SE413716B - Krafttransformator eller reaktor - Google Patents

Description

.7804989-7 , 2 fördelar av skilda slag. I konventionella lindningar enligt ovan induceras visserligen virvelströnunar' och därav förorsakas förluster genom .den radiella kompoeanten i läckflödet, men dessa förluster begränsas dock till acceptabel nivå. genom val av ledare med tillräckligt liten axiell utsträckning.

US-PS 4 060 784 visar hur man tidigare försökt eliminera inverkan av läck- ' flödets radiella komposant vid ändarna av transformatorlindningar med band- formade ledare. Läckflödet styras med hjälp av mellanlägg 22 av magnetiskt ledande material mellan ledarbazxden. De magnetiskt ledande mellanläggen sträcker sig genom hela lindningen från ena ändytan till den andra, men kan,- som ett alternativ, anordnas enbart inom ett område närmast lindningarnae ändar, så som- visas i .figurerna 4 och-S. De befinner sig dock inom själva lindningen.

Denna kända konstruktion medför flera väsentliga nackdelar: Inlägget av magnetiskt ledande material inuti lindningen parallellt med - ledsrbandet 21 medför en utfyllnad, som ger en ökad linåningsdiameter och därmed en sämre fyllfaktor. Den ökade lindningediametern fordrar större järnkäma, större transfonnatorlåda och mer olja, vilket medför större totalvolym och högre totalvikt hos transformatorn, vilket är väsentliga nackdelar, som blir allt mer utpräglade ju större transformatorn är.

Eftersom det flödesstyrande inlägget 22 slutar vid lindningens ändyta och eftersom flödet strävar att böja av radiellt vid lindningens ändar, komer den avböjning av flödet, som vid frånvaron av styrande inlägg inuti lind- ningen börjar på avstånd från lindningsänden och tilltager mer och mer mot lindningsänden, att koncentreras till ett litet område just vid lindnings- änden, Dattaumedför en väsentlig ökning av tillsatsförlusterzaa i en smal zon just vid lindningens ändytor, och en ökning av temperaturen i denna zon, som lir-avsevärt större än vad som skulle vara fallet om inga flödes- styrande mellanlägg funnes inuti lindningen. Utförda teoretiska beräk- ningar. viser också, att så. är fallet.

En tredje nackdel med de visade inläggen är, att införandet av sådant mate- rial inuti lindningarzza minskar den magnetiska kopplingen mellan dem och sålunda försämrar trensformatorns funktioner. ' Den brittiska-patentskriften 990 418 visar en annan idé för styrning av läckflödets radiella komposant i avsikt att minska tillsateförlueterzia i _15 ' 55 7804989-7 3 lindningsändarna vid användning av bzmdfomat ledarmaterial. Sktciften visar, att skärmar 20 av elektriskt ledande material placeras dels mellan lcärnben och innerlindning, dels utanför den yttre lindningen. Skärmarna ' sträcker sig axiellt utanför lindningsändarna, och de av läckflödets radi- ella komposant förorsakade virvelströmmarrxa i skärmarna. alstrar ett flöde omkring skärznarna, som strävar att räta upp det totala läckflödet. En nackdel med denna anordning är, att den inre skärmen upptager ett utrymme innanför lindningarxza, som gör ett samtliga lindning-ar måste ges större diameter, vilket medför en större lindningsvolym.

Den franska patentslcriften 1 557 420 visar en anordning vid transforma- torer för att rätaupp det mellan och genom lindningarna gående läokflödet för att undvika tillsatsförluster vid lindningsändarna. Utanför lindnings- " ändarna är anordnade magnetiska områden 8, 9, vilka är framställde av ferzfomagrzetiska band, som är lindade till en spole. Bandet kan vara an- slutet till lindningsledaren på. flera olika sätt.

Vid transformatorer för stora effekter, där lcraftiga läckflöden uppträder, kommer den visade lösningen med stor sannolikhet ej att vara tillräcklig.

Flödestätheten i den inre lindning-ens inre hörn kommer att bli otillåtet stor, trots de magnetiska områdena, därför att läckflödet kommer att åt- minstone delvis böjs. av radiellt innan det kommer fram till lindningens ändar. VIDen föreslagxa lösningen med enbart magnetiska områden utanför lindningsändarna är därför eç] tillräcklig, speciellt vid stora enheter och stora effekter med stor läckflödestäthet. föreliggande uppfinning avser anordningar för att undanröja. eller åtmins- tone avsevärt reducera nackdelarna med de kända läekflödesstyrande konst- ruktionerna. Uppfinningsns grundidé är, att flödet skall hindras att börja sprida sig medan det ännu löper inuti lindningen genom att den radiella komposanten förhindras eller åtminstone starkt försvåras att utbilda sig inom lindningen, samt även att åstadkomma en viss styrning av läckflödet även efter dess utträde ur lindningen. Denna styrning av läckflödet åstad- kommas dels genom att den närmast ett kärnben belägna lindningen utformas med ett närmast kärnbenet beläget parti, vars axiella längd är större än längden av den utanför nämnda parti belägna delen av lindningsn och således bildar en oylindrisk skärm, som strävar att undertrycka läckflödets in mot kärnbenet riktade, radiella. komposant, dels genom att mag-netiska områden anordnas utanför lindningarnas änder, varvid de magnetiska områdena ges g 2804989-7 4 9P9°ï9113 utff-lmïínëfl-P för att förbättra deras flödesstyrande egenskaper och för att på. ett fördelaktigt sätt samverka med den nämnda skärmen på. den inre lindningens izmerkaxlt.

Uppfinningen kommer att beskrivas med hjälp av ett antal ritningsfiglzrer.

, Figur 1 visar ett snitt genom en trebent transformator med två. lindning-ar pers ben. I ' Figur 2 visar anordnandet av flödesstyrande anordningar vid lindningarzias Figur 3 visar .i förstorad skala ett snitt genom en lindning.

Figurerna 4 och 5 visar detaljer hos de flödesstyrande anordningar-na.

. Fig|1 visar en transformator-kärna omfattande kärnben 1 och ok 2. vardera kärnbenet uppbär en inre lindning 5, vanligen lågspäzmixxgslindningen och en yttre lindning 4. Lindningarna är i samtliga figurer visade med verti- kala linjer, som antyder tvärsnitt av den bandformade lindningsledaren.

'Figuren visar, att den inre lindningen är utformad på. sådant sätt, att ' dess tvärsnitt blir avtrappat genom att den närmast kärnbenet belägxa delen av lindningen har större axiell längd än den övriga delen av lind- ningen och bildar en cylindrisk skärm 5. Eftersom den innersta delen av lindningen har lägst spänning, kan skärmen dras ut tämligen nära oket, 29 utan att risk för elektriskt överslag dit föreligger. Det genom den inre lindningen axiellt riktade magnetiska läckflödet kommer nu att förbli axi- ellt i den radiellt sett innersta. delen av denna lindning upp till änden av den utskjutande skärmen 5. Först här börjar det magmetiska flödet visa 'en tendens att sprida sig, med utbildning av den radiella komposanten, för att passera in i kärnben respektive ok. Genom att skärmens 5 ände på grund av den låga spänningen i skärmen kan ligga nära oket, minskas den 'radiella komposanten av flödet drastiskt, så. att förlusthöjningen i skärmen blir mycket måttlig och lätt att behärska. Förklaringen till minskningen av den radiella kompoeanten är, att det magnetiska flödet, i stället för _ att vika av in mot kärnbenet, fortsätter axiellt riktat in i oket. Förutom minskningen av virvelströmsförlusterna i lindningens ändar medför detta ytterligare en fördel, nämligen att flödet, när det går in i oket, är rik- tat vinkelrätt mot elektroplåtarnas ytnormaler, varvid virvelströmsförlus- terna i dessa minimeras. Flöde, som går in mot kärnbenet däremot, komer på 7801|989'7 två motstående sidor av benet att ha samma riktning som kärnplåtaznas ytnormal med stora virvelströmmar och tillsatsförluster i plåten som följd.

Den aktuella utformningen av den inre lindningen kommer således att leda' till två. väsentliga fördelar, nämligen dels att tillsatsförlusterrza och - den därav följande temperaturstegringen i lindningstvärsnittets inre hörn- reduceras och dels att Ktillsatsförlustexna i kärnbenet också. reduceras.

IJe senare förlusterna leder också till förhöjda temperaturer som begrän- sar användning av bandlindningar i stora lcafttransformatorer om uppfin- ningen inte tillämpas. Bägge effekterna av den aktuella åtgärden medför slutligen, att transformatorns totalförluster minskar och att således dess totalverlczxingegrad ökas. Även i den yttre lindningen 4 uppträder en radialkomposant av det magne- tiska. flödet med en koncentration av virvelströmmar och förluster i de yttre hamen av linaningens tvärsnitt. rn förbättring av förhållandena kan uppnås även här genom att lindningen utformas med variabelt avstånd mellan lindningsände och ok, exempelvis medelst en avtrappning 6, som ger lindningen en mot dess ytterkant avtagande axiell längd.

För att slippa skarvar i ledarbandet vid övergång till lägre lindnings- höjd efter det att skärmen 5 av den inre lindningen 3 tillverkats, utgår man från en bandbredd lika. med skärmens 5 totala asciella längd. När skär- men lindats, avskäres en remsa på. vardera. sidan av bandet, så. att bandets bredd blir lika med lindningens 5 höjd utanför skärmen. Remsorna avskäres fortlöpande allt eftersom lindningen färdigställas. Alternativt kan lind- ningen 3 lindas av ett band med bredden lika med- bredden hos den yttre delen av lindning-en 5, medan vid lindningen av den innersta delen skärmen åstadkommas genom att två parallella band, på ömse sidor av huvudbandet, lindas parallellt med detta. Vid framställning av ytterlindnirzgen 4 startar man-med en bandbredd, som är i huvudsak lika med lindningens 5 höjd. För att åstadkomma avtrappningen vid 6 avskäres remsor vid bandets båda kanter i motsvarande bredd.

Fig 2 'visar en annan anordning för styrning av magnetflödet. Utanför ändarna av lindningarna 5 resp 4 placeras flödesstyrande 1croppar-9 resp 10 tillverkade av ett material med hög permeabilitet, exempelvis transformator- plåt. Dessa kroppar är utformade företrädesvis som ringar med i huvudsak samma radiella utsträckning som motsvarande lindning och placeras så nära lindrdngsëndarna som möjligt för att bästa flödesstyrande effekt skall _,~:vso49s9-7 6 erhållas. De mot varandra vända bandkanterna hos lindning respektive ring bör därför ha så nära som möjligt samma potential. Detta åstadkommas säk- rast omplindning och ringar tillverkas samtidigt, varvid ledarbazxdet i lindningen har samma tjocklek som plåtbandst i ringarna och den för iso- lering mellan varven använda filmen sträcker sig minst från ena ringens ytterkatlt till den andra ringens y-tterkant. Tillverkningen sker alltså. med ledarbandet i 'mitten och ett band med hög permeabilitet vid vardera sidan av ledarbandet samt gemensam isolerfilm. Detta visas tydligare i fig 3.

Vid respektive lindnings innerkant, där tillverkningen börjar, ligger ett ledande band 11, som galvaniskt eller kapacitivt förbinder lindningen 3 resp 4. med ringarna 9 resp 10, en vid vardera lindningsänden. Detta band är förbundet med såväl ledarbandet 12 i lindningen som banden 15 i ringarna.

Isolerfilmen är betecknad 14. Genom att tillverkning av lindning och ringar sker samtidigt och att banden 12 och 13 är förbundna. med varandra vid lind- ningens början samt är lika tjocka uppnås att potentialen hos lindning och ringar överallt blir lika. Därför kan spalten 15 mellan lindningen och ringarna göras liten. Hänsyn måste dock tagas till det faktum, att spän- ningsstegringen temporärt kan bli olika. i lindning och ringar exempelvis vid stöt och att det därvid kan uppstå. stora potentialfall över spalten.

För styrning av spänningen över ringarna i förhållande till spänningen över lindningen, kan det vara nödvändigt att ansluta bandet i ringarna till lindningsbandet pä flera ställen. Detta kan ske genom en galvanisk eller kapacitiv koppling.

De ringformade Icropparna 9 och 10 kan också utföras enligt figur 4 där kroppen vid ändarna av den yttre lindningen 4 har ett parti 20, som sträcker sig förbi det yttre hörnet av lindningstvärsnittet. Ju större del av av- ståndet mellan lindningsände och ok som upptas av det magnetiska materialet, ju effektivare blir verkan av detta. Eftersom den närmast kärnan liggande lindningen i allmänhet har den lägsta spänningen och den yttersta den högsta, kan också de flödesstyrande kropparna dras ut olika långt mot oket. varvid tvärsnitt exempelvis enligt figur 5 erhålles.

De ringformade kropparna 9 och 10 kan även tillverkas av ett antal från varandra isolerade ringar av bandformigt material med hög permeabilitet.

Spänningsfördelningen över kroppen sker då kapacitivt. Vid behov av att minska virvelströmsförlusterna i lcroppen göres den av smalare, parallella band. 'Om materialet har tillräckligt hög resistivitet kan ringarna vara slutna; Ringarna kan även pressas av magnetiskt pulver-material.

Claims (5)

7804989-7 .ï

1. Krafttransformator eller reaktor omfattande en av magnetiskt material bestående kärna med ben (1) och ek (2) samt linaningar (5, 4) med banafor- migt ledarxnaterial anordnade koncentriskt omkring kämbenen, k ä n n e - t e o k n a. d därav, att den innersta av lindningarna (3) är utformad med ett närmast lèlrnbenet (1) beläget parti, vars axiella. längd är större än längden av den utanför nämnda parti belägna delen av lindningen och vilket parti bildar en skäm (5) för styrning av det utanför lindningsändarna upp- trädande magnetiska. läelcflödet.

2. - 2. Transformator enligt patentlcravet 1, k ä n n e t e c k n a. d därav, att åtminstone den yttersta (4) av de omkring ett lcämben (1) anordnade lindning-arna är utformad med mot lindningarxmas ytterkant avtagande axiell längd (6).

3. Transformator enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att vid ändarna av åtminstone någon av 'nämnda lindningar (3, 4) är anordnade ' magnetislca områden (9, 10) med hög permeabilitet.

4. Transformator enligt patentkravet 3, k ä. n n e t e c k n a d därav, att nämnda magnetiska områden har i huvudsak samma radiella utsträckning, som den lindning, vid vars ändar nämnda områden är anordnade.

5. Transformator enligt patentlcravet 3, k ä n n e t e o k n a. d därav, att ae vid ändarna av aan yttersta lmaningen (4) anordnade magnetism om- rådena (10) har en ytterradie, som är större än lindningens ytterradie och att den del av det magzetiska området, som ligger radiellt utanför lindningen, sträcker sig aaciellt satt förbi lindningens yttre hörn med ett parti (20). ANFÖRDA PUBLIKATIONER: _ Sverige pcltentunsökcm 2 239/76 (H01 F 27/28), 376 508 (HOïF 27/28) US 3 142 029 (336-84), 4 012 706 (336-84), 4 021 764 (336-84)