende cuatro vigas individuales 12 es utilizada como la primera culata 2a. Con el fin de formar una viga compuesta 13 las vigas individuales 12 son apiladas, encoladas y moldeadas juntas. Las vigas individuales 12 pueden ser unidas por Asecond. Asecond puede ser formado a partir de materiales epoxi no curados, vease el documento WO 2008020807 A1. Tfpicamente una culata 2a, 2b esta hecha a partir de 1, 2, 4, 6, 8 o mas vigas individuales 12. Las culatas 2a, a una altura y altura arbitrarias y por tanto las culatas 2a, 2b no estan ya restringidas a tamanos fijos. Analogamente a lo anterior, la maxima altura de las vigas apiladas (es decir las vigas centrales) puede ser aproximadamente 1,3 veces el diametro de las columnas 3a, 3b. La altura de las vigas apiladas es en los bordes (es decir las vigas colocadas a la izquierda y a la derecha de las vigas centrales) entonces tfpicamente de aproximadamente 0,6 veces el diametro de las columnas.

El mismo proceso que en la operacion S1 (corte, apilamiento, encolado, ensamblaje) puede ser utilizado para construir columnas 3a, 3b de acero orientado como vigas a partir de bandas.

En una operacion S2 un nucleo 1 del transformador hfbrido es ensamblado utilizando las vigas construidas 12. En una operacion S2.1 la culata inferior (la segunda culata 2b) es colocada de acuerdo con una configuracion requerida. En este contexto la culata inferior puede ser una viga compuesta 13 y por tanto esta compuesta de una o mas vigas individuales 12 como son construidas durante la operacion S1. En una operacion S2.2 las columnas 3a, 3b son fijadas a la culata inferior. Las columnas 3a, 3b son por ello acopladas a la culata inferior. En una operacion S2.3 los arrollamientos 11a, 11b pueden ser colocados sobre las columnas 3a, 3b. Alternativamente, los arrollamientos 11a, 11b pueden ser enrollados alrededor de las columnas 3a, 3b, en una etapa posterior. En una operacion S2.4 la culata superior (la primera

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culata 2a) es fijada a las columnas 3a, 3b. La culata superior esta por ello acoplada a las columnas 3a, 3b. En este contexto la culata superior puede ser una viga compuesta 13 y por tanto estar compuesta de una o mas vigas individuales 12 como son construidas durante la operacion S1. En una operacion S2.5 los medios de conexion 14 estan montados en los arrollamientos 11a, 11b. En una operacion S2.6 el nucleo 1 del transformador hforido asf formado es colocado en una caja (o deposito) 16 y las culatas son sujetadas a la caja (o deposito) por medios de sujecion 17a, 17b. Por tanto el nucleo 1 del transformador fubrido puede ser sujetado a una caja o deposito 16 mediante medios de sujecion 17 a, 17b en al menos una de las culatas 2a, 2b. Los medios de sujecion pueden bloquear fuerzas verticales aplicadas al nucleo 1 del transformador hforido durante la operacion y tambien contra la fuerza coercitiva existente entre las superficies de extremidad de las columnas y las superficies de las culatas. Los medios de sujecion pueden aislar el nucleo 1 del transformador hfbrido de la caja o deposito 16. Esto puede evitar el uso de bloquear el nucleo 1 del transformador hfbrido a la caja o deposito 16 por medio de tornillos, tuercas y/o pernos o similares.

En una operacion S3 el nucleo 1 del transformador hfbrido ensamblado es instalado, probado y hecho funcionar.

Los nucleos de transformador hfbrido descritos en este documento pueden ser previstos en una reactancia. Se ha descrito asf una reactancia que comprende al menos un nucleo de transformador hfbrido como se ha descrito en este documento.

Por tanto los nucleos de transformador de acuerdo con las realizaciones como se ha ilustrado esquematicamente en las figs. 1-10 podna igualmente bien ser un nucleo de una reactancia. En terminos generales, con respecto a las reactancias (inductancias), estas comprenden un nucleo que la mayor parte de las veces es proporcionado con un arrollamiento solamente. En otros aspectos, lo que se ha indicado anteriormente con relacion a los transformadores es sustancialmente importante tambien para las reactancias.

La reactancia puede ser una reactancia de derivacion o una reactancia en serie. El nucleo de transformador descrito en este documento puede de acuerdo con una realizacion ser aplicado en reactancias con espacios de aire sin acero de nucleo electrico. Tales reactancias son preferiblemente adecuadas para una potencia reactiva en la region de kVAR (voltamperios reactivos) a unos pocos MVAR. El nucleo de transformador descrito en este documento puede de acuerdo con otra realizacion ser aplicado en reactancias con espacios de aire con un nucleo de acero (electrico). Tales reactancias son preferiblemente adecuadas para una potencia reactiva en la region de varios MVAR.

La invencion ha sido descrita de manera principal anteriormente con referencia a unas pocas realizaciones. Sin embargo, como es facilmente apreciado por un experto en la tecnica, son igualmente posibles otras realizaciones distintas de las descritas, dentro del marco de la invencion, como se ha definido por las reivindicaciones de patente adjuntas. Por ejemplo, generalmente, como las culatas amorfas pueden ser construidas de anchuras paralelas de bandas amorfas existentes el transformador descrito no esta limitado a ningun tamano maximo.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un nucleo (1) de transformador hforido que comprende:

una primera culata (2a) de acero amorfo y una segunda culata (2b) de acero amorfo; y

al menos dos columnas (3a, 3b) de acero de grano orientado que se extienden entre la primera culata y la segunda culata;

en que una primera extremidad (4a, 4b) de cada uno de al menos las dos columnas esta acoplada a una primera superficie (5a) de la primera culata en un primer plano (7a) de conexion y en que la segunda extremidad (6a, 6b) de cada una de al menos las dos columnas esta acoplada a una segunda superficie (5b) de la segunda culata en un segundo plano (7b) de conexion,

en que la primera superficie en todas direcciones a lo largo del primer plano de conexion se extiende mas alla de la primera extremidad de al menos las dos columnas, y

en que la segunda superficie en todas direcciones a lo largo del segundo plano de conexion se extiende mas alla de la segunda extremidad de cada una de al menos las dos columnas.
2. El nucleo de transformador hforido segun la reivindicacion 1, en el que cada uno de al menos las dos columnas tiene un diametro (d), en el que en la primera culata se extiende perpendicularmente desde el primer plano de conexion 1,11,5 veces, preferiblemente 1,2-1,4 veces, mas preferiblemente 1,3 veces dicho diametro, y en el que la segunda culata se extiende perpendicularmente desde el segundo plano de conexion 1,1-1,5 veces, preferiblemente 1,2-1,4 veces, mas preferiblemente 1,3 veces dicho diametro.
3. El nucleo de transformador hforido segun la reivindicacion 1 o 2, en el que cada una de la primera y segunda culatas esta compuesta de al menos una viga de culata, comprendiendo cada viga de culata una pluralidad de placas (8) de culata apiladas de acero amorfo.
4. El nucleo de transformador hfbrido segun la reivindicacion 3 o 4, en el que la pluralidad de placas de culata apiladas estan orientadas paralelas a un primer plano (9) de placa perpendicular al primer y segundo planos de conexion, extendiendose el primer plano de placa entre al menos las dos columnas.
5. El nucleo de transformador hfbrido segun la reivindicacion 3 o 4, en el que al menos una de la primera culata (2a) y de la segunda culata (2b) consiste de al menos dos vigas de culata de diferentes longitudes, en que la viga de culata a la que esta acoplada cada una de al menos las dos columnas es la mas larga de al menos las dos vigas de culata.
6. El nucleo de transformador hfbrido segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada una de al menos las dos columnas esta compuesta de una pluralidad de placas (10) de columna apiladas de acero de grano orientado.
7. El nucleo de transformador fubrido segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la primera culata y la segunda culata y/o al menos las dos columnas tienen secciones transversales de forma circular, elipsoidal, cuadrada o rectangular.
8. El nucleo de transformador hfbrido segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada una de al menos las dos columnas tiene un diametro (d) en el que la primera culata y la segunda culata se extienden cada una en longitud mas alla de las columnas en una distancia total de al menos el diametro de una columna.
9. El nucleo de transformador hfbrido segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada una de al menos las dos columnas tiene un diametro (d) en el que la primera culata y la segunda culata tienen cada una de ellas una anchura (w) de al menos dos veces el diametro de una columna.
10. El nucleo de transformador hfbrido segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas al menos un arrollamiento (11a, 11b) estando enrollado cada uno al menos de un arrollamiento alrededor de una al menos de las dos columnas, formando por ello al menos una columna arrollada, teniendo al menos una columna arrollada un diametro, en el que la primera culata y la segunda culata tienen una anchura de al menos el diametro de la columna arrollada.
11. El nucleo de transformador hfbrido segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos una de la primera culata (2a) y de la segunda culata (2b) comprende medios de sujecion (17a, 17b) para sujetar el nucleo de transformador hfbrido al menos a una pared de un deposito o de una caja (16).
12. Una reactancia que comprende al menos un nucleo de transformador hfbrido segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
13. La reactancia segun la reivindicacion 12, en el que la reactancia es o bien una reactancia de derivacion o una

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reactancia en serie.
14. Un metodo para fabricar un nucleo (1) de transformador hforido segun la reivindicacion 1, que comprende las operaciones de:

construir (S1) culatas como vigas a partir de bandas de acero amorfo;

ensamblar (S2) un nucleo de transformador hfbrido utilizando los vigas construidas, e

instalar, probar, y/o hacer funcionar (S3) el nucleo del transformador hfbrido ensamblado.
15. El metodo segun la reivindicacion 14,

en el que la operacion S1 comprende ademas:

cortar (S1.1) las bandas a partir de placas de acero amorfo; apilar (S1.2) las bandas cortadas;

encolar (S1.3) las bandas cortadas durante el apilamiento; y/o ensamblar (S1.4) dos o mas vigas individuales, formando por ello una viga compuesta: y/o en el que la operacion S2 comprende ademas:

colocar (S2.1) la segunda culata de acuerdo con una configuracion preferida;

fijar (S2.2) las columnas a la segunda culata, acoplando por ello las columnas a la segunda culata;

colocar (S2.3) arrollamientos sobre al menos una de las columnas;

fijar (S2.4) la primera culata a las columnas, acoplando por ello la primera culata a las columnas; montar (S2.5) medios de conexion en los arrollamientos; y/o

colocar (S2.6) el nucleo del transformador fubrido en una caja y sujetar al menos una de la primera culata y de la segunda culata a la caja mediante medios de sujecion.