ES2775602T3 - Transformador para reducir las pérdidas de corriente de Foucault de una bobina - Google Patents
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Abstract
Un transformador para reducir las pérdidas de corriente de Foucault de una bobina, el transformador que comprende: un núcleo (10); y una primera bobina (21) y una segunda bobina (26) instaladas secuencialmente en círculos concéntricos que rodean el núcleo (10), en donde cada una de la primera bobina (21) y la segunda bobina (26) comprende una pluralidad de conductores (31), caracterizado por que: cada uno de un primer extremo superior externo (22) y un primer extremo inferior externo (23) de la primera bobina (21) y un segundo extremo superior interno (29) y un segundo extremo inferior interno (30) de la segunda bobina (26) tiene una parte cortada por conductores retirados (31), y en donde un material aislante (35) está dispuesto en la parte cortada, reduciendo por ello la influencia del flujo de fuga.
Description
DESCRIPCIÓN
Transformador para reducir las pérdidas de corriente de Foucault de una bobina
Antecedentes de la descripción
1. Campo de la descripción
La presente descripción se refiere a un transformador para reducir las pérdidas de corriente de Foucault de una bobina y, en particular, a un transformador en el que una parte cortada que se proporciona retirando una parte de un conductor se proporciona en cada uno de un extremo superior y un extremo inferior de una bobina y, de este modo, se reducen las pérdidas de corriente de Foucault causadas por un flujo de fuga.
2. Antecedentes de la descripción
En general, un transformador de potencia de alta tensión es un dispositivo electrónico que se proporciona en un sistema de potencia y se suministra con una tensión desde una central eléctrica para aumentar y disminuir la tensión. El transformador de potencia de alta tensión juega un papel importante en la transmisión de potencia a un consumidor de potencia.
Una pérdida eléctrica ocurre en la operación y la gestión de un transformador, y una pérdida de un transformador se representa mediante una suma de pérdida sin carga, pérdida de carga y pérdida que ocurre en un dispositivo auxiliar (un ventilador, una bomba y/o similar). La pérdida sin carga es una pérdida que ocurre en un núcleo que configura un transformador, y la pérdida de carga es una pérdida que ocurre en una bobina, una estructura de soporte cerca de la bobina, un depósito y/o similares.
En la pérdida de carga, la mayoría de las pérdidas son pérdidas de resistencia de corriente continua (DC) causadas por una resistencia de bobina, pero no se puede despreciar la pérdida de carga parásita y la pérdida de corriente de Foucault que ocurre en una bobina, una estructura de soporte y un depósito debido al flujo de fuga. En particular, la pérdida de corriente de Foucault que ocurre en una bobina causa sobrecalentamiento local, y es un factor que afecta en gran medida a la fiabilidad de operación a largo plazo de un transformador.
El documento JPS56147417 describe un devanado para un transformador que tiene una pata de núcleo de hierro, relés de núcleo de hierro dispuestos por encima y por debajo de la pata de núcleo de hierro, y devanados interior y exterior.
La FIG. 1 ilustra esquemáticamente una vista en sección transversal de un núcleo y una bobina de un transformador de la técnica relacionada. Las FIG. 2A a 2C ilustran ejemplos de un conductor aplicado a una bobina del transformador de la técnica relacionada. En este caso, la FIG. 2A ilustra un conductor plano 4a, la FIG. 2B ilustra un conductor doble 4b, y la FIG. 2C ilustra un conductor transpuesto 4c. La FIG. 3 ilustra una vista en sección transversal detallada de una bobina del transformador de la técnica relacionada.
En el transformador de la técnica relacionada, como se ilustra en la FIG. 1, una pluralidad de bobinas 2 y 3 están dispuestas para formar un círculo concéntrico con respecto a un núcleo 1. En la FIG. 1, solamente se ilustran dos bobinas 2 y 3, pero el número de bobinas puede ser dos o más dependiendo del lugar donde se use el transformador.
Las bobinas 2 y 3 del transformador se fabrican enrollando los conductores 4 formados de cobre, aluminio y una aleación. Los conductores 4 se rodean por un material aislante 5, para aislar las vueltas de los conductores 4. La FIG. 3 ilustra diversas formas de conductores usados para las bobinas 2 y 3 del transformador. Una parte rayada oblicuamente se refiere al conductor 4, y un parte que rodea al conductor 4 se refiere a un material aislante.
Con referencia a la FIG. 3, la bobina 2 del transformador está configurada por una combinación de varias piezas de conductores (por ejemplo, una combinación de las secciones 2a, 2b, 2c, ... donde está enrollado el conductor transpuesto 4c). Con el fin de enfriar la bobina 2, se puede proporcionar un conducto de enfriamiento vertical 7 en las secciones de bobina 2a, 2b, 2c, ... La FIG. 3 ilustra una bobina donde se usa el conductor transpuesto 4c y se aplican dos conductos de enfriamiento verticales 7 para enfriar la bobina 2.
La FIG. 4 ilustra un flujo de fuga de una bobina de transformador y la pérdida de corriente de Foucault de un extremo de la bobina causada por el flujo de fuga. Cuando se aplica potencia a una bobina primaria 2 de un transformador, se induce una tensión a una bobina secundaria 3, y una dirección de una corriente que fluye en la bobina secundaria 3 es opuesta a la de una corriente que fluye en la bobina primaria 2. Debido a tal influencia, el flujo de fuga ocurre en gran medida entre la bobina primaria 2 y la bobina secundaria 3 y, de este modo, se genera una corriente de Foucault cerca de cada una de las bobinas 2 y 3, para atenuar el flujo de fuga. Se hace referencia a la pérdida causada por la corriente de Foucault como pérdida de corriente de Foucault. La pérdida de corriente de Foucault se ve afectada por un nivel y una dirección del flujo de fuga de un transformador, una dimensión de un conductor de bobina, una densidad de corriente de una bobina, una resistencia de una bobina y una frecuencia de potencia. Una parte donde ocurre un número de pérdidas de corriente de Foucault causadas por el flujo de fuga es un extremo de
una bobina de transformador, y se mide la altura un aumento de temperatura local (punto caliente) causado por la pérdida de corriente de Foucault. Con referencia a la FIG. 4, una pérdida de corriente de Foucault de una sección de bobina 3a es mayor que la de una sección de bobina 3b.
Como se ha descrito anteriormente, ejemplos de factores que afectan a la magnitud de la pérdida de corriente de Foucault que ocurre en una bobina incluyen un valor máximo de flujo de fuga, una dirección incidente del flujo de fuga con respecto a una bobina, una dimensión basada en una forma y un tamaño de un conductor de bobina, una densidad de corriente de una bobina, un resistencia de un conductor y un nivel de una frecuencia de potencia. En estos factores, un factor para satisfacer las características (% de impedancia, capacidad y/o similar) requerido por un transformador y ajustar la pérdida de corriente de Foucault es la dimensión del conductor de bobina (a, a', a” o b en la Fig. 2). En general, con el fin de reducir las pérdidas de corriente de Foucault de una bobina, se usa el conductor doble 4b en lugar del conductor plano 4a, y el conductor transpuesto 4c se usa en lugar del conductor doble 4b. En las dimensiones de bobina, una dimensión (a) que afecta mayormente a una pérdida de corriente de Foucault de una bobina se ilustra en la FIG. 2.
Por lo tanto, el conductor transpuesto 4c donde la dimensión (a) del conductor de bobina es el más pequeño se usa para reducir las pérdidas de corriente de Foucault.
No obstante, en la técnica relacionada, un método de reducción de las pérdidas de corriente de Foucault ajustando una dimensión de un conductor de bobina tiene un inconveniente que es difícil de aplicar para mantener la resistencia mecánica. También, se requiere mantener una densidad de corriente apropiada de una bobina y, de este modo, una dimensión (b) del conductor se debería ampliar relativamente para disminuir la dimensión (a) del conductor. Por esta razón, la pérdida de corriente de Foucault causada por la dimensión (b) aumenta.
Compendio de la descripción
Por lo tanto, un aspecto de la descripción detallada es proporcionar un transformador para reducir las pérdidas de corriente de Foucault causadas por el flujo de fuga que ocurre en el transformador.
La presente invención se define por los rasgos de la reivindicación independiente. Realizaciones beneficiosas preferidas de la misma se definen por los rasgos secundarios de las reivindicaciones dependientes.
En el transformado para reducir las pérdidas de corriente de Foucault de una bobina según una realización ejemplar de la presente invención, dado que se proporciona una parte cortada en un extremo de una bobina, se reducen las pérdidas de corriente de Foucault causadas por el flujo de fuga que ocurre en el transformador. Por lo tanto, se reduce el calor y, de este modo, se mejora la estabilidad de un dispositivo y aumenta la durabilidad. También, dado que un material aislante se rellena en la parte cortada, la resistencia a cortocircuitos no se debilita.
El alcance adicional de aplicabilidad de la presente solicitud llegará a ser más evidente a partir de la descripción detallada dada en lo sucesivo. No obstante, se debería entender que la descripción detallada y los ejemplos específicos, al tiempo que indican realizaciones preferidas de la descripción, se dan solamente a modo de ilustración, dado que diversos cambios y modificaciones dentro del alcance de la descripción y las reivindicaciones llegarán a ser evidentes para los expertos en la técnica a partir de la descripción detallada.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos que se acompañan, que se incluyen para proporcionar una comprensión adicional de la descripción y se incorporan en y constituyen una parte de esta especificación, ilustran realizaciones ejemplares y junto con la descripción sirven para explicar los principios de la descripción.
En los dibujos:
La FIG. 1 ilustra esquemáticamente una vista en sección transversal de un núcleo y una bobina de un transformador de la técnica relacionada;
Las FIG. 2A a 2C ilustran ejemplos de un conductor aplicado a una bobina del transformador de la técnica relacionada, la FIG. 2A que ilustra un conductor plano, la FIG. 2B que ilustra un conductor doble y la FIG. 2C que ilustra un conductor transpuesto;
La FIG. 3 ilustra una vista en sección transversal detallada de una bobina del transformador de la técnica relacionada;
La FIG. 4 ilustra un flujo de fuga y una pérdida de corriente de Foucault que ocurren en una bobina primaria y una bobina secundaria del transformador de la técnica relacionada;
La FIG. 5 es un diagrama esquemático que ilustra superficies en sección transversal de un núcleo y una bobina de un transformador según una realización ejemplar de la presente invención;
La FIG. 6 es un diagrama esquemático que ilustra superficies en sección transversal de un núcleo y una bobina de un transformador según otra realización ejemplar de la presente invención;
La FIG. 7 es un diagrama esquemático que ilustra superficies en sección transversal de un núcleo y una bobina de un transformador según otra realización ejemplar de la presente invención; y
La FIG. 8 es un diagrama esquemático que ilustra superficies en sección transversal de un núcleo y una bobina de un transformador según otra realización ejemplar de la presente invención.
Descripción detallada de la descripción
Ahora se dará una descripción en detalle de las realizaciones ejemplares, con referencia a los dibujos que se acompañan. En aras de una breve descripción con referencia a los dibujos, los mismos componentes o componentes equivalentes se dotarán con los mismos números de referencia, y no se repetirá una descripción de los mismos.
En lo sucesivo, se describirán en detalle realizaciones preferidas de la presente invención con referencia a los dibujos que se acompañan. No obstante, las realizaciones se proporcionan solamente para describir la invención de una manera suficientemente clara y completa para que la invención sea llevada a cabo fácilmente por una persona experta en la técnica a la que pertenece la invención, pero no suponen limitar las ideas técnicas y las categorías de la presente invención.
La FIG. 5 es un diagrama esquemático que ilustra superficies en sección transversal de un núcleo y una bobina de un transformador según una realización de la presente invención. El transformador para reducir las pérdidas de corriente de Foucault de una bobina, según una realización de la presente invención, se describirá en detalle con referencia a los dibujos que se acompañan.
El transformador para reducir las pérdidas de corriente de Foucault de una bobina, según una realización de la presente invención, incluye un núcleo 10; una primera bobina 21 y una segunda bobina 26 que están instaladas secuencialmente en un círculo concéntrico para rodear el núcleo 10. Una parte cortada que se proporciona retirando una parte de un conductor 31 se puede proporcionar en cada uno de un primer extremo superior externo 22 y un primer extremo inferior externo 3 de la primera bobina 21 y un segundo extremo superior interno 29 y un segundo extremo inferior interno 30 de la segunda bobina 26.
El núcleo 10 se puede proporcionar para formar una trayectoria de flujo y aumentar una densidad de flujo. Un material del núcleo 10 puede usar una placa de acero al silicio direccional fabricada mediante un método de laminación en frío. El núcleo 10 puede estar rodeado por una cinta aislante que sea buena en características térmicas y características mecánicas, y se puede realizar un procesamiento de pintura anticorrosiva para una superficie del núcleo 10.
El núcleo 10 se puede fabricar apilando placas de acero que tengan el mismo tamaño. Las placas de acero apiladas pueden configurar una capa que constituye un grupo. Se puede apilar una pluralidad de las capas para configurar el núcleo 10.
Una bobina 20 se instala alrededor del núcleo 10 para rodear el núcleo 10 en una forma concéntrica. Se puede hacer referencia a una bobina que es la más adyacente al núcleo 10 como la primera bobina 21, y se puede hacer referencia a una bobina se instala posteriormente como la segunda bobina 26. La bobina 20 se puede configurar mediante un mayor número de capas, pero por conveniencia, se describirán como ejemplo dos bobinas. Una descripción de la presente realización y una descripción de otra realización ejemplar se pueden aplicar a tres o más bobinas.
En una vista en sección transversal, se puede hacer referencia respectivamente a una pluralidad de extremos que constituyen las esquinas de la primera bobina 21 como el primer extremo superior externo 22, el primer extremo inferior externo 23, un primer extremo superior interno 24 y un primer extremo inferior interno 25.
Del mismo modo, en la vista en sección transversal, se puede hacer referencia respectivamente a una pluralidad de extremos que constituyen las esquinas de la segunda bobina 26 como un segundo extremo superior externo 27, un segundo extremo inferior externo 28, el segundo extremo superior interno 29 y el segundo extremo inferior interno 30.
La bobina 20 se puede proporcionar de modo que se retire una parte de un conductor correspondiente a un extremo de la bobina 20, donde la pérdida de corriente de Foucault de la bobina 20 ocurre mayormente. Es decir, la parte cortada se puede proporcionar en cada uno del primer extremo superior externo 22 y el primer extremo inferior externo 23 de la primera bobina 21 y el segundo extremo superior interno 29 y el segundo extremo inferior interno 30 de la segunda bobina 26.
Dado que la parte cortada se proporciona en cada uno del primer extremo superior externo 22 y el primer extremo inferior externo 3 de la primera bobina 21 y el segundo extremo superior interno 29 y el segundo extremo inferior
interno 30 de la segunda bobina 26, se reducen las pérdidas de corriente de Foucault causadas por el flujo de fuga que ocurre en cada uno de los extremos.
En este caso, como se ilustra en la FIG. 5, la parte cortada se puede proporcionar que tenga una superficie inclinada. Alternativamente, aunque no se muestra por separado, la parte cortada se puede proporcionar en forma redonda. Cuando se proporciona una superficie cortada de cada extremo como una superficie inclinada o se proporciona en forma redonda, se puede proporcionar una superficie similar a la forma del flujo de fuga y, de este modo, las pérdidas de corriente de Foucault se minimizan evitando una parte en la que se concentran los flujos de fuga. Es decir, con referencia a la FIG. 4, la pérdida de corriente de Foucault que afecta a una bobina de un transformador aumenta según el tamaño de un vector que entra desde un extremo de la bobina a un conductor de bobina en una dirección vertical entre los flujos de fuga y, en este caso, dado que se proporciona una parte cortada en un extremo de una bobina, se disminuye el nivel de flujo de fuga que afecta a un conductor de extremo de bobina.
La FIG. 6 es un diagrama esquemático que ilustra las superficies en sección transversal de un núcleo y una bobina de un transformador según otra realización ejemplar de la presente invención.
En la presente realización, se puede proporcionar respectivamente una pluralidad de partes cortadas en todos los extremos de cada una de una pluralidad de bobinas. Es decir, se puede proporcionar respectivamente una pluralidad de partes cortadas en un primer extremo superior externo 22, un primer extremo inferior externo 23, un primer extremo superior interno 24 y un primer extremo inferior interno 25 de una primera bobina 21. También, se puede proporcionar respectivamente una pluralidad de partes cortadas en un segundo extremo superior externo 27, un segundo extremo inferior externo 28, un segundo extremo superior interno 29 y un segundo extremo inferior interno 30 de una segunda bobina 26. Dado que se proporciona respectivamente una pluralidad de partes cortadas en todos los extremos de cada una de una pluralidad de bobinas 20, se reduce tanto como sea posible una corriente de Foucault causada por un flujo de fuga.
La FIG. 7 ilustra un diagrama esquemático que ilustra superficies en sección transversal de un núcleo y una bobina de un transformador según otra realización ejemplar de la presente invención.
En la presente realización, se puede proporcionar una parte cortada que se proporciona en cada uno de los extremos de cada una de una pluralidad de bobinas que tiene una superficie escalonada, esto es, una forma escalonada. Esto se puede ver claramente con referencia a una configuración sustancial de cada uno de una pluralidad de conductores 31 que configuran una primera bobina 21 y una segunda bobina 26 ilustrada en un diagrama detallado. Una unidad que configura cada una de la primera bobina 21 y la segunda bobina 22 es el conductor 31 y, de este modo, cuando cada una de una pluralidad de bobinas 20 se fabrica mediante un método de retirada del conductor 31, la parte cortada se puede proporcionar de una forma escalonada como se ilustra en la FIG. 7.
En este caso, la superficie escalonada se puede proporcionar ajustando una longitud de una sección de bobina que configura una capa de cada una de una pluralidad de bobinas.
La FIG. 8 es un diagrama esquemático que ilustra superficies en sección transversal de un núcleo y una bobina de un transformador según otra realización ejemplar de la presente invención.
En la presente realización, en cada una de una pluralidad de bobinas 20, un material aislante 35 se puede rellenar en una parte cortada que se proporciona retirando un conductor 31. El conductor 31 se puede retirar de un extremo de cada una de la primera bobina 21 y la segunda bobina 26, y el material aislante 35 se rellena en una parte correspondiente. Por lo tanto, se reducen las pérdidas de corriente de Foucault causadas por el flujo de fuga, y se mantiene la forma de la bobina 20. Por consiguiente, no se debilita la resistencia a cortocircuitos.
En el transformado para reducir las pérdidas de corriente de Foucault de una bobina según una realización ejemplar de la presente invención, dado que se proporciona una parte cortada en un extremo de una bobina, se reducen las pérdidas de corriente de Foucault causadas por el flujo de fuga que ocurre en el transformador. Por lo tanto, se reduce el calor y, de este modo, se mejora la estabilidad de un dispositivo, y aumenta la durabilidad. También, dado que se rellena un material aislante en la parte cortada, no se debilita la resistencia a cortocircuitos.
Las realizaciones y ventajas anteriores son meramente ejemplares y no se han de considerar como limitantes de la presente descripción. Las presentes enseñanzas se pueden aplicar fácilmente a otros tipos de aparatos. Esta descripción se pretende que sea ilustrativa, y que no limite el alcance de las reivindicaciones. Muchas alternativas, modificaciones y variaciones serán evidentes para los expertos en la técnica. Los rasgos, estructuras, métodos y otras características de las realizaciones descritas en la presente memoria se pueden combinar de diversas maneras para obtener realizaciones ejemplares adicionales y/o alternativas.
En la medida que los presentes rasgos se pueden incorporar en varias formas sin apartarse de las características de los mismos, también se debería entender que las realizaciones descritas anteriormente no están limitadas por ninguno de los detalles de la descripción anterior, a menos que se especifique de otro modo, sino que en su lugar se deberían considerar ampliamente dentro de su alcance como se define en las reivindicaciones adjuntas y, por lo
tanto, todos los cambios y modificaciones que caigan dentro de las medidas y los límites de las reivindicaciones, o los equivalentes de tales medidas y límites se pretende, por lo tanto, que estén abarcados por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (3)
1. Un transformador para reducir las pérdidas de corriente de Foucault de una bobina, el transformador que comprende:
un núcleo (10); y
una primera bobina (21) y una segunda bobina (26) instaladas secuencialmente en círculos concéntricos que rodean el núcleo (10), en donde cada una de la primera bobina (21) y la segunda bobina (26) comprende una pluralidad de conductores (31),
caracterizado por que:
cada uno de un primer extremo superior externo (22) y un primer extremo inferior externo (23) de la primera bobina (21) y un segundo extremo superior interno (29) y un segundo extremo inferior interno (30) de la segunda bobina (26) tiene una parte cortada por conductores retirados (31), y
en donde un material aislante (35) está dispuesto en la parte cortada, reduciendo por ello la influencia del flujo de fuga.
2. El transformador de la reivindicación 1, en donde cada uno de un primer extremo superior interno (24) y un primer extremo inferior interno (25) de la primera bobina (21) y un segundo extremo superior externo (27) y un segundo extremo inferior externo (28) de la segunda bobina (26) tiene una parte cortada por conductores retirados (31) para reducir la influencia del flujo de fuga.
3. El transformador de la reivindicación 1 o 2, en donde una superficie cortada de la parte cortada comprende una de una superficie inclinada, una superficie redonda o una superficie escalonada.
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