ES2676945T3 - Núcleo de transformador - Google Patents
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Abstract
Núcleo de transformador laminado (200), que comprende: una pluralidad de laminaciones de acero de núcleo (210, 220, 230, 240) que incluyen, cada una, una pluralidad de chapas de acero apiladas en la dirección de grosor del núcleo de transformador (200); caracterizado por: una ranura de guía (211a, 221a, 231a, 241a) formada en una superficie de cada chapa de acero (211, 221, 231, 241) de cada laminación de acero de núcleo (210, 220, 230, 240) del núcleo de transformador (200); y una pluralidad de elementos de retención de forma (250, 260, 270, 280), estando cada elemento de retención de forma sujeto a cada ranura de guía (211a, 221a, 231a, 241a) de una laminación de acero de núcleo (210, 220, 230, 240) respectiva para unir entre sí las chapas de acero (211, 221, 231, 241) de dicha laminación de acero de núcleo (210, 220, 230, 240) respectiva; en el que cada una de las ranuras de guía (211a, 221a, 231a, 241a) está formada en un lado periférico externo del núcleo de transformador (200) y cada elemento de retención de forma (250, 260, 270, 280) está dispuesto en la parte central de uno de los lados periféricos externos del núcleo de transformador (200) de tal manera que se minimiza cualquier cambio de la densidad de flujo magnético de la chapa de acero cuando fluye una corriente en el núcleo de transformador (200).
Description
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DESCRIPCION
Nucleo de transformador Antecedentes de la invencion
1. Campo de la invencion
La presente invencion se refiere en general a un nucleo de transformador, una parte solidaria de transformadores de distribucion/transmision usados en sistemas de alimentacion, y mas particularmente, a una pluralidad de laminaciones de acero de nucleo del nucleo de transformador.
2. Descripcion de la tecnica convencional
Un transformador es una maquina estatica que tiene un nucleo y dos o mas devanados enrollados sobre el nucleo. Tal transformador transforma potencia de un circuito a otro sin cambiar la frecuencia mediante induccion electromagnetica.
La induccion electromagnetica produce una fuerza electromotriz a traves de un conductor expuesto a campos magneticos variables en el tiempo. Y la mayona de transformadores se usan para aumentar o disminuir las tensiones de corriente alterna en aplicaciones de energfa electrica.
Para transformadores de potencia grandes, los nucleos de transformador se ensamblan disponiendo una pluralidad de laminaciones de acero de nucleo. Y cada una de la pluralidad de laminaciones de acero de nucleo comprende multiples chapas de acero que tienen un contenido de silicio del 3 al 4% y un grosor de 0,23 a 0,35 mm.
En general, un nucleo laminado de este tipo de un transformador de gran capacidad tiene aproximadamente 1.000 mm de grosor o un grosor mayor de 1.000 mm. Por tanto, requiere el apilamiento de varios miles de chapas de acero al silicio de 0,23 a 0,35 mm de grosor. Y, para facilitar el apilamiento de esas chapas de acero al silicio, se tendfa a perforar uno o mas orificios en cada una de las chapas de acero al silicio dependiendo de las necesidades de fabricacion.
La figura 1 ilustra un ejemplo de un nucleo de transformador 100 convencional en ensamblaje para formar un nucleo de transformador acabado para transformadores de potencia grandes.
En este caso, una pluralidad de laminaciones de acero de nucleo 110, 120, 130 y 140 estan dispuestas para recibir mas chapas de acero al silicio.
Por ejemplo, cuando el nucleo laminado esta completamente ensamblado, la laminacion de acero de nucleo 110 puede ser entonces una culata inferior de nucleo. Y como resultado de esto, la laminacion 130 puede ser una culata superior de nucleo, y las laminaciones 120 y 140 pueden ser un par de patillas que conectan la culata inferior de nucleo y la culata superior de nucleo.
Para construir el nucleo laminado 100, esas cuatro laminaciones de acero de nucleo 110, 120, 130 y 140 ensambladas en una pila se adhieren entre sf mediante diversos medios.
La figura 1 no ofrece detalles de como ensamblar las cuatro laminaciones de acero de nucleo. Sin embargo, en las figuras 2a y 2b, las chapas de acero 211 y 221 tienen una junta de empalme de tal manera que los extremos de ataque de cada chapa estan unidos a los extremos de ataque de la otra chapa.
En la figura 1, cada una de todas las chapas de acero que forman las laminaciones de acero de nucleo 110, 120, 130 y 140 tienen al menos, respectivamente, un orificio en su superficie con un tamano preestablecido. Por ejemplo, esos orificios indican las regiones que las chapas de acero para situar 150 y 170 en la primera laminacion de acero de nucleo 110.
Tambien mantienen la forma de su laminacion mientras se ensamblan para formar una forma de laminacion acabada. Para el proposito similar de rapido apilamiento, la segunda laminacion de acero de nucleo 120 consiste en chapas de acero con una pluralidad de orificios. Y, esos orificios tienen un diametro promedio de 20 a 30 mm.
En la figura 1, una pluralidad de lmeas de flecha representadas en las chapas de acero ilustra un flujo a modo de ejemplo del campo magnetico cuando fluye corriente por los devanados (no indicados) enrollados alrededor de las laminaciones de acero de nucleo 110, 120, 130 y 140.
En este caso, debido a los orificios, el flujo magnetico no es lo bastante uniforme a lo largo de toda la superficie de la chapa de acero. Mas precisamente, las lmeas de flujo magnetico adyacentes a los orificios estan mas concentradas que las otras regiones alejadas de los orificios. Y tal distribucion de flujo magnetico distorsionada reduce el rendimiento electrico del transformador.
Tal como se muestra en la figura 1, esos orificios perforados ocupan el material de la chapa de acero de tal manera
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que se reduce el factor de apilamiento del nucleo. Ademas, se forma una rebaba al punzonar un orificio de apilamiento en cada chapa de acero.
La rebaba forma distancias de separacion entre las chapas de acero apiladas, provocando por tanto una disminucion del factor de apilamiento del nucleo. Ademas, el nucleo de transformador con los orificios de apilamiento produce ruido cuando fluye una corriente alterna (CA) por los devanados enrollados sobre el nucleo. Los espacios de separacion entre cada una de las chapas de acero apiladas producen mayores ruidos de vibracion.
Para resolver esos problemas tecnicos, se propone un metodo que usa un recipiente hueco para cubrir la laminacion de acero de nucleo para el apilamiento rapido y seguro de una pluralidad de una o mas de unas chapas de materiales de acero de nucleo que forman la laminacion de acero de nucleo.
Sin embargo este metodo es parcialmente eficaz porque solo elimina la necesidad de que los orificios fijen la chapa de acero de la laminacion. El problema es que hacer que la forma del recipiente hueco corresponda a una forma unica de la laminacion de acero de nucleo de transformador, por ejemplo, una forma abombada, es simplemente una tarea diffcil que consume tiempo y es costosa.
El documento US 6 070 317 da a conocer un transformador que incluye un nucleo laminado.
Sumario de la invencion
Se ha producido la presente invencion para resolver los problemas anteriormente mencionados. Se emplea un elemento de retencion de forma para facilitar el ensamblaje de las laminaciones de acero de nucleo.
El elemento de retencion de forma se fija o sujeta al nucleo laminado mediante una ranura de grna respectiva de tal manera que la ranura de grna no reduce las caractensticas electromagneticas deseadas de las laminaciones de acero de nucleo.
El uno o mas elementos de retencion de forma sujetos a la laminacion de acero de nucleo mejoran el factor de apilamiento del nucleo laminado y reducen los ruidos de vibracion procedentes de los orificios convencionales. Esos elementos de retencion tambien son eficaces para impedir un aumento de temperatura debido al uso del nucleo de transformador convencional.
Ademas, la ranura de grna respectiva para recibir el elemento de retencion de forma se ubica en el lugar con la magnitud mas debil de intensidad de campo magnetico.
Por tanto, la fijacion del elemento de retencion de forma a las ranuras de grna es eficaz para minimizar las variaciones en la densidad de flujo magnetico de la superficie de chapa de acero que estan provocadas por los orificios de apilamiento convencionales, mejorando por tanto el rendimiento del transformador.
Segun la presente invencion, se proporciona un nucleo de transformador segun la reivindicacion 1. Se exponen realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripcion de los dibujos
Los dibujos adjuntos, que se incluyen para proporcionar una comprension adicional de la invencion y se incorporan en y forman parte de esta memoria descriptiva, ilustran realizaciones y conjuntamente con la descripcion sirven para explicar los principios de la invencion.
En los dibujos:
la figura 1 es una vista en seccion transversal que ilustra un ejemplo de un nucleo de transformador convencional;
la figura 2A es una vista en seccion transversal que ilustra un transformador segun una realizacion de la presente invencion;
la figura 2B es una vista en seccion transversal que muestra un ejemplo de una junta de chapas de acero de un transformador segun la presente invencion;
la figura 3 es una vista en seccion transversal que ilustra ejemplos de una ranura de grna y un elemento de retencion de forma segun una realizacion de la presente invencion; y
la figura 4 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo de un procedimiento de apilamiento de chapas de acero de un nucleo de transformador segun la presente invencion.
Descripcion detallada de la invencion
A continuacion en el presente documento, se describiran en detalle una estructura de nucleo de transformador laminado y un metodo de fabricacion de la misma segun la presente invencion haciendo referencia a los dibujos adjuntos.
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Haciendo referencia a la figura 2A, se ilustra un nucleo de transformador 200 segun una realizacion de la presente invencion. El nucleo de transformador laminado 200 tiene cuatro laminaciones de acero de nucleo 210, 220, 230 y 240. Las cuatro laminaciones de acero 210, 220, 230 y 240 se componen de una pluralidad de chapas de acero delgadas apiladas en la direccion de grosor del nucleo de transformador 200.
Estan implantados elementos de retencion de forma 250, 260, 270 y 280 en la parte central de los bordes de las cuatro laminaciones de acero 210, 220, 230 y 240, respectivamente. Los elementos de retencion de forma 250, 260, 270 y 280 estan en vertical en la direccion de grosor del nucleo de transformador 200 o en perpendicular al suelo.
La longitud de esos elementos de retencion de forma se establece proporcional al grosor de las laminaciones de acero de nucleo 210, 220, 230 y 240, y puede variarse segun otras necesidades tecnicas.
Con el uso de los elementos de retencion de forma 250, 260, 270 y 280, las chapas de acero delgadas 211, 221, 231 y 241 se apilan rapidamente sobre sus laminaciones de acero de nucleo 210, 220, 230 y 240 correspondientes. Y los elementos de retencion de forma incorporados en las laminaciones de acero de nucleo parcialmente ensambladas ayudan a mantener la forma del nucleo mientras forman una forma completa del nucleo 200.
Tal como se muestra en la figura 2A, la pluralidad de ranuras de grna 211a, 221a, 231a y 241a estan dispuestas en los bordes externos de las chapas de acero 211, 221, 231 y 241. Sus ubicaciones estan definidas habida cuenta de que las ranuras de grna eviten la trayectoria de flujo del flujo magnetico. Por tanto, cuando fluye una corriente por los devanados (no mostrados) enrollados sobre el nucleo de transformador 200, puede minimizarse cualquier cambio de densidad de las lmeas de campo magnetico, que se espera que se produzca por los orificios (ranuras de grna). Es decir, las ranuras de grna ocupan cualquier lugar en la chapa de acero que no afecte a la densidad de flujo original.
Cuando el nucleo esta en ensamblaje, los elementos de retencion 250, 260, 270 y 280 implantados en el nucleo pueden facilitar la colocacion de las chapas de acero y un ensamblaje facil. Los elementos de retencion de forma llenan las ranuras de grna 211a, 221a, 231a y 241a respectivamente. Y las ranuras llenas pueden minimizar cualquier variacion en la densidad de flujo magnetico de las chapas de acero que solfa estar provocada por los orificios de apilamiento tal como se comento anteriormente.
Como ejemplo de la presente invencion, el material del elemento de retencion de forma puede ser el mismo que el de las chapas de acero al silicio.
Como ejemplo de la presente invencion, los elementos de retencion de forma 250, 260, 270 y 280 pueden separarse de las ranuras de grna 211a, 221a, 231a y 241a.
La forma y el numero de las ranuras de grna 211a, 221a, 231a y 241a se determinan teniendo en cuenta factores tales como la facilidad de fabricacion de un nucleo de transformador, la reduccion de ruidos de transformador, y las variaciones en la densidad de flujo magnetico.
El numero de ranuras de grna puede ser proporcional al area de la chapa de acero en la que van a formarse las ranuras de grna. El numero de las ranuras de grna tambien se determina considerando la anchura de las laminaciones de acero de nucleo 210, 220, 230 y 240 del nucleo, la altura del nucleo 200, y similares.
La longitud (h) del elemento de retencion de forma 250, 260, 270 y 280 esta determinada por las necesidades tecnicas del usuario.
Tal como se muestra en la figura 2B, las chapas de acero 211,221, 231 y 241 pueden tener una junta de empalme de tal manera que los extremos de ataque de cada chapa de acero esten unidos a los extremos de ataque de la otra chapa.
La figura 3 ilustra las formas de una ranura de grna formada en una chapa de acero y las formas de un elemento de retencion de forma sujeto a la ranura de grna como una realizacion de la presente invencion.
Como una realizacion de la presente invencion, una chapa de acero 300 del nucleo de transformador 200 tiene un elemento de retencion en forma con forma de cuna 320 y una ranura de grna con forma de cuna 310 para recibir la insercion del elemento de retencion con forma de cuna 320.
En otra realizacion de la presente invencion, la chapa de acero 300 del nucleo de transformador 200 tiene un elemento de retencion de forma con forma rectangular 350 y una ranura de grna con forma rectangular 340 para recibir la insercion del elemento de retencion de forma con forma rectangular 350.
Sin embargo, la forma de una ranura de grna y la forma de un elemento de retencion de forma y la ranura de grna no se limitan a las formas anteriormente mencionadas. Es decir, la ranura de grna en la chapa de acero puede formar una forma curva, y el elemento de retencion de forma sujeto a la ranura de grna curva puede tener la misma forma curva, dependiendo de otras necesidades tecnicas.
Una o mas ranuras de grna pueden tener la forma espedfica anteriormente mencionada basandose en el area de la chapa de acero en las que se forman las ranuras de grna. Ademas, el elemento de retencion de forma segun la
presente invencion puede producirse del material que pueda fabricarse facilmente.
La figura 4 muestra un ejemplo de un procedimiento de produccion del nucleo de transformador segun la presente invencion.
La primera etapa es la etapa S1: formar una o mas ranuras de gma en una pluralidad de chapas de acero que 5 forman el nucleo de transformador 200. La ranura de gma se forma en una o mas regiones que provocan los menores efectos sobre la densidad de flujo magnetico de una primera chapa de acero cuando fluye una corriente en un nucleo de transformador 200 completado. La forma y el numero de las ranuras de gma se determinan considerando cuestiones tecnicas que incluyen la facilidad de fabricacion del nucleo, la reduccion del ruido de transformador y la mejora del factor de apilamiento del nucleo.
10 La segunda etapa es la etapa S2: ensamblar un elemento de retencion de forma y una primera de la pluralidad de chapas de acero. Cuando se inserta el elemento de retencion de forma en la ranura de gma, toda la superficie de la chapa de acero puede ser plana. Por tanto, puede eliminarse la no uniformidad de densidad de flujo magnetico orientada a los orificios en la chapa de acero. El elemento de retencion de forma puede producirse de un material que permite ajustar facilmente la longitud del elemento de retencion de forma en consonancia con la pila del nucleo.
15 La tercera etapa es la etapa S3: apilar una segunda de la pluralidad de chapas de acero sobre la primera chapa de acero mediante el elemento de retencion de forma que esta situado vertical en perpendicular al suelo. Usando el elemento de retencion de forma, puede fabricarse el nucleo de transformador con un ahorro de tiempo sustancial.
La cuarta etapa es la etapa de S4: continuar con el apilamiento de las chapas de acero para formar un nucleo de transformador acabado.
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Claims (4)
- REIVINDICACIONES1. Nucleo de transformador laminado (200), que comprende:una pluralidad de laminaciones de acero de nucleo (210, 220, 230, 240) que incluyen, cada una, una pluralidad de chapas de acero apiladas en la direccion de grosor del nucleo de transformador (200);5 caracterizado por:una ranura de gma (211a, 221a, 231a, 241a) formada en una superficie de cada chapa de acero (211, 221, 231, 241) de cada laminacion de acero de nucleo (210, 220, 230, 240) del nucleo de transformador (200); yuna pluralidad de elementos de retencion de forma (250, 260, 270, 280), estando cada elemento de retencion de forma sujeto a cada ranura de gma (211a, 221a, 231a, 241a) de una laminacion de acero de 10 nucleo (210, 220, 230, 240) respectiva para unir entre sf las chapas de acero (211, 221, 231, 241) de dichalaminacion de acero de nucleo (210, 220, 230, 240) respectiva;en el que cada una de las ranuras de gma (211a, 221a, 231a, 241a) esta formada en un lado periferico externo del nucleo de transformador (200) y cada elemento de retencion de forma (250, 260, 270, 280) esta dispuesto en la parte central de uno de los lados perifericos externos del nucleo de transformador (200) de 15 tal manera que se minimiza cualquier cambio de la densidad de flujo magnetico de la chapa de acerocuando fluye una corriente en el nucleo de transformador (200).
- 2. Nucleo de transformador laminado segun la reivindicacion 1, en el que la al menos una ranura de gma (211a, 221a, 231a, 241a) tiene una forma curva o una forma poligonal.
- 3. Nucleo de transformador laminado segun la reivindicacion 1, en el que una de las formas de la ranura de20 gma es igual que una seccion transversal del elemento de retencion de forma.
- 4. Nucleo de transformador laminado segun la reivindicacion 1, en el que cada elemento de retencion deforma puede separarse de las ranuras de gma de la laminacion de acero de nucleo respectiva.
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