SI25571A - Izvedba transformatorja - Google Patents

Abstract

Izvedba transformatorja z izhodnim usmernikom (30) obsegajoč vsaj eno primarno navitje (231), obseženo iz vsaj ene plasti, ki je izvedena z več ovoji, nameščena v ustrezni razdalji okrog transformatoreve osi (300), železno jedro (236), električno izolirano od omenjenega primarnega navitja, vsaj eno sekundarno navitje (233), električno izolirano od omenjenega primarnega navitja in od omenjenega železnega jedra, obsegajoče prvi del (234) omenjenega vsaj enega sekundarnega navitja in drugi del (235)omenjenega vsaj enega sekundarnega navitja, kjer sta oba nameščena v ustreznih razdaljah okrog transformatoreve osi (300), med katera je razporejeno omenjeno vsaj eno primarno navitje, kjer se omenjeno primarno navitje in omenjeno sekundarno navitje prekrivata vzdolž osi (500) v delu, ki ga oklepa železno jedro in nadalje, kjer se omenjeno primarno navitje in omenjeno sekundarno navitje v delu glav navitij, ki jih omenjeno železno jedro ne oklepa, prekrivata samo delno ali pa se ne prekrivata, kar omogočaravno in kratko izvedbo priključkov izhodnega usmernika v smeri osi (500). Posledica predložene izvedbe transformatorja omogoča ustrezne magnetne in električne lastnosti sistema, ki zagotavljajo bolj homogeno porazdelitev magnetnih polij in homogeno porazdelitev električnih tokov v prevodnih delih, kar vpliva na zmanjšanje izgub v transformatorju in povečanje sposobnosti napajanja primarne strani transformatorja z napetostmi višje frekvence. Izvedba sekundarnega navitja po predloženem izumu pa hkratiomogoča bistveno enostavnejšo izdelavo vodnega hlajenja varilnega transformatorja z izdelavo izvrtin ustreznih dimenzij.

Description

IZVEDBA TRANSFORMATORJA

Področje tehnike

Elektrotehnika; transformatorji; dc-dc pretvorniki

Tehnični problem

Tehnični problem, ki ga rešuje prikazani izum, je zagotavljanje homogene porazdelitve električnega toka v navitjih transformatorja in povezovalnih elementih, zagotavljanje ustrezno velike površine na strani sekundarnega navitja, ki je namenjena za priključitev izhodnega usmernika in priključitev hlajenja, kakor tudi zmanjšanje dolžine ravnih povezovalnih elementov, kar je mogoče doseči s predlagano izvedbo delnega prekrivanja primarnega in sekundarnega navitja v glavah navitij.

Stanje tehnike

Znane izvedbe industrijskih sistemov za uporovno točkovno varjenje relativno velikih moči, ki se uporabljajo za spajanje pločevine, med različnimi aplikacijami tudi pri proizvodnji avtomobilskih karoserij, imajo poenoteno zgradbo, ki obsega vhodni ac-ac pretvornik za napajanje enofaznega transformatorja z enim primarnim in enim sekundarnim navitjem, razdeljenim na dva enaka dela s skupnim sredinskim odcepom, ki s pomočjo ustrezne vezave dveh diod v izhodnem usmerniku sešteva toka obeh sekundarnih vej oziroma delih, da na izhodu dobimo ustrezno velik enosmerni tok za varjenje.

Izvedbe obstoječih sistemov za uporovno točkovno varjenje velikih moči z enosmernim varilnim tokom se lahko med sabo sicer razlikujejo, osnovna zgradba pa vedno obsega ustrezen izvor napetosti, vhodni usmernik, enosmerno vodilo, razsmernik, enofazni varilni transformator s primarnim in sekundarnim navitjem, kjer je sekundarno navitje razdeljeno na dva enaka dela s skupnim odcepom na sredini navitja in kjer sta oba dela sekundarnega navitja z dvema usmemiškima elementoma v obliki izhodnega usmernika vezana tako, ,da je enosmerni varilni tok na izhodu seštevek dveh usmerjenih tokov iz obeh delov sekundarnih navitij. Izvedbe vhodnega usmernika in razsmemika so lahko različne, različne so tudi izvedbe transformatorja, prav tako pa so lahko različne tudi izvedbe izhodnega usmernika. Primarna stran konvencionalnega varilnega transformatorja je običajno napajana s pulzno širinsko modulirano (angleško pulse width modulation - PWM) napetostjo s konstantno periodo, katere frekvenca je okrog 1 kHz, lahko je tudi manj ali več, vendar je zaradi določenih razlogov navzgor in navzdol omejena. Obstoječi proizvajalci sistemov za uporovno točkovno varjenje za izhodni usmernik uporabljajo po eno ali izjemoma po več diod v vsakem delu, relativno veliki toki pa na teh diodah zaradi relativno velikih notranjih ohmskih upornosti povzročajo relativno velike joulske izgube. Velike joulske izgube se pojavljajo tudi na vmesnih povezavah med sekundarnimi navitji in diodami, kar zmanjšuje izkoristek celotnega sistema.

Splošno znano dejstvo je, da je z naraščajočo frekvenco PWM modulirane napajalne napetosti pri enaki moči transformatorja mogoče ustrezno zmanjšati površino prereza železnega jedra transformatorja, kar zaradi zmanjšanja dimenzij avtomatično povzroči tudi pripadajoče zmanjšanje velikosti navitij in posledično zmanjšanje teže. Prav tako je splošno znano, da se z naraščanjem frekvence napajalne napetosti usmerjen tok na izhodu iz izhodnega usmernika zmanjšuje, kar je analitično utemeljeno v DPI 10.1109/r/C2017.2711549,IEEE. V US 2014/0321184 Al so izumitelji izkoristili znano dejstvo in frekvenco napajalne napetosti povečali na 10 kHz tako, da so za doseganje velikega sekundarnega toka 20 kA namesto enega sekundarnega navitja s sredinskim odcepom so sekundarno navitje razdelili na deset vzporedno vezanih navitij s sredinskimi odcepi, s tem daje vsakemu od teh desetih sekundarnih navitij prigrajen lasten sinhroni usmernik (SU), vseh deset sekundarnih navitij s sredinskimi odcepi pa je posredno z vzporedno vezavo izhodov iz SU vezanih vzporedno. V skladu z navedbami v US 2014/0321184 Al je mogoče s povečanjem števila paralelno vezanih sekundarnih delov bodisi povečati vrednost sekundarnega toka pri enaki frekvenci PWM modulirane napajalne napetosti ali pa je mogoče ob nespremenjeni vrednosti sekundarnega toka s povečanjem paralelnih vej sekundarnih delov povečati frekvenco PWM modulirane napajalne napetosti, kar omogoči ustrezno geometrijsko zmanjšanje transformatorja, torej tudi zmanjšanje teže. Glavna pomanjkljivost predlaganega koncepta v US 2014/0321184 Al je povečana kompleksnost zgradbe, kar vpliva na ceno in zanesljivost obratovanja, omogoča pa obratovanje na znatno višjih frekvencah PWM moduliranih napajalnih napetosti.

Podobna izvedba transformatorja s paralelno vezavo večjega števila tuljav sekundarnega navitja in enim skupnim izhodnim usmernikom je uporabljena v EP 2 749 373 Al. V omenjenem primeru je uporabljena tako imenovana sendvič zgradba, pri kateri je večje število zaporedno vezanih tuljav primarnega navitja postavljeno tako, da so med njih nameščene ustrezno povezane tuljave sekundarnega navitja. Omenjena rešitev je z vidika sendvič zgradbe navitij samega transformatorja zelo podobno izvedbi v US 7978040 B2, le da obsega več paralelno vezanih tuljav sekundarnega navitja. Značilnost obeh izvedb je prekrivanje tuljav primarnega in sekundarnega navitja v smeri osi, ki je vzporedna s smerjo magnetnega pretoka v jedru transformatorja. Glavna pomanjkljivost omenjene rešitve je različna izvedba priključkov za tuljavo s tako imenovano pozitivno stranjo in tuljavo s tako imenovano negativno stranjo sekundarnega navitja, kar povzroča veliko razliko obeh strani in zelo nehomogeno porazdelitev toka v eni od obeh strani sekundarnega navitja. Omenjena izvedba transformatorja z eno samo tuljavo primarnega navitja in dvema tuljavama ali dvema stranema sekundarnega navitja, kjer so tuljave nameščene koncentrično druga preko druge, zaradi nesimetričnosti povzroči neželeno elektromagnetno obnašanje celotnega sistema.

Drugačen način prekrivanja tuljav primarnega in sekundarnega navitja v osi, ki je pravokotna na smer magnetnega pretoka v jedru transformatorja, je uporabljena v US 6 369 68 BI. Zagotovljeno je popolno prekrivanje folijsko izvedenih tuljav primarnega navitja s tuljavami sekundarnega navitja, priključitev primarnega in sekundarnega navitja pa je izvedena v ravnini, ki je pravokotna na smer magnetnega pretoka v jedru transformatorja. Slabost omenjene izvedbe je ukrivljena izvedba priključkov, ki z deli glav navitij in pripadajočimi povezovalnimi ploščami tvori zanke, kar poveča razsipane induktivnosti.

Težo transformatorja, ki je načrtovan za obratovanje pri določeni frekvenci napajalne napetosti, je mogoče zmanjšati tudi z določenimi konstrukcijskimi posegi, pri katerih ploščato izvedbo navitij iz obstoječih sistemov za uporovno točkovno varjenje iz US 7978040 B2 zamenjamo s cilindrično, to je cevasto izvedbo sekundarnih navitij, kot je to izvedeno v EP 3 232 453 Al. Uporaba omenjene cevaste izvedbe sekundarnega navitja transformatorja zaradi dobrega prekrivanja navitij zagotavlja odlično magnetno sklopljenost med posameznimi navitji transformatorja, s čimer lahko poleg zmanjšanja teže transformatorja in boljšega hlajenja dosežemo tudi boljše izkoristke in izboljšanje elektromagnetnih lastnosti transformatorja, kar omogoča doseganje višje dinamike obratovanja varilnega sistema. Slaba lastnost takšne izvedbe navitij pa je ta, da zaradi zagotavljanja dobrega prekrivanja navitij postane vedno bolj zahtevna izvedba ustreznih priključkov za priključitev izhodnega usmernika. Zaradi izvedbe priključkov se pojavi izredno nehomogena porazdelitve tokov v navitjih in povezavah, kar je posebej moteče pri velikih vrednostih sekundarnih tokov. Ena od glavnih pomanjkljivosti izvedbe transformatorja z izhodnim usmernikom v EP 3 232 453 Al je torej izvedba priključkov sekundarnega usmernika, ki v geometrijskem smislu tvorijo dele zank, kar vpliva na povečanje pripadajočih razsipanih induktivnosti, ki pa imajo prevladujoč vpliv na hitrost povečevanja in zmanjševanja varilnega toka. Pomanjkljivost postaja bolj izrazita z naraščanjem frekvence napajalne napetosti, ko prav zaradi tega prihaja do še bolj izrazitega zmanjševanja varilnega toka. Porazdelitev toka v masivnih priključkih za izhodni usmernik je pri nominalnih vrednostih varilnih tokov zelo nehomogena, kar dodatno poveča izgube.

Opis nove rešitve

Predložena izvedba transformatorja, s kombinacijo popolnega prekrivanja izvedenih navitij v območju okna transformatorja in delnega prekrivanja izvedenih navitij zunaj okna transformatorja v območju glav navitij, kaže delno cevasto zgradbo, omogoča pa izvedbo električne priključitve izhodnega usmernika s sistemom hlajenja preko ustreznega števila ravnih povezav z dovolj veliko površino, kar omogoča zagotavljanje homogene tokovne porazdelitve v izvedenih navitjih in povezavah, manjše pa so tudi pripadajoče razsipane induktivnosti. Izbira primernega števila ravnih povezav in njihovega položaja omogoča skrajšanje poti za električne toke, kar omogoča zmanjšanje izgub v navitjih. Zaradi krajših poti in primernejše razporeditve priključkov je lažja tudi izvedba hlajenja.

Na opisan način, z uporabo popolnega prekrivanja primarnega in sekundarnega navitja v območju, kjer je to zaradi izboljšanja elektromagnetnih lastnosti transformatoija najbolj potrebno in delnega prekrivanja izvedenih navitij v območju glav navitij, se rešuje zgoraj predstavljeni tehnični problem odpravljanja različnih tokovnih gostot v različnih delih transformatorja in problem pomanjkanja zadostnih priključnih površin za električno priključitev izhodnega usmernika in priključitev hlajenja, ki v primeru uporabe popolnega prekrivanja primarnega in sekundarnega navitja v EP 3 232 453 Al predstavlja ključno tehnično omejitev. Z izvedbo transformatorja z delnim prekrivanjem primarnega in sekundarnega navitja se doseže kompaktna izvedba transformatorja, ki omogoča doseganje homogene porazdelitve tokov v vseh delih transformatorja, kakor tudi skrajšanje povezav in enostaven priklop izhodnega usmernika z zadostnim presekom povezav na eni strani ter zadostno hlajenje na drugi strani, da je moč doseči večje moči transformatorja kot v primerih, zaobseženih s stanjem tehnike.

Predloženi izum se nanaša na izvedbo transformatorja v smislu drugačne konstrukcije primarnega in sekundarnega navitja, kjer z izvedbo sekundarnih ovojev, ki zagotavlja popolno prekrivanje aktivnih delov primarnega in sekundarnega navitja v delu, ki ga oklepa železno jedro, medtem ko je v delu tako imenovanih glav primarnega in sekundarnega navitja to prekrivanje samo delno, kar omogoča lažjo izvedbo priključkov za elemente izhodnega usmernika, ki hkrati postanejo element posameznega ovoja, ki tvorita sekundarno navitje. Spremenjena izvedba obeh ovojev sekundarnega navitja omogoča potrebno spremembo magnetnih in električnih lastnosti varilnega sistema in s tem omogoča doseganje homogene razdelitve električnih tokov v različnih delih transformatorja in posledično zmanjšanje izgub v transformatorju in poveča sposobnost napajanja primarne strani transformatorja z napetostmi višje frekvence. Izvedba sekundarnega navitja po predloženem izumu pa hkrati omogoča bistveno enostavnejšo izdelavo vodnega hlajenja varilnega transformatorja z izdelavo odsekoma ravnih hladilnih kanalov ustreznih dimenzij. Pri izvedbi hlajenja transformatorjev manjših moči je mogoče hlajenje s pomočjo hladilne tekočine nadomestiti z zračnim hlajenjem, kar zgradbo transformatorja dodatno poenostavi.

Predmet predloženega izuma se nanaša na izboljšavo izvedbe ustrezno močnih in dovolj robustnih električnih priključkov na primernih mestih in na izvedbo ustreznih hladilnih kanalov za hlajenja s tekočim hladilnim medijem. Sprememba konstrukcije transformatorja v skladu s predloženem izumom zmanjšuje tehnološko zahtevnost izdelave transformatorja in hkrati omogoča integracijo, to je vgradnjo usmemiških elementov izhodnega usmernika v glavi obeh delov sekundarnega navitja.

Usmemiški elementi izhodnega usmernika so pri tem lahko diode ali tranzistorji, zaradi relativno nizkih napetosti in velikih tokov prednostno MOSFET tranzistorji. Uporabljeni sta lahko tudi samo dve močnostni diodi, kot je to primer pri obstoječih industrijskih rešitvah.

Izvedba transformatorja po predloženem izumu zagotavlja popolnoma ravno izvedbo priključkov brez zank za priključitev izhodnega usmernika, kar omogoča zmanjšanje pripadajočih induktivnosti in zagotavlja homogeno porazdelitev tokov po celotnem prerezu povezav. Ti priključki so poleg tega enostavno izvedljivi in kratki, kar zmanjšuje električne izgube.

Izvedba transformatorja z delnim prekrivanjem navitij in sistemom za hlajenje V nadaljevanju je predmet izuma opisan s pomočjo slik, pri čemer slike tvorijo del patentne prijave, in predstavljajo:

Sl. 1 v skladu s predloženim izumom prikazuje blokovno shemo izvedbe obstoječih ac-dc pretvornikov velikih moči.

Sl. 2 v skladu s predloženim izumom prikazuje električno vezalno shemo obstoječih transformatorjev z integriranim izhodnim usmernikom.

Sl. 3 v skladu s predloženim izumom prikazuje zgradbo transformatorja z vgrajenim izhodnim usmernikom.

Sl. 4 v skladu s predloženim izumom prikazuje zgradbo transformatorja.

Sl. 5 v skladu s predloženim izumom prikazuje izvedbo transformatorja s pogledom v prerezu A-A s slike 4.

Sl. 6 v skladu s predloženim izumom prikazuje izvedbo navitij s slike 4.

Sl. 7 v skladu s predloženim izumom prikazuje izvedbo sekundarnega navitja transformatorj a. V nadaljevanju je izum opisan s pomočjo posameznih izvedbenih primerov.

Blokovna shema sistema za uporovno točkovno varjenje je prikazana na sliki 1 in je kot celota označena s številko 100. Sistem za uporovno točkovno varjenje obsega izvor napetosti 101, vhodni usmernik 102, enosmerni povezovalni del s filtrom 103, vhodni razsmemik 104 in varilni transformator s prigrajenim izhodnim usmernikom 105.

Električna vezalna shema transformatorja z integriranim izhodnim usmernikom je shematsko prikazana na sliki 2 in je kot celota označena s številko 200. Ureditev transformatorja vključuje primarni tokokrog 210 in sekundami tokokrog 220, ki sta med sabo povezana s pomočjo transformatorja 230. Primarno navitje 231 z ovoji Ni transformatorja 230 je povezano v primarni tokokrog 210 in je napajano s primarno napetostjo ui 232. Sekundarno navitje 233 ima N2+N3 ovojev in je po izvedbenem primeru sestavljeno vsaj iz dveh enakih segmentov 234 in 235, kjer zaradi enakosti posledično velja N3=N2. Primarno in sekundarno navitje transformatorja povezuje železno jedro 236, kije lahko različno izvedeno. Primarna napetost 232 je pulzno širinsko modulirana, to je krajše PŠM na različne načine.

Sekundami tokokrog 220 obsega dva usmemiška elementa 237 in 238, ki sta lahko bodisi močnostni diodi ali ustrezna tranzistorja, prednostno MOSFET tranzistorja. Oba usmemiška elementa 237 in 238 sta lahko pri tem izvedena tudi z vzporedno vezavo več manjših diod ali ustreznih tranzistorjev, prednostno MOSFET tranzistorjev, če to zahtevajo velike vrednosti varilnih tokov. V sekundarnem tokokrogu 220 so označene točke A1 239, sredinski odcep A2 240, ki s povezavo do točke A6 244 prestavlja eno od priključnih sponk za breme, na katerem je napetost U2 245, točko A4 242, kjer se seštevata toka iz usmemiških elementov 237 in 238, ki z dodatno povezavo vodi do točke A5 243 za priklop bremena.

Zgradba transformatorja s prigrajenim izhodnim usmernikom, ki se ščiti, je prikazana na sliki 3, kije kot celota označena s številko 30. Pri tem so usmemiški elementi 237 in 238 izhodnega usmernika vgrajeni v glavo prvega dela sekundarnega navitja 234 in glavo drugega dela sekundarnega navitja 235. Prvo glavo sekundarnega ovoja 234 predstavlja element 239 z usmemiškim elementom 237, ki je vgrajen med 239 in elementom, na katerem je izveden priključek 243 ter obsega ustrezno število vzporedno vezanih usmemiških elementov v obliki močnostnih diod, tranzistorjev, prednostno MOSFET tranzistorjev. Prvo glavo sekundarnega ovoja 235 predstavlja element 241, s tem daje med element 241 in element, na katerem je izveden priključek 243 vgrajen usmemiški element 238, ki obsega ustrezno število vzporedno vezanih usmemiških elementov v obliki močnostnih diod, tranzistorjev, prednostno MOSFET tranzistorjev. Pri tem je mogoče vzporedno vezane močnostne diode, tranzistorje, prednostno MOSFET tranzistorje, ki kot celota predstavljajo usmemiška elementa 237 in 238, nadomestiti tudi s samo dvema močnostnima diodama, kot je to izvedeno pri konvencionalni izvedbi sistema v US7978040 B2. Okrog železnega jedra transformatorja je nameščeno primarno navitje 231. Izvedba sekundarnih priključkov A5 in A6 je glede na položaj slike 3 zgoraj in spodaj, sekundama priključka pa bi lahko bila tudi oba spodaj ali pa oba zgoraj ali pa na kakšnem drugem mestu. Prav tako bi lahko bil transformator namesto z dvema jedroma 236 izveden tudi z enim samim jedrom z enako ploščino prereza, kot ga imata obe jedri 236 skupaj, pri čemer vsakega od dveh jeder 236 obsega po dva segmenta v obliki črke C.

Vsa navitja na sliki 3 so med sabo električno izolirana, prav tako pa so električno izolirana tudi z železnima j edroma 236.

Slika 4 predstavlja izvedbo transformatorja, ki je predmet zaščite. Primarno navitje 231 je, kot je označeno na sliki 5, izvedeno s ploščato žico s prerezom a x b, kjer je a debelina b pa širina žice, ki je koncentrično nameščeno okoli transformatorjeve osi 300. Okoli transformatorjeve osi 300 je nameščeno tudi sekundarno navitje 233, kjer so desno in levo od osi 300 na mestih, kjer se primarno navitje in oba dela sekundarnega navitja ne prekrivajo v celoti, lepo vidni nastavki 234a, 234b, 235a in 235b, ki omogočajo enostavno izvedbo priključitve izhodnega usmernika in hlajenja, kjer so lahko okrogle izvrtine 410 namenjene za pretok hladilne tekočine. Izvedba transformatorja na sliki 4 obsega po štiri priključna mesta za začetke in konce dveh delov sekundarnega navitja 233, sicer pa je možna tudi izvedba transformatorja z vsaj enim ali več mesti za priključitev izhodnega usmernika in hlajenja. Pri izvedbi hlajenja transformatorjev manjših moči je mogoče hlajenje s pomočjo hladilne tekočine nadomestiti z zračnim hlajenjem, kar zgradbo transformatorja dodatno poenostavi. Vsa navitja na sliki 4 so med sabo električno izolirana, prav tako pa so električno izolirana tudi z železnima j edroma 236.

Na sliki 5 je prikazan transformator s slike 4 v prerezu A-A. V obravnavani izvedbi transformatorja je primarno navitje 231 razdeljeno na 3 plasti, kjer prva plast leži na razdalji rpl, po izvedbenem primeru sestavljeno vsaj iz treh vrst žic, druga plast leži na razdalji rp2 prav tako po izvedbenem primeru sestavljeno vsaj iz treh vrst žic, tretja plast pa leži na razdalji rp3 prav tako po izvedbenem primeru sestavljeno vsaj iz treh vrst žic, vse naštete razdalje glede na transformatorjevo os 300. Debeline posameznih plasti primarnega navitja so pl, p2 in p3 in so v skladu s sliko 5, zaradi treh vrst žic v vsaki plasti, enake, lahko pa bi bile tudi različne, če bi bilo različno število vrst.

Sekundarno navitje 233 obsega dva dela 234 in 235, pri čemer je prvi del 234 nameščen koncentrično okrog transformatorjeve osi 300 na razdalji rsl, drugi del 235 pa na razdalji rs2 okrog transformatorj eve osi 300. Razširitve pravokotne oblike z izvrtinami za hlajenje v delih 234a, 234b, 235a in 235b se nahajajo na oddaljenosti hi, h2, h3 in h4 od spodnjega roba 430 v smeri osi 300 s površino fx d.

Pri opisani izvedbi se v obeh delih sekundarnega navitja 234a, 234b, 235a in 235b pojavijo prazna mesta z velikostjo hi x p3 in hi x p2, v katerih sta nameščena druga in tretja plast primarnega navitja 231. Znotraj dveh oken transformatorja 420 z merami j x h se v razdalji dolžine železnega jedra L vzdolž osi 500, ki je pravokotna na os 300, prva plast primarnega navitja in oba dela sekundarnega navitja popolnoma prekrivajo, druga in tretja plast primarnega navitja pa se s prvo plastjo primarnega navitja prekrivata v celoti, s prvim in drugim delom sekundarnega navitja pa je prekrivanje druge in tretje plasti primarnega navitja prav tako popolno na petih mestih, na štirih mestih pa je prekrivanje omejeno, kar omogoča ravno in kratko izvedbo priključkov izhodnega usmernika v smeri osi (500).

Deli obeh delov sekundarnega navitja brez prekrivanja v območju razširitev v oknu transformatorja v dolžini L z izvrtinami 410 pa omogočajo primemo izvedbo priključkov za izhodni usmernik in hlajenje s tekočino.

Izvedene razširitve pravokotne oblike na sliki 5 so sicer enake, torej d =sl=s2=s3=s4, vendar so lahko mere povsem različne, veljati mora samo simetrija na os 300. V primeru skrajne izbire, ko velja c =f, razširitve izginejo in z njimi tudi izvrtine za tekoče hlajenje, zato je treba v tem primeru hlajenje izvesti drugače, na primer z zrakom. Izvrtine 410 so praviloma namenjene za tekočinsko hlajenje, lahko pa jih uporabimo za vijačenje.

Vsa navitja na sliki 5 so med sabo električno izolirana, prav tako pa so električno izolirana tudi z železnima jedroma 236.

Na sliki 6 je prikazan sestavljen komplet primarnega navitja 231 in sekundarnega navitja 233 z ločeno označenimi deli 235a, 235b, 234a in 234b, kjer se lepo vidijo štiri območija z delnim prekrivanjem med primarnim in sekundarnim navitjem v desnem delu, kar pa z vidika obratovanja transformatorja ni pomembno. Važno je zagotovljeno prekrivanje v preostalih treh četrtinah navitja primarnega in sekundarnega navitja. Primarno navitje je izvedeno s pravokotno žico prereza a x b, prav tako pa bi lahko bilo izvedeno z okroglo žico ali žico, ki obsega vzporedno vezanih okroglih žic ali s kombinacijo pravokotne žice prereza a x b in okrogle žice. Vsa navitja na sliki 6 so med sabo električno izolirana, prav tako pa so električno izolirana tudi z železnima jedroma 236.

Na sliki 7 sta prikazani prvi 234 in drugi 235 del sekundarnega navitja 233 s štirimi razširitvami, ki omogočajo enostaven priklop izhodnega usmernika in hlajenja s tekočino. Čeprav so posamezni deli prvega in drugega dela sekundarnega navitja 234 in 235 narisani tako, da obsegajo več delov, je mogoča izdelava obeh delov v enem samem kosu, kar znatno izboljša električne lastnosti. Na sliki 7 se prav tako vidijo masivni deli 700a, 700b obeh delov sekundarnega navitja 233, ki so vzdolž osi 500 v dolžini železnega jedra L oklenjeni z železnim jedrom in hkrati zagotavljajo popolno medsebojno prekrivanje navitij v opisanem območju. Podobno masivna dela 700c zagotavljata popolno medsebojno prekrivanje navitij v večjem delu glave prvega in drugega dela sekundarnega navitja z dolžino Ig, medtem ko je v manjšem delu glav prekrivanje navitij samo delno. Vsa navitja na sliki 7 so med sabo električno izolirana, prav tako pa so električno izolirana tudi z železnima jedroma 236.

Vrednosti mer a, b, c, d,f g, h, j s slike 5 so pri enaki intenzivnosti hlajenja odvisne od želene izhodne moči transformatorja, vrednosti Z in e s slik 4 in 5 pa sta odvisni od frekvence napajalne napetosti na primarnem navitju.

Izvedba transformatorja (30) po predloženem izumu zagotavlja homogeno porazdelitev magnetnih polij v železnem jedru transformatorja (236), kar zmanjšuje pojav nenadzorovanega nasičenja železnega jedra. Omenjena izvedba transformatorja z izhodnim usmernikom prav tako zagotavlja homogeno porazdelitev tokov v prevodnih delih in zelo kratke razdalje za priključitev izhodnega usmernika, kar zagotavlja še malo boljše izkoristke sistema od predlagane izvedbe v EP 3 232 453 Al. S predlagano izvedbo je v enakih obratovalnih pogojih prav tako mogoče doseči nekoliko večje vrednosti izhodnih tokov.

Izvedba transformatorja na sliki 4 izkazuje delno prekrivanje primarnega navitja (231) s sekundarnim navitjem (233) samo v glavah navitij na levi strani transformatorja. Brez spremembe tehničnih prednosti predložene izvedbe transformatorja je mogoče uporabiti podoben sistem omejenega prekrivanja primarnega navitja (231) s sekundarnim navitjem (233) tudi pri glavah navitij na nasprotni strani, kar je glede na sliko 4 na levi transformatorja. V tem primeru je mogoče skrajno desni usmemiški element (238) s slike 3 prestaviti na nasprotno levo stran transformatorja, nespremenjena pa ostane izvedba prekrivanja primarnega in sekundarnega navitja vzdolž osi 500 v dolžini L, kjer navitja oklepa železno jedro 236.

Claims (15)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Transformator (30), obsegajoč: vsaj eno primarno navitje (231), ki obsega vsaj eno plast, pri čemer vsaka plast primarnega navitja obsega množino ovojev, ovitih okrog osi transformatorja (300) in je vsaka plast primarnega navitja nameščena na ustrezni razdalji od osi transformatorja (300); železno jedro (236), električno izolirano od omenjenega primarnega navitja; vsaj eno sekundarno navitje (233), električno izolirano od omenjenega primarnega navitja in od omenjenega železnega jedra, pri čemer omenjeno železno jedro oklepa omenjena primarna in omenjena sekundama navitja, obsegajoč vsaj eno plast sekundarnega navitja (233), pri čemer vsaka plast sekundarnega navitja obsega vsaj en ovoj ovit okrog osi transformatorja (300) v razdalji pripadajoče plasti sekundarnega navitja od osi transformatorja (300), pri čemer se prva plast primarnega navitja in prva plast sekundarnega navitja v določeni skupni dolžini vzdolž osi (400), kije pravokotna na os transformatorja (300), med sabo ne prekrivata, ali prekrivata samo delno, vzdolž osi transformatorja (300), pri tem pa se prva plast primarnega in vse plasti sekundarnega navitja v bistvu prekrivajo vzdolž osi transformatorja (300), vsaka naslednja morebitna plast primarnega navitja je nameščena v smeri osi (400) med ostale morebitne plasti sekundarnih navitij in ovita okrog osi transformatorja (300) v razdalji pripadajoče plasti primarnega navitja od osi transformatorja (300) ali kot zadnja plast na ta način, de se morebitna druga in vsaka morebitna nadaljnja plast primarnega navitja ne prekrivajo v celoti z vsakokratno dolžino plasti sekundarnega navitja vzdolž osi transformatorja (300), kar ustvari prazen prostor med plastmi morebitne druge in vsake nadaljnje plasti primarnega navitja vzdolž osi (400) v isti liniji, kar daje na voljo prazen prostor za izvedbo kratkih priključkov sekundarnih plasti navitij v ravni liniji vzdolž osi (500).
2. 2. Transformator (30) po zahtevku 1, pri čemer se lahko posamezna plast sekundarnega navitja v delih praznega prostora med morebitno drugo ali vsako nadaljnjo plastjo primarnega navitja razširi in tvori večjo površino priključkov sekundarnih navitij za priključitev izhodnega usmernika.
3. 3. Izvedbo transformatorja (30) po zahtevku 1, pri čemer je lahko število praznih prostorov za izvedbo priključkov v morebitni drugi ali vsaki nadaljnji plasti primarnega navitja vzdolž osi transformatorja (300) vsaj eno ali več, pri tem se prazni prostori nahajajo na poljubni razdalji od (430) vzdolž osi transformatorja (300).
4. 4. Transformator (30) po zahtevku 1, obsegajoč eno primarno navitje (231) in sekundarno navitje, električno izolirano od omenjenega primarnega navitja in od omenjenega železnega jedra, obsegajoče prvi del omenjenega sekundarnega navitja in drugi del omenjenega sekundarnega navitja, pri čemer sta oba nameščena v ustreznih razdaljah okrog transformatorjeve osi (300), med katera je nameščena vsaj ena plast omenjenega primarnega navitja, pri čemer se omenjeno primarno navitje in omenjeno sekundarno navitje prekrivata vzdolž osi (500) v delu, ki ga oklepa železno jedro in nadalje, pri čemer je prekrivanje prve plasti primarnega navitja z dvema deloma sekundarnega navitja v omenjenem delu popolno, medtem ko prekrivanje druge in tretje plasti primarnega navitja s prvim in drugim delom sekundarnega navitja ostane popolno samo na tistih mestih, pri čemer dva dela sekundarnega navitja nista razširjena, v razširjenem delu dveh delov sekundarnega navitja pa je prekrivanje z drugim in tretjim delom primarnega navitja omejeno, kar omogoča izvedbo kratkih in ravnih priključkov vzdolž osi (500) za priključitev izhodnega usmernika in hlajenja.
5. 5. Transformator (30) po zahtevku 1, pri čemer se omenjeno primarno navitje in omenjeno sekundarno navitje v delu glav navitij, kijih omenjeno železno jedro ne oklepa, prekrivata samo delno ali pa se ne prekrivata.
6. 6. Transformator (30) po zahtevku 1, pri čemer je lahko del (234) sekundarnega navitja (233) izdelan v enem kosu brez spojev in pri čemer je lahko del (235) sekundarnega navitja (233) izdelan v enem kosu brez spojev.
7. 7. Transformator (30) po zahtevku 1, pri čemer so lahko pravokotne razširitve s površino f x d namenjene bodisi za izdelavo izvrtin (410) za pretok hladilne tekočine ali za vijačenje.
8. 8. Transformator (30) po zahtevku 1, pri čemer je na ravne izhode iz priključnih sponk (235a) drugega dela navitja (233) brez vmesnih povezav priključen element (239), ki hkrati predstavlja glavo na desni strani drugega dela (235) sekundarnega navitja (233) in del izhodnega usmernika.
9. 9. Transformator (30) po zahtevku 1, pri čemer sta na ravne izhode iz priključnih sponk dveh delov navitja (233) direktno priključena elementa (239) in (241), ki sta že del izhodnega usmernika in predstavljata eno od glav sekundarnega navitja (233).
10. 10. Transformator (30) po zahtevku 1, pri čemer je na ravne izhode iz priključnih sponk dveh delov sekundarnega navitja (233) priključen element (240), ki predstavlja sredinski odcep med obema deloma sekundarnega navitja.
11. 11. Transformator (30) po zahtevku 1, pri čemer je zaradi pravilnih pravokotnih oblik obeh delov sekundarnega navitja mogoče izvesti ravne izvrtine (410) za pretok hladilne tekočine.
12. 12. Transformator (30) po zahtevku 1, pri čemer je mogoče oba dela sekundarnega navitja (233) izdelati tudi brez ustreznih razširitev za izvedbo hlajenja, če hlajenje transformatorja ni potrebno.
13. 13. Transformator (30) po zahtevku 1 lahko ima izvedeni priključni mesti A 5 in A 6 pri čemerkoli.
14. 14. Transformator (30) po zahtevku 1, pri čemer je lahko primarno navitje izvedeno tudi z okroglo žico ali žico, ki obsega več vzporedno vezanih okroglih žic ali s kombinacijo žice s pravokotnim prerezom a x b in okrogle žice.
15. 15. Transformator (30) po zahtevku 1, pri čemer je mogoče z uporabo podobnega sistema omejenega prekrivanja primarnega navitja (231) s sekundarnim navitjem (233) tudi pri glavah navitij na nasprotni strani transformatorja usmemiški element (238) prestaviti na nasprotno stran transformatorja, ob tem da ostane nespremenjeno prekrivanje primarnega in sekundarnega navitja vzdolž osi (500) v dolžini L, pri čemer navitja oklepa železno jedro (236).