WO2010051911A1 - Anordnung von wicklungssegmenten - Google Patents

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WO2010051911A1
WO2010051911A1 PCT/EP2009/007553 EP2009007553W WO2010051911A1 WO 2010051911 A1 WO2010051911 A1 WO 2010051911A1 EP 2009007553 W EP2009007553 W EP 2009007553W WO 2010051911 A1 WO2010051911 A1 WO 2010051911A1
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WO
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winding
arrangement according
busbar
conductor
segment
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PCT/EP2009/007553
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English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Weber
Karel Bilek
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ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/16—Toroidal transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2847—Sheets; Strips
    • H01F27/2852—Construction of conductive connections, of leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2847—Sheets; Strips

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of first winding segments of a transformer winding around a transformer core extending annularly about a central axis, wherein a respective first winding segment comprises at least two windings of a respective winding conductor arranged around a respective winding axis, the first winding segments being spaced from their respective winding axis Transformer core are penetrated and wherein the first winding segments are arranged at a respective angle to each other about the central axis
  • transformers are used in electrical energy supply networks. Their task is to electrically couple network areas with different voltage levels together. Higher voltages, for example 1OkV or 11OkV are suitable for transmission over longer distances because the electrical transmission losses are reduced by the lower current flow. Usually, however, consumers in an electrical network require a lower voltage, which results in a correspondingly higher current flow for the same electrical power.
  • the low-voltage winding of an electrical transformer must be able to carry a correspondingly high current, depending on the rated power and rated voltage of the transformer, for example, some 10A to several 1000A.
  • One way of constructive simplification of such a power transformer is the modular construction of upper and lower voltage winding.
  • a corresponding arrangement of winding modules for power transformers is described in PCT / EP2008 / 003824. In this case, a plurality of winding modules, each having one undervoltage winding segment and one high-voltage winding segment, are arranged around an annular transformer core. wherein the lower voltage winding segments are electrically connected in parallel and the upper voltage winding segments are electrically connected in series.
  • an electrical connection of the winding modules by means of cable pieces is proposed.
  • the terminals of the lower voltage winding segments can also be connected to one another in a star shape at a common point via corresponding lines, which accordingly has unnecessarily high line lengths.
  • the invention provides for this purpose that at least two concentrically arranged around the central axis busbars (are provided, by means of which the first winding segments are connected to each other electrically in parallel.
  • the bus bars are each in at least one radially to the central axis extending minimum distance to the transformer core are arranged and the respective winding conductor of a respective first winding segment is at least partially disposed between the transformer core and the respective busbar.
  • the installation of the corresponding transformer is simplified. First, the winding segments are applied to the transformer core and positioned. Subsequently, the connections between busbars and the respective terminals of the winding segments is produced with high accessibility.
  • a busbar consists predominantly of copper or aluminum. Both materials can be correspondingly easily converted into the desired geometric shape of a corresponding busbar - for example, by bending and have good electrical properties as a conductor.
  • a respective first winding segment is arranged together with at least one galvanically separated further winding segment in a respective common winding module.
  • the first and the at least one further winding segment of a winding module are potted together, for example with a suitable insulating resin.
  • the mechanical stability of the windings and the insensitivity to mechanical external influences as well as the handling are thereby further increased.
  • a further embodiment of the arrangement according to the invention is characterized in that the respective winding conductor of at least one first winding segment is a strip conductor, which in its respective radially innermost and / or its radially outermost position by means of a fold axially led out of the first winding segment and with the associated busbars electrically connected.
  • the use of a strip conductor increases the fill factor of a winding and thus leads to a more compact design.
  • the electrical connection of at least one conductor end to the associated busbar is effected by means of a welded connection.
  • This is particularly advantageous for a permanently reliable electrical connection, if the arrangement is not intended for a later partial disassembly, for example, for the replacement of a single winding segment and the complete assembly is cast in resin, for example.
  • a further embodiment of the arrangement according to the invention is characterized in that the band conductor between its respective connection to the respective busbar and the respective folding is at least partially surrounded by an electrical insulation layer.
  • the minimum distances of the strip conductor to further components of the arrangement and thus also the size of the arrangement are thereby advantageously reduced.
  • an envelope of winding conductors, which are not band conductors, with a suitable insulating material is also covered by the idea of the invention.
  • the cross section of a busbar can be made rectangular, round or trapezoidal according to a preferred embodiment.
  • Such cross sections allow a particularly good contact, in particular with a strip conductor of a respective winding segment - due to the relatively large contact area of the components to be contacted in this case - and are also particularly easy to produce cross-sectional shapes.
  • Rounded edges of a rectangular or trapezoidal cross-section of a busbar serve to reduce the maximum field strength occurring.
  • a bus bar has a cavity extending along its length.
  • a cavity extending along its length.
  • the required cost of materials can be advantageously reduced.
  • this gives the possibility of flowing through the cavity with a suitable coolant.
  • First winding segment elements are preferably provided at least for an electrical voltage of at least 400V. This is the lowest typical rated voltage for electrical components in power distribution networks. Of course, higher rated voltages, such as 1OkV, covered by the inventive concept.
  • the further winding segment elements are electrically connected in series, an electrical voltage of at least 1000V being provided for the series connection.
  • the series connection reduces the voltage load of each individual further winding segment in an advantageous manner. According to the transmission ratio of a device operated as a transformer according to the invention results in a rated voltage of the series-connected further windings, which is for example between the factor 2 and the factor of 15 higher than the rated voltage of the parallel-connected.
  • Fig. 3 is a sectional view of a first inventive arrangement
  • Fig. 4 is a plan view of a second arrangement according to the invention.
  • Fig. 1 shows a first winding module 10 in a perspective view.
  • a first winding segment 12 of the first winding module is arranged.
  • the winding layers of the strip conductor are insulated from each other, which is also not shown in the figure. Such insulation is conceivable, for example, by a sheathing of the electrical conductor before the winding process or by inserting a separate insulating interlayer during the winding process of the winding segment 12.
  • the first conductor end 16 of the strip conductor is led out at the radially outermost winding layer of the winding segment 12 axially laterally out of this and the second conductor end 18 corresponding to the radially innermost winding layer.
  • the individual winding layers are also not shown.
  • the use of a wound round conductor is conceivable, which is enveloped by a suitable layer of insulating material.
  • First 12 and further 14 winding segment are arranged together in the winding module 10 and connected to each other, for example with a casting resin, whereby the mechanical stability of the module is increased.
  • FIG. 2 shows a second winding module 30 in a sectional top view, which substantially equals the first winding module illustrated in FIG. 1.
  • a first winding segment 32 and another winding segment 36 are arranged.
  • the fold 38 of the strip conductor designed as the coil conductor of the first winding segment 32 in its radially outermost winding layer.
  • the embodiment of the winding conductor takes place axially laterally to the third conductor end 34.
  • the embodiment of the winding conductor at its other end in the radially innermost winding layer is not shown in the figure.
  • FIG. 3 shows a section through a first arrangement 40 according to the invention of winding modules about a central axis 100, wherein, due to the illustration, only a sectional view through a third winding module 42 and a fourth winding module 44 is shown.
  • the winding modules 42 and 44 essentially correspond in each case to the first winding module 10 shown in FIG. 1 and each have a first winding segment 48 or 50 and a further winding segment 52 and 54, respectively.
  • the winding modules 42 and 44 are penetrated by a first transformer core 46, which is arranged annularly around the central axis 100.
  • the winding axis, not shown in this illustration, of the respective winding modules extends longitudinally within the annular first transformer core 46 in the region of the respective winding module 42, 44.
  • first busbar 56 and the second busbar 58 are for example made predominantly of copper or aluminum and which optionally have contacting possibilities, for example for screwing on a conductor.
  • the radial distance of the respective winding axis of a winding module to a respective busbar 56, 58 is approximately the same for all modules, also for the modules not shown.
  • the first winding segments 48, 50 and the second winding segments 52, 54 are arranged in sections between the busbars 56, 58. After mounting the winding modules 42, 44 on the first transformer core 46, the busbars 56, 58 can therefore be inserted into this arrangement in a particularly simple manner by placing them in a similar manner to a wreath become.
  • the arrangement in one of the respectively existing corners of the approximately circular cross section of the respective winding modules 42, 44 is particularly advantageous.
  • an arrangement on or in the vicinity of the with the Reference numbers 60 and 62 indicated positions.
  • all possible combinations of the arrangement of the busbars are conceivable, for example, and at the two radially arranged to the central axis positions 58 and 62.
  • the claimed by the arrangement without busbars outer contour is not adversely affected by the arrangement of the busbars.
  • the arrangement or the transformer can be made more compact.
  • connection 64, 66, 68. 70 of the winding conductor with the busbars may for example be both welded and screwed, depending on whether a subsequent dismantling of the arrangement, for example, for maintenance or repair purposes, is provided or not.
  • the design of the winding conductor as a strip conductor is particularly suitable for the electrical connection 64, 66, 68, 70 with a busbar, because the components to be connected in the connection area can each be arranged flat against each other and thus a particularly good and low-loss electrical connection 64, 66, 68, 70 is feasible. But even with a vertical arrangement of a strip conductor to be contacted to the region of the busbar in the case of a welded joint results in an elongated weld, which is also characterized by an advantageously large contact area.
  • FIG. 4 shows a plan view of a second arrangement 80 according to the invention, which substantially equals the first arrangement shown in FIG. 3.
  • a fifth 82, sixth 84, seventh 86 and eight 88 winding modules are arranged in a circle, each corresponding essentially to the first winding module 10 shown in FIG.
  • the winding modules are penetrated nem annular second transformer core 98, which of course can also be made with a polygonal or rectangular plan. In this case, preferably one winding module would be assigned to each leg of the transformer core. It is also a the basic shape of the transformer core corresponding polygonal configuration of the busbars conceivable.
  • the respective first windings of the winding modules 82, 84, 86, 88 are electrically connected in parallel to each other by means of the third 90 and fourth 92 busbars, the connections not being shown in this illustration. At each busbar 90, 92, a connection is provided for contacting the same with other electrical components.
  • first winding module first winding segment of the first winding module further winding segment of the first winding module first conductor end second conductor end second winding module first winding segment of the second winding module third conductor end further winding segment of the second winding module folding first inventive arrangement third winding module fourth winding module first transformer core first winding segment of the third winding module first winding segment of the fourth winding module another winding segment of the third winding module further winding segment of the fourth winding module first busbar second busbar first alternative position for busbar second alternative position for busbar first connection second connection third connection fourth connection second arrangement according to fifth fifth winding module sixth winding module seventh winding module eighth winding module 90 third busbar

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von ersten Wicklungssegmenten (12, 32, 48, 50) einer Transformatorwicklung um einen sich ringförmig um eine Mittelachse (100) erstreckenden Transformatorkern (46, 98). Ein jeweiliges erstes Wicklungssegment (12, 32, 48, 50) umfasst wenigstens zwei um eine jeweilige Wickelachse (99) angeordnete Windungen eines jeweiligen Wicklungsleiters, wobei die ersten Wicklungssegmente (12, 32, 48, 50) längs ihrer jeweiligen Wickelachse (99) von dem Transformatorkern (46, 98) durchgriffen werden. Die ersten Wicklungssegmente (12, 32, 48, 50) sind in einem jeweiligen Winkel zueinander um die Mittelachse (100) angeordnet. Es sind wenigstens zwei um die Mittelachse (100) konzentrisch angeordnete Sammelschienen (56, 58, 90, 92) vorgesehen, mittels welcher die ersten Wicklungssegmente (12, 32, 48, 50) miteinander elektrisch parallel geschaltet sind.

Description

Anordnung von Wicklunqssegmenten
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung von ersten Wicklungssegmenten einer Transformatorwicklung um einen sich ringförmig um eine Mittelachse erstreckenden Trans- formatorkem, wobei ein jeweiliges erstes Wicklungssegment wenigstens zwei um eine jeweilige Wickelachse angeordnete Windungen eines jeweiligen Wicklungsleiters umfasst, wobei die ersten Wicklungssegmente längs ihrer jeweiligen Wickelachse von dem Transformatorkern durchgriffen werden und wobei die ersten Wicklungssegmente in einem jeweiligen Winkel zueinander um die Mittelachse angeordnet sind
Es ist allgemein bekannt, dass in elektrischen Energieversorgungsnetzen Transformatoren zum Einsatz kommen. Deren Aufgabe besteht darin, Netzbereiche mit verschiedenen Spannungsebenen elektrisch miteinander zu koppeln. Für die Übertragung über längere Strecken sind hierbei höhere Spannungen, beispielsweise 1OkV oder 11OkV geeignet, weil die elektrischen Übertragungsverluste durch den geringeren Stromfluss reduziert werden. Üblicherweise benötigen die Verbraucher in einem elektrischen Netz aber eine geringere Spannung, was bei gleicher elektrischer Leistung einen entsprechend höheren Stromfluss zur Folge hat.
Die Unterspannungswicklung eines elektrischen Transformators muss in der Lage sein, einen entsprechend hohen Strom zu führen, je nach Nennleistung und Nennspannung des Transformators beispielsweise einige 10A bis einige 1000A. Eine Möglichkeit der konstruktiven Vereinfachung eines derartigen Leistungstransformators besteht in dem modularen Aufbau von Ober- und Unterspannungswicklung. Eine entsprechende Anordnung von Wicklungsmodulen für Leistungstransformatoren ist in der PCT/EP2008/003824 beschrieben. Hierbei sind um einen ringförmigen Transformatorkern mehrere Wicklungsmodule mit jeweils einem Unterspannungswick- lungssegment und jeweils einem Oberspannungswicklungssegment angeordnet, wo- bei die Unterspannungswicklungssegmente elektrisch parallel und die Oberspan- nungswicklungssegmente elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Entsprechend der dort offenbarten Lehre wird eine elektrische Verbindung der Wicklungsmodule mittels Kabelstücken vorgeschlagen. Bei der Reihenschaltung der ringförmig angeordneten Unterspannungswicklungssegmente führt dies entweder zu einer ringähnlichen Aneinanderreihung von Kabelstücken mit einer nachteilig hohen Anzahl an Unterbrechungsstellen, nämlich einer pro Wicklungssegment. Alternativ sind die Anschlüsse der Unterspannungswicklungssegmente auch über entsprechende Leitungen sternförmig an einem gemeinsamen Punkt miteinander verbindbar, was dementsprechend unnötig hohe Leitungslängen zur Folge hat.
Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist darüber hinaus, dass die elektrische Parallelschaltung der Unterspannungswicklungen mit Kabelstücken einen hohen Aufwand bezüglich der elektrischen Verbindungen erfordert.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit der elektrischen Parallelschaltung der Unterspannungswicklungen aufzuzeigen.
Die Erfindung sieht hierzu vor, dass wenigstens zwei um die Mittelachse konzentrisch angeordnete Sammelschienen (vorgesehen sind, mittels welcher die ersten Wicklungssegmente miteinander elektrisch parallel geschaltet sind.
Durch die der ringähnlichen Struktur des Transformatorkernes folgenden Struktur der Sammelschienen ist einerseits ein nahezu konstanter Abstand zwischen jeweiliger Sammelschiene und den jeweiligen Anschlüssen der vorzugsweise baugleichen Un- terspannungswicklungssegmente erreicht, wodurch der Anschluss an die Sammelschienen für jedes Wicklungssegment in genau gleicher Weise erfolgt. Trotz dieser vereinfachten Montage werden elektrische Verbindungsstellen längs der Sammelschienen in vorteilhafter Weise vermieden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sind die Sammelschienen jeweils in wenigstens einem radial zur Mittelachse verlaufenden Mindest- abstand zum Transformatorkern angeordnet sind und der jeweiligen Wicklungsleiter eines jeweiligen ersten Wicklungssegmentes ist zumindest abschnittsweise zwischen Transformatorkern und jeweiliger Sammelschiene angeordnet.
Durch die radial zur Wickelachse eines Wicklungssegmentes außen liegende Anordnung der Sammelschienen ist die Montage des entsprechenden Transformators vereinfacht. Es werden zunächst die Wicklungssegmente auf den Transformatorkern aufgebracht und positioniert. Anschließend wird bei hoher Zugänglichkeit die Verbindungen zwischen Sammelschienen und den jeweiligen Anschlüssen der Wicklungssegmente hergestellt.
Vorzugsweise besteht eine Sammelschiene überwiegend aus Kupfer oder Aluminium. Beide Materialien lassen sich entsprechend einfach in die gewünschte geometrische Form einer entsprechenden Sammelschiene überführen - beispielsweise durch Biegen- und weisen gute elektrische Eigenschaften als Leiter auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein jeweiliges erstes Wicklungssegment zusammen mit wenigstens einem galvanisch getrennten weiteren Wicklungssegment in einem jeweiligen gemeinsamen Wicklungsmodul angeordnet. Die Fertigung eines Transformators, welcher mehrere galvanisch voneinander getrennte Wicklungen aufweist, wird dadurch wesentlich vereinfacht.
Bevorzugter Weise sind das erste und das wenigstens eine weitere Wicklungssegment eines Wicklungsmoduls miteinander vergossen, beispielsweise mit einem geeigneten Isolationsharz. Die mechanische Stabilität der Wicklungen und die Unempfindlichkeit gegen mechanische äußere Einflüsse sowie die Handhabbarkeit werden dadurch weiter gesteigert.
Eine weitere Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Wicklungsleiter wenigstens eines ersten Wicklungssegmentes ein Bandleiter ist, welcher in seiner jeweils radial innersten und/oder seiner radial äußersten Lage mittels einer Faltung axial seitlich aus dem ersten Wicklungssegment herausgeführt und mit den zugeordneten Sammelschienen elektrisch verbunden ist. Die Verwendung eines Bandleiters erhöht den Füllfaktor einer Wicklung und führt somit zu einer kompakteren Bauweise. Durch eine Faltung des Bandleiters und dessen dadurch ermöglichten seitlichen Ausführung sind eine besonders platzsparende Ausgestaltung des Wicklungssegmentes und ein besonders einfaches Führen des Wicklungsleiters zu den Sammelschienen ermöglicht.
In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Anordnung erfolgt die elektrische Verbindung wenigstens eines Leiterendes mit der zugeordneten Sammelschiene mittels einer Schweißverbindung. Dies ist insbesondere dann für eine dauerhaft zuverlässige elektrische Verbindung vorteilhaft, wenn die Anordnung nicht für eine spätere partielle Demontage vorgesehen ist, beispielsweise für den Austausch eines einzelnen Wicklungssegmentes und die komplette Anordnung zum Beispiel in Harz eingegossen ist.
Ist die Anordnung jedoch für eine derartige partielle Demontage vorgesehen so ist die Ausführung der elektrischen Verbindung wenigstens eines Leiterendes mit der zugeordneten Sammelschiene mittels einer Schraubverbindung vorteilhaft. Diese lässt sich besonders einfach lösen.
Eine weitere Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bandleiter zwischen seiner jeweiligen Verbindung mit der jeweiligen Sammelschiene und der jeweiligen Faltung zumindest abschnittsweise von einer elektrischen Isolationsschicht umgeben ist. Die Mindestabstände des Bandleiters zu weiteren Komponenten der Anordnung und damit auch die Baugröße der Anordnung sind dadurch vorteilhaft reduzierbar. Selbstverständlich ist eine Umhüllung von Wicklungsleitern, welche keine Bandleiter sind, mit einem geeigneten Isolationsmaterial ebenfalls vom Gedanken der Erfindung erfasst.
Der Querschnitt einer Sammelschiene kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform rechteckig, rund oder trapezförmig ausgeführt sein. Derartige Querschnitte ermöglichen ein besonders gutes Kontaktieren insbesondere mit einem Bandleiter eines jeweiligen Wicklungssegmentes - aufgrund der in diesem Fall verhältnismäßig großen Berührungsfläche der zu kontaktierenden Komponenten - und sind zudem besonders einfach herzustellende Querschnittsformen. Abgerundete Kanten eines an sich rechteck- oder trapezförmigen Querschnitts einer Sammelschiene dienen der Reduktion der maximal auftretenden Feldstärke.
In einer bevorzugten Form weist eine Sammelschiene einen sich über deren Länge erstreckenden Hohlraum auf. Je nach Baugröße der Anordnung ist in deren Betrieb mit einem hohen elektrischen Strom durch die Sammelschienen zu rechnen, wie eingangs erwähnt auch bis zu einigen hundert Ampere, so dass durch den dann eintretenden Effekt der Stromverdrängung der Stromfluss an der Oberfläche der Sammelschienen erfolgt. Durch einen derartigen Hohlraum in der Sammelschiene lässt sich der erforderliche Materialaufwand vorteilhafter Weise senken. Ferner ist damit die Möglichkeit des Durchflutens des Hohlraumes mit einem geeigneten Kühlmittel gegeben.
Erste Wicklungssegmentente sind bevorzugt wenigstens für eine elektrische Spannung von wenigstens 400V vorgesehen. Dies ist die niedrigste typische Bemessungsspannung für elektrische Komponenten in Energieverteilungsnetzen. Selbstverständlich sind auch höhere Bemessungsspannungen, beispielsweise 1OkV, vom Erfindungsgedanken erfasst.
Bevorzugter Weise sind die weiteren Wicklungssegmentente elektrisch in Reihe geschaltet, wobei für die Reihenschaltung eine elektrische Spannung von wenigstens 1000V vorgesehen ist. Durch die Reihenschaltung wird die Spannungsbelastung jedes einzelnen weiteren Wicklungssegmentes in vorteilhafter Weise reduziert. Entsprechend dem Übersetzungsverhältnis einer als Transformator betriebenen erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich eine Bemessungsspannung der in Reihe geschalteten weiteren Wicklungen, welche beispielsweise zwischen dem Faktor 2 und dem Faktor von 15 höher ist als die Bemessungsspannung der parallel geschalteten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine erstes Wicklungsmodul in dreidimensionaler Ansicht,
Fig. 2 einen Teil eines zweiten Wicklungsmoduls in einer Draufsicht,
Fig. 3 eine Schnittansicht auf eine erste erfindungsgemäße Anordnung sowie
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine zweite erfindungsgemäße Anordnung
Fig. 1 zeigt ein erstes Wicklungsmodul 10 in perspektivischer Ansicht. Um eine Wickelachse 99 ist ein erstes Wicklungssegment 12 des ersten Wicklungsmoduls angeordnet. In der Darstellung ist lediglich der Querschnitt des ersten Wicklungssegmentes 12 sichtbar, es ist jedoch als eine Vielzahl an Windungen eines Bandleiters, beispielsweise 5 oder auch 20, aufweisend anzunehmen. Die Wickellagen des Bandleiters sind gegeneinander isoliert, was in der Fig. ebenfalls nicht dargestellt ist. Eine derartige Isolation ist beispielsweise durch eine Ummantelung des elektrischen Leiters vor dem Wickelvorgang oder auch durch ein Einfügen einer separaten Isolationszwischenschicht beim Wickelvorgang des Wicklungssegmentes 12 denkbar.
Das erste Leiterende 16 des Bandleiters ist an der radial äußersten Wickellage des Wicklungssegmentes 12 axial seitlich aus diesem herausgeführt und das zweite Leiterende 18 entsprechend an der radial innersten Wickellage.
Radial außen an das erste Wicklungssegment 12 angrenzend ist ein weiteres Wicklungssegment 14 des ersten Wicklungsmoduls angeordnet, dessen einzelne Wickellagen ebenfalls nicht dargestellt sind. Es ist hier beispielsweise die Verwendung eines gewickelten Rundleiters denkbar, welcher mit einer geeigneten Schicht Isolationsmaterial umhüllt ist.
Erstes 12 und weiteres 14 Wicklungssegment sind miteinander im Wicklungsmodul 10 angeordnet und beispielsweise mit einem Gießharz miteinander verbunden, wodurch die mechanische Stabilität des Moduls gesteigert ist.
Fig. 2 zeigt ein zweites Wicklungsmodul 30 in einer Schnittdraufsicht, welche im Wesentlichen dem ersten in Fig. 1 dargestellten ersten Wicklungsmodul gleicht. Um eine Wickelachse 99 sind ein erstes Wicklungssegment 32 und ein weiteres Wicklungssegment 36 angeordnet.
Im Detail gezeigt ist die Faltung 38 des als Bandleiter ausgeführten Wicklungsleiters des ersten Wicklungssegmentes 32 in seiner radial äußersten Wickellage. Die Ausführung des Wickelleiters erfolgt axial seitlich zu dem dritten Leiterende 34. Die Ausführung des Wickelleiters an seinem anderen Ende in der radial innersten Wickellage ist in der Fig. nicht dargestellt.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine erste erfindungsgemäße Anordnung 40 von Wicklungsmodulen um eine Mittelachse 100, wobei darstellungsbedingt lediglich eine Schnittdarstellung durch ein drittes Wicklungsmodul 42 und ein viertes Wicklungsmodul 44 gezeigt ist. Je nach Ausführungsform der Anordnung ist aber beispielsweise eine Anzahl von 4 bis 10 Wicklungsmodulen als bevorzugte Anzahl anzusehen. Die Wicklungsmodule 42 und 44 entsprechen im Wesentlichen jeweils dem in Fig. 1 gezeigten ersten Wicklungsmodul 10 und weisen jeweils ein erstes Wicklungssegment 48 bzw. 50 sowie ein weiteres Wicklungssegment 52 bzw. 54 auf. Die Wicklungsmodule 42 und 44 werden von einem ersten Transformatorkern 46 durchgriffen, welcher ringförmig um die Mittelachse 100 angeordnet ist. Die in dieser Darstellung nicht gezeigte Wickelachse der jeweiligen Wicklungsmodule verläuft im Bereich des jeweiligen Wicklungsmoduls 42, 44 längs innerhalb des ringförmigen ersten Transformatorkerns 46.
Ebenfalls ringförmig um die Mittelachse 100 angeordnet sind die erste Sammelschiene 56 und die zweite Sammelschiene 58, welche beispielsweise überwiegend aus Kupfer oder Aluminium gefertigt sind und welche optional Kontaktiermöglichkeiten, beispielsweise für das Anschrauben eines Leiters, aufweisen. Der radiale Abstand der jeweiligen Wickelachse eines Wicklungsmoduls zu einer jeweiligen Sammelschiene 56, 58 ist für alle Module, auch für die nicht gezeigten Module, annähernd gleich. Im gezeigten Beispiel sind die ersten Wicklungssegmente 48, 50 und die zweiten Wicklungssegmente 52, 54 abschnittsweise jeweils zwischen den Sammelschienen 56, 58 angeordnet. Die Sammelschienen 56, 58 lassen sich also nach Anordnung der Wicklungsmodule 42, 44 auf dem ersten Transformatorkern 46 besonders einfach in diese Anordnung einbringen, indem sie kranzähnlich aufgesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist aus Gründen der Platzersparnis die Anordnung in einer der jeweils vorhandenen Ecken des näherungsweise kreisrunden Querschnitts der jeweiligen Wicklungsmodule 42, 44. Alternativ zu der gezeigten Anordnung der Sammelschienen 56, 58 bietet sich auch eine Anordnung an oder in der Nähe von den mit den Bezugsnummern 60 und 62 angedeuteten Positionen an. Selbstverständlich sind alle möglichen Kombinationsmöglichkeiten der Anordnung der Sammelschienen denkbar, beispielsweise und auch an den beiden radial zur Mittelachse angeordneten Positionen 58 und 62. In diesem Fall wird die von der Anordnung ohne Sammelschienen beanspruchte Außenkontur durch Anordnung der Sammelschienen überhaupt nicht nachteilig erhöht. Die Anordnung bzw. der Transformator kann dadurch kompakter ausgeführt werden.
Bei jedem ersten Wicklungssegment 48, 50 vom jedem Wicklungsmodul 42, 44 sind die beiden Anschlüsse des Wicklungsleiter, der bevorzugt als Bandleiter ausgeführt ist, axial zur jeweiligen Wickelachse herausgeführt und jeweils mit den zugeordneten Sammelschienen 56 bzw. 58 verbunden. Die Verbindung 64, 66, 68. 70 des Wickelleiter mit den Sammelschienen kann beispielsweise sowohl geschweißt als auch geschraubt sein, je nachdem ob eine spätere Demontage der Anordnung, beispielsweise zu Wartungs- oder Reparaturzwecken, vorgesehen ist oder nicht.
Die Ausführung des Wickelleiters als Bandleiter ist für die elektrische Verbindung 64, 66, 68, 70 mit einer Sammelschiene besonders geeignet, weil die zu verbindenden Bauteile im Verbindungsbereich jeweils flächig gegeneinander angeordnet werden können und so eine besonders gute und verlustarme elektrische Verbindung 64, 66, 68, 70 realisierbar ist. Aber auch bei einer senkrechten Anordnung eines Bandleiters zu dem zu kontaktierenden Bereich der Sammelschiene resultiert im Falle einer Schweißverbindung eine längliche Schweißnaht, welche sich ebenfalls durch einen vorteilhaft großen Kontaktbereich auszeichnet.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite erfindungsgemäße Anordnung 80, welche im Wesentlichen der in Fig. 3 gezeigten ersten Anordnung gleicht. Um eine Mittelachse 100 sind kreisförmig ein fünftes 82, sechstes 84, siebtes 86 und achtes 88 Wicklungsmodul angeordnet, welche jeweils im Wesentlichen dem in Fig. 1 gezeigten ersten Wicklungsmodul 10 entsprechen. Die Wicklungsmodule werden von ei- nem ringförmigen zweiten Transformatorkern 98 durchgriffen, wobei dieser auch selbstverständlich auch mit einen polygonalen oder rechteckförmigen Grundriss gefertigt sein kann. In diesem Falle wäre vorzugsweise jedem Schenkel des Transformatorkernes je ein Wicklungsmodul zugeordnet. Es ist auch eine der Grundform des Transformatorkerns entsprechende polygonale Ausgestaltung der Sammelschienen denkbar.
Die jeweiligen ersten Wicklungen der Wicklungsmodule 82, 84, 86, 88 sind mittels der dritten 90 und vierten 92 Sammelschiene elektrisch miteinander parallel geschaltet, wobei die Verbindungen in dieser Darstellung nicht gezeigt sind. An jeder Sammelschiene 90, 92 ist ein Anschluss zu Kontaktierung derselben mit weiteren elektrischen Komponenten vorgesehen.
Für einen Einsatz einer derartigen Anordnung, welche die Funktionsweise eine einphasigen Transformators aufweist, in einem dreiphasigen Energieverteilungsnetz sind jeweils drei derartiger Anordnungen elektrisch zu einer Einheit zu verschalten, welche die Funktionalität eines dreiphasigen Transformators aufweist. Insbesondere die modulare Bauweise eines derartigen Transformators vereinfacht den jeweiligen Herstellungsprozess.
Bezuαszeichen liste
erstes Wicklungsmodul erstes Wicklungssegment des ersten Wicklungsmoduls weiteres Wicklungssegment des ersten Wicklungsmoduls erstes Leiterende zweites Leiterende zweites Wicklungsmodul erstes Wicklungssegment des zweiten Wicklungsmoduls drittes Leiterende weiteres Wicklungssegment des zweiten Wicklungsmoduls Faltung erste erfindungsgemäße Anordnung drittes Wicklungsmodul viertes Wicklungsmodul erster Transformatorkern erstes Wicklungssegment des dritten Wicklungsmoduls erstes Wicklungssegment des vierten Wicklungsmoduls weiteres Wicklungssegment des dritten Wicklungsmoduls weiteres Wicklungssegment des vierten Wicklungsmoduls erste Sammelschiene zweite Sammelschiene erste alternative Position für Sammelschiene zweite alternative Position für Sammelschiene erste Verbindung zweite Verbindung dritte Verbindung vierte Verbindung zweite erfindungsgemäße Anordnung fünftes Wicklungsmodul sechstes Wicklungsmodul siebtes Wicklungsmodul achtes Wicklungsmodul 90 dritte Sammelschiene
92 vierte Sammelschiene
94 erster Sammelschienenanschluss
96 zweiter Sammelschienenanschluss
98 zweiter Transformatorkern
99 Wickelachse
100 Mittelachse

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung von ersten Wicklungssegmenten (12, 32, 48, 50) einer Transformatorwicklung (10) um einen sich ringförmig um eine Mittelachse (100) erstreckenden Transformatorkern (46, 98), wobei ein jeweiliges erstes Wicklungssegment (12, 32, 48, 50) wenigstens zwei um eine jeweilige Wickelachse (99) angeordnete Windungen eines jeweiligen Wicklungsleiters umfasst, wobei die ersten Wicklungssegmente (12, 32, 48, 50) längs ihrer jeweiligen Wickelachse (99) von dem Transformatorkern (46, 98) durchgriffen werden und wobei die ersten Wicklungssegmente (12, 32, 48, 50) in einem jeweiligen Winkel zueinander um die Mittelachse (100) des ringförmigen Transformatorkerns (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei um die Mittelachse (100) konzentrisch angeordnete Sammelschienen (56, 58, 90, 92) vorgesehen sind, mittels welcher die ersten Wicklungssegmente (12, 32, 48, 50) miteinander elektrisch parallel geschaltet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelschienen (56, 58, 90, 92) jeweils in wenigstens einem radial zur Mittelachse (100) verlaufenden Mindestabstand zum Transformatorkern (46, 98) angeordnet sind und dass der jeweiligen Wicklungsleiter eines jeweiligen ersten Wicklungssegmentes (12, 32, 48, 50) zumindest abschnittsweise zwischen Transformatorkern (46, 98) und jeweiliger Sammelschiene (56, 58, 90, 92) angeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für wenigstens eine Sammelschiene (56, 58, 90, 92) Kupfer oder Aluminium vorgesehen ist.
4. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges erstes Wicklungssegment (12, 32, 48, 50) zusammen mit wenigstens einem galvanisch getrennten weiteren Wicklungssegment (14, 36, 52, 54) jeweils ein gemeinsames Wicklungsmodul (10, 30, 42, 44, 82, 84, 86, 88) bildet.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (12, 32, 48, 50) und das wenigstens eine weitere (14, 36, 52, 54) Wicklungssegment eines Wicklungsmoduls (10, 30, 42, 44, 82, 84, 86, 88) miteinander vergossen sind.
6. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Wicklungsleiter wenigstens eines ersten Wicklungssegmentes (12, 32, 48, 50) ein Bandleiter ist, welcher in seiner jeweils radial innersten und/oder seiner radial äußersten Lage mittels einer Faltung (38) axial seitlich aus dem ersten Wicklungssegment (12, 32, 48, 50) herausgeführt und mit den zugeordneten Sammelschienen (56, 58, 90, 92) elektrisch verbunden ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung (64, 66, 68, 70) wenigstens eines Leiterendes mit der jeweiligen Sammelschiene (56, 58, 90, 92) mittels einer Schweißverbindung vorgesehen ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung (64, 66, 68, 70) wenigstens eines Leiterendes mit der jeweiligen Sammelschiene (56, 58, 90, 92) mittels einer Schraubverbindung vorgesehen ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandleiter zwischen seiner jeweiligen Verbindung (64, 66, 68, 70) mit der jeweiligen Sammelschiene (56, 58, 90, 92) und der jeweiligen Faltung (38) zumindest abschnittsweise mit einer elektrischen Isolationsschicht umgeben ist.
10. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Sammelschiene (56, 58, 90, 92) rechteckig, rund oder trapezförmig ist.
11. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelschiene (56, 58, 90, 92) einen sich über deren Länge erstreckenden Hohlraum aufweist.
12. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Wicklungssegmentente (12, 32, 48, 50) für eine elektrische Spannung von wenigstens 400V vorgesehen sind.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Wicklungssegmentente (14, 36, 52, 54) elektrisch in Reihe geschaltet sind und dass die Reihenschaltung für eine elektrische Spannung von wenigstens 1000V vorgesehen ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3037055A1 (de) * 1980-10-01 1982-05-06 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Ringkern-leistungsuebertrager in kompakter bauweise
EP0557549A1 (de) * 1992-02-26 1993-09-01 HANSER, Volker Ringkerntransformator

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