EA200700561A1 20071026 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2007\TIT_PDF/200700561 Титульный лист описания [PDF] EAPO2007/PDF/200700561 Полный текст описания EA200700561 20051006 Регистрационный номер и дата заявки DE10 2004 048 793.6 20041007 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок EP2005/010783 Номер международной заявки (PCT) WO2006/040074 20060420 Номер публикации международной заявки (PCT) EAA1 Код вида документа [eaa] EAA20705 Номер бюллетеня [RU] ТРАНСФОРМАТОР С ТОРОИДАЛЬНЫМИ СЕРДЕЧНИКАМИ Название документа H01F 30/16, H01F 30/12, H01F 27/06 Индексы МПК [DE] ХАНЗЕР ФОЛЬКЕР ВЕРНЕР Сведения об авторах [DE] ХАНЗЕР ФОЛЬКЕР ВЕРНЕР Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea200700561a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

Многофазный трансформатор (101) имеет несколько расположенных в ряд в осевом направлении тороидальных сердечников (102). Тороидальные сердечники (102) имеют при этом фазные обмотки с разными фазами. Места присоединений фазных обмоток двух соседствующих между собой тороидальных сердечников (102) расположены в направлении окружности со смещением друг относительно друга, причем смещение или геометрический угол между местами присоединений фазной обмотки двух соседствующих между собой тороидальных сердечников (102) примерно соответствует сдвигу фаз или электрическому углу сдвига фаз между сигналами напряжения этих тороидальных сердечников (102).

 


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:
трансформатор (101) имеет несколько расположенных в ряд в осевом направлении тороидальных сердечников (102). Тороидальные сердечники (102) имеют при этом фазные обмотки с разными фазами. Места присоединений фазных обмоток двух соседствующих между собой тороидальных сердечников (102) расположены в направлении окружности со смещением друг относительно друга, причем смещение или геометрический угол между местами присоединений фазной обмотки двух соседствующих между собой тороидальных сердечников (102) примерно соответствует сдвигу фаз или электрическому углу сдвига фаз между сигналами напряжения этих тороидальных сердечников (102).

 


ТРАНСФОРМАТОР С ТОРСЖЩАЛЬНЬМИ СЕРДЕЧНИКАМИ Описание
Изобретение относится к трансформатору с тороидальными сердечниками, в частности к многофазному трансформатору с несколькими тороидальными сердечниками, расположенными в ряд в осевом направлении, причем каждые соседствующие между собой тороидальные сердечники имеют соответственно фазные обмотки с разными фазами. С многофазными трансформаторами с соседствующими между собой обмотками тороидальных сердечников связана проблема, заключающаяся в том, что между отдельными фазными обмотками имеются большие разности потенциалов напряжения, а потому нужны дорогостоящие меры по изоляции для предотвращения пробоев, например при попадании брызг, образовании конденсата или льда и обеспечения надежности работы многофазного трансформатора. В определенных случаях в многофазном трансформаторе нужно даже предусмотреть обогрев, чтобы предотвратить, например, пробои между отдельными фазными обмотками при обледенении.
Принятие мер по изоляции обходится очень дорого. К тому же эти меры требуют определенных габаритов многофазного трансформатора, в результате чего увеличивается потребность в площади для него.
Из европейского патента DE 691 10273 Т2 известен трехфазный трансформатор, у которого тороидальные сердечники расположены рядом друг с другом в осевом направлении и имеют соответственно разные фазы.
Такой трансформатор с тороидальными сердечниками предусмотрен для работы на низком напряжении. При применении в области среднего напряжения это привело бы к большим разностям потенциалов как в об
ласти присоединений, так и в области самих обмоток, и тем самым к пробоям.
Поэтому задачей предложенного изобретения является создание трансформатора с тороидальными сердечниками названного типа, который требует лишь незначительных мер по изоляции и имеет небольшие габариты. Кроме того, при небольших габаритах должна быть высокая плотность мощности на единицу поверхности.
Согласно изобретению решение этой задачи заключается в том, что места присоединений фазных обмоток двух соседствующих между собой тороидальных сердечников расположены в направлении окружности со смещением друг относительно друга. Электрический фазовый сдвиг между отдельными фазными обмотками многофазного трансформатора устраняется или уменьшается. Благодаря этому сокращается разность потенциалов между соседними участками обмотки разных фаз, так что соответственно требуется меньше мер по изолированию соседних фазных обмоток друг от друга, и таким образом также сокращаются расходы на проведение этих мер. Благодаря уменьшенной разности потенциалов между фазными обмотками соседствующих между собой тороидальных сердечников последние можно разместить на незначительном расстоянии друг от друга, в результате чего уменьшаются габариты самого многофазного трансформатора.
Особенно хорошая форма выполнения предусматривает, что смещение или геометрический угол между местами присоединений фазных обмоток двух соседних тороидальных сердечников соответствует фазовому сдвигу или электрическому углу сдвига фаз между сигналами напряженля этих тороидальных сердечников. Между непосредственно соседними участками
обмотки двух тороидальных сердечников практически нет больше разности потенциалов. В трехфазной системе места присоединений трех фазных обмоток расположены со смещением соответственно на 120°, с тем, чтобы механически компенсировать угол сдвига фаз между отдельными фазауи.
Так как между отдельными тороидальными сердечниками обычно для механической стабилизации и фиксации предусмотрен разделительный элемент, то между двумя соседними фазными обмотками можно допустить незначительную разность потенциалов, так что в отношении электрического фазового сдвига достаточно незначительного механического закручивания тороидальных сердечников, чтобы избежать пробоев напряжения между фазными обмотками, даже когда приняты незначительные меры по изоляции или вовсе не приняты.
Благодаря этому снижаются требования к точности при изготовлении многофазного трансформатора, а само изготовление упрощается.
Один из примеров выполнения заявленного трансформатора с тороидальными сердечниками предусматривает, что имеется корпус предпочтительно по существу цилиндрической формы, соответствующий конструктивной форме трансформаторов с тороидальными сердечниками, и что предпочтительно на осевом конце корпуса предусмотрен вентилятор или другое подобное воздуходувное устройство. Тороидальные сердечники с фазными обмотками защищены в корпусе от загрязнений и повреждений. С помощью вентилятора устройство охлаждается и предотвращается температурная перегрузка многофазного трансформатора.
Корпус с предусмотренными мерами по охлаждению способствует компактной конструкции трансформатора при высокой плотности мощности. В частности, в многофазном трансформаторе согласно п. 1 или п. 2 это
сказывается благоприятно, так как благодаря этим мерам получается компактная конструкция, которая делает необходимым соответствующее охлаждение.
Для охлаждения многофазного трансформатора в области тороидальных сердечников можно разместить полые проводники для охлаждающего агента и выполнить предпочтительно корпус трансформатора как теплообменник и соединить его с полыми проводниками. При этом корпус можно выполнить с двойными стенками для особенно хорошего выведения теплоты наружу. Охлаждающий агент можно закачивать при помощи насоса через полые проводники и корпус.
Особенно замечательная форма выполнения изобретения предусматривает, что на корпусе снаружи предусмотрены радиаторы или другие подобные выступающие элементы для увеличения поверхности корпуса, или что корпус имеет профилированную поверхность. Благодаря увел14ченной поверхности теплота выводится лучше и можно избежать температурных перегрузок.
Можно также катушки трансформатора по отдельности залить литьевой смолой, причем литьевая смола образует для каждой катушки корпус. При этом дополнительно к желаемым радиаторам или ребрам охлаждения можно предусмотреть литейную форму, с тем, чтобы таким образом непосредственно при заливке катушек получить желаемый внешний контур с выступающими элементами для увеличения поверхности. Благодаря заливке катушек достигается, во-первых, механическая стабилизация фазной обмотки и непосредственная термическая связь между обмоткой и корпусом, образованным при помощи литьевой смолы. Во-вторых, с помощью заливки достигается высокая электрическая прочность на пробой.
Поверхность корпуса, вначале ровную, можно увеличить подходящим способом, например травлением или пескоструйной обработкой, придав ей шероховатость, изменив структуру или профиль.
Предпочтительно поверхность имеет такую структуру, при которой теплоту можно лучше отводить. Следует еще упомянуть, что разделительные или изолирующие элементы можно отлить одновременно с заливкой катушек трансформатора.
Другая возможность охлаждения трансформатора с тороидальными сердечниками заключается в том, что предусмотрен приемный резервуар с охлаждающей средой для его частичного или полного размещения трансформатора .
Особенно выгодная форма выполнения предусматривает, что тороидальные сердечники многофазного трансформатора, имеющие соответствующие фазные обмотки, выполнены в виде модулей и что предусмотрено фиксирующее устройство для удержания и установки друг против друга тороидальных сердечников в виде модулей. Несколько модулей можно объединить в электрическом смысле таким образом, что повысится мощность трансформатора. Таким образом можно создать трансформаторы с мощностью свыше 100 Мва. Кроме того, благодаря модульной конструкции трансформатор может продолжать работать и при повреждении одного из модулей, если при необходимости временно подключить сменный модуль, т.е. в целом трансформатор остается работоспособным. Таким образом нет необходимости держать наготове целый резервный трансформатор, на который можно переключиться в случае поломки. Благодаря этому имеет место экономия средств и незначительная потребность в занимаемой пло
щади для резервного модуля по сравнению с потребностью в площади для целого резервного трансформатора.
Отдельные модули удерживают при помощи фиксирующего устройства и устанавливают в их положении друг относительно друга. На фиксирующем устройстве так же можно предусмотреть изолирующие элементы для изоляции фазных обмоток, в частности в направлении наружу. В осевом направлении между соседствующими тороидальными сердечниками или их фазными обмотками можно предусмотреть лишь удерживающие или опорные элементы в виде подставок для тороидальных сердечников для удерживания тороидальных сердечников в их положении и во избежание их сдвига. Каких-то особых мер по изоляции при этом не требуется благодаря механическому закручиванию мест присоединений фазных обмоток в соответствии с электрическим положением по фазе в соответствующих фазных обмотках и достигнутым благодаря этому и описанным выше выгодам.
Изобретение относится, кроме того, к обмотке высшего напряжения трансформатора с тороидальными сердечниками, а также к способу ее изготовления для трансформаторов распределительной сети мощностью от 100 ква и напряжением от 6000 вольт, созданных на базе технологии изготовления тороидальных сердечников.
Обмотка высшего напряжения трансформаторов для распределительной сети, имеющих тороидальные сердечники, высокой мощности и напряжения, например 2.000 ква и 20.000 вольт требует очень больших расходов, много времени и средств. Обмотка высшего напряжения должна быть разделена на несколько сегментов в целях снижения в ней междуслойного напряжения и обеспечения надежности работы. При напряжении 20.000 вольт предусмотрено, например, 10 сегментов. При этом напряжение в
каждом сегменте составляет 2.000 вольт. Благодаря этому междуслойное напряжение снижается в 10 раз. Кроме того, должна быть обеспечена электрическая прочность на пробой по сравнению с обмоткой низшего напряжения трансформатора. Поэтому уже созданы намоточные устройства, с помощью которых упрощается намотка таких обмоток трансформатора. В ЕР 94 930 197.2 описано, например, намоточное устройство, в котором маленькие мотальные катушки с материалом обмотки движутся вдоль направляющей, окружающей тороидальный сердечник, насквозь через тороидальный сердечник, и при этом обмоточный материал наматывается на тороидальный сердечник. Однако это устройство очень дорогое, а электрическую прочность на пробой можно реализовать с ограничением. К тому же обмоточный материал нужно сначала намотать на маленькие мотальные катушки, способные проходить сквозь тороидальные сердечники, что требует дополнительных временных затрат. Кроме того, одновременно можно разместить соответственно только одну обмотку на тороидальный сердечник. При наличии тороидальных сердечников большего размера с множеством обмоток (сегментов), расположенных рядом друг с другом, требуется много времени для выполнения всех трансформаторных обмоток.
Поэтому, в частности, стоит задача создания намоточного устройства для изготовления обмотки высшего напряжения указанного типа с электрической прочностью на пробой, с помощью которого можно упростить и ускорить наматывание, а также реализовать необходимую электрическую прочность на пробой в отличие от обмотки низшего напряжения трансформатора.
Согласно изобретению решение этой задачи заключается, в частности, в том, что предусмотрен, по меньшей мере, один пункт н.змотки,
включающий каркас для крепления на нем обмотки, состоящий из двух прочных на пробой полусфер с боковыми фланцами (по меньшей мере один боковой фланец с изолированной полостью для ввода проводящего материала) , из изоляционного материала высокой прочности, который соединяется в прочную на пробой круглую конструктивную единицу вокруг замкнутого тороидального сердечника, или каркас для крепления на нем обмотки, изготовленный как одно целое вокруг тороидального сердечника методом пластификации под давлением при помощи литьевой формы, для приема сегментов обмотки высшего напряжения трансформатора, состоящей, по меньшей мере, из одного электрического проводника и одного изоляционного материала с удерживающей и вращающейся опорой, контактирующей с каркасом для обмотки для расположения его с возможностью вращения, причем удерживающая и вращающаяся опора имеет несколько катушек или обкатных элементов, контактирующих по окружности с каркасом для обмотки, из которых, по меньшей мере, один соединен с приводным и тормозным устройством для приведение каркаса для обмотки в движение и его торможения, чтобы можно было наматывать электрический провод и изоляционный материал на замкнутый тороидальный сердечник.
Таким образом, можно выполнять наматывание на прочный от пробоев каркас для обмотки изоляционного материала, который окружает замкнутый тороидальный сердечник и вращается вокруг поперечного сечения тороидального сердечника. Благодаря применению электрически прочного на пробой каркаса для обмотки можно отказаться от многих дополнительных мер по изоляции. Кроме того, не нужно сначала делить тороидальный сердечник на две половины, чтобы надвинуть обмотку. Благодаря этому существенно упрощается изготовление трансформатора с тороидальными
сердечниками для распределительной сети и использование физических преимуществ, в частности значительно повышенного коэффициента полезного действия, и сокращаются связанные с этим производственные расходы для замкнутого тороидального сердечника.
Каркас для укрепления на нем обмотки состоит предпочтительно из двух высокопрочных полусфер с боковыми фланцами, которые снабжены соединенным внахлестку устройством введения в канавку, или шарниром и соединенным внахлестку устройством введения в канавку, которые прочно соединяются перед собственно процессом намотки вокруг замкнутсго тороидального сердечника в один круглый конструктивный узел, предпочтительно при помощи специального клея для возможности обеспечения электрической прочности на пробой по сравнению с обмоткой низшего напряжения. Другая форма выполнения каркаса для обмотки предусматривает, что вокруг замкнутого тороидального сердечника укладывают разделяемую литейную форму, с помощью которой можно изготовить каркас для обмотки прямо на замкнутом тороидальном сердечнике, например методом пластификации под давлением, и после удаления литейной формы он может находиться как одно целое вокруг тороидального сердечника и на нем можно выполнять обмотку. Каркас для обмотки имеет, по меньшей мере, з одном боковом фланце изолированное полое пространство в отличие от обмоточного пространства, причем на нижнем конце полого пространства находится отверстие, ведущее к обмоточному пространству каркаса для обмотки для введения нижнего начала обмотки сбоку мимо обмотки вверх. Этот каркас для обмотки имеет шесть выгодных функций: первая - обеспечение электрической прочности на пробой при основном напряжении в отличие от низшего напряжения; вторая - фиксация обмотки высшего на
пряжения; третья - возможность процесса намотки; четвертая - возможность создания дистанции между сегментами при помощи разделительных элементов; пятая - реализация заданного расстояния до обмотки низшего напряжения;'шестая - возможность изоляции нижнего начала обмотк/i благодаря изолированному полому пространству по сравнению с обмоткой в каркасе для обмотки на наименьшем пространстве вверх. Для разнок областей применения трансформаторов с тороидальными сердечникам для распределительных сетей и для обеспечения электрической прочности на пробой каркасы для обмотки с сегментами обмотки высшего напряжения можно заполнить одним изолирующим материалом или несколькими изолирующими материалами. Например, литьевой смолой при атмосферных условиях, наполнителем из литьевой смолы в условиях вакуума, литьевой смолой методом пластификации под давлением или при герметичном заполнении газообразными или жидкими изоляционными материалами, например азотом или подходящим маслом. При необходимости каркасы для обмотки могут быть выполнены с покрытием для изоляции, герметичности или против повреждения. Следующий пример выполнения предусматривает, что каркас для обмотки можно выполнить электропроводящим наружу, с учетом того, что вокруг тороидального сердечника не будет ни одного замкнутого витка. Этот электропроводящий слой можно, при необходимости, заземлить или установить определенный потенциал.
Для наматывания на каркас для обмотки его помещают в удерживающую и вращающуюся опору намоточного устройства, и наматываемый материал поступает к каркасу для обмотки с катушки(ек) с запасом наматываемого материала, находящегося на расстоянии от удерживающей и вращающейся опоры. С помощью приводного и тормозного устройства приводят
в движение или останавливают, по меньшей мере, один обкатный элб;мент, благодаря чему каркас для обмотки контактирует по окружности с: этим обкатным элементом и приводится во вращение. Обкатные элементы, не соединенные с приводным устройством, служат при этом как держатели для каркаса для обмотки. Во избежание возникновения сил трения они, предпочтительно, так же установлены с возможностью вращения, так что с этими обкатными элементами возможно обкатывание или огибание каркаса для обмотки. Выгодно, если между каркасом для обмотки и по меньшей мере обкатным (и) элементом (ами), соединенным (и) с приводным и тормозным устройством, предусмотрено приводное и тормозное устройство, выполненное с фрикционным замыканием, при необходимости с замыканием геометрического контура. В конструктивном плане соединение с фрикционным замыканием можно реализовать простым способом. Однако можно также предусмотреть соединение с замыканием геометрического контура, например с помощью системы чередования зубьев обкатного элемента и боковых фланцев каркаса для обмотки.
Благодаря вращению каркаса для обмотки обмоточный материал сматывается с катушки(ек), имеющей(их) запас наматываемого материала, и наматывается на каркас для обмотки. Так как катушка(и) с обмоточным материалом установлена(ы) неподвижно и не совершает(ют) движение вокруг каркаса для обмотки, можно использовать большие катушки с запасом наматываемого материала, которые можно применять для обмотки нескольких каркасов подряд. Можно выполнять обмотки для трансформаторов с тороидальными сердечниками для распределительных сетей высокой мощности, например, свыше 10 Мва. В качестве материала обмотки можно использовать как проволоку круглого сечения, так и плоские ленты.
Особенно хорошая форма выполнения предусматривает, что для одновременного обматывания нескольких каркасов, расположенных, в частности, на одном тороидальном сердечнике, предусмотрено несколько пунктов намотки, размещенных в ряд по окружности. Благодаря этому можно выполнять намотку нескольких расположенных в ряд каркасов группами или всех одновременно, в результате чего значительно сокращается время, необходимое для наматывания. Количество пунктов намотки можно при этом выбрать такое, чтобы для каждого каркаса имелся свой пункт намотки. Таким образом, каркасы для обмотки можно обматывать группами или все одновременно. При этом управление происходит централизованно. При таком выполнении намоточное устройство разделяется предпочтительно на два яруса, причем катушка (и) с запасом наматываемого материала расположена(ы) на верхнем ярусе намоточного устройства. Это существенно облегчает обслуживание. Ярусы, если требуется, можно поменять местами.
Целесообразно, если предусмотрены, по меньшей мере, одна катушка с запасом проводящего материала и, по меньшей мере, одна катушка с запасом изоляционного материала для одновременной, послойной намотки на каркас проводящего материала и изоляционного материала. Можно также предусмотреть три, четыре или пять катушек с запасом обмоточного материала для одновременного наматывания на каркас для обмотки, причем две, три или четыре из катушек содержат запас проводящего материала, а третья, четвертая или пятая катушка содержит запас изоляционного материала для изоляции. При использовании изолированного проводящего материала достаточно одной катушки с запасом намазываемого материала.
Предпочтительная форма выполнения предусматривает, что обкатные элементы для соответствия каркасам для обмотки, имеющим разный диаметр и/или конфигурацию, пружинят и расположены предпочтитель.но с демпфированием колебаний. Благодаря этому можно с помощью пункта намотки обматывать каркас с круглым поперечным сечением и разными диаметрами, не предпринимая при этом в пункте намотки или на удерживающей и вращающейся опоре никаких конструктивных изменений. Для этого подшипники качения можно расположить на расстоянии навстречу упругой силе более или менее в соответствии с диаметром каркаса для обмотки. Кроме того, можно обматывать также каркас, имеющий некруглое поперечное сечение, например овальное. Благодаря своему пружинящему расположению обкатные элементы также при каркасе с некругльм поперечным сечением постоянно прилегают к нему, благодаря чему, с одной стороны, обеспечивается фиксация, а с другой стороны, приведение во вращение каркаса для обмотки. Целесообразно, если для каждой катушки с запасом наматываемого материала предусмотрена вращающаяся опора с приводным и тормозным устройством, так чтобы можно было соблюдать определенное натяжение намотки.
С помощью заявленного каркаса для обмотки высшего напряжения трансформатора с тороидальными сердечниками для распределительной сети можно реализовать электрическую прочность на пробой, а с помощью намоточного устройства можно выполнять обмотку высшего напряжения для трансформатора с тороидальными сердечниками за сравнительно короткое время.
Задача решается при помощи трансформатора, в частности с помощью обмотки высшего напряжения трансформатора с тороидальными сердечника
ми высокой мощности, а также способа ее изготовления, причем предусмотрен, по меньшей мере, один пункт намотки с каркасом для обмотки, состоящим из двух электрически прочных на пробой полусфер с боковым фланцем из изоляционного материала высокой прочности, который соединяется вокруг замкнутого тороидального сердечника в один электрически прочный на пробой круглый конструктивный узел для приема сегментов обмотки высшего напряжения трансформатора, состоящей из электрического проводника и изоляционного материала, с удерживающей и вращающейся опорой, контактирующей с каркасом для обмотки для установки каркаса для обмотки с возможностью вращения, причем удерживающая и вращающаяся опора имеет несколько катушек или им подобных обкатных элементов, контактирующих со стороны окружности с каркасом для обмотки, из которых, по меньшей мере, один соединен с приводньм и тормозным устройством для приведения в действие и остановки каркаса для обмотки, с тем, чтобы электрический проводник вместе с изоляционным материалов можно было наматывать на замкнутый тороидальный сердечник.
В другом примере выполнения изобретения предусмотрен трансформатор, в частности обмотка высшего напряжения трансформатора с: тороидальными сердечниками высокой мощности, а также способ ее изготовления, причем каркас для обмотки заполняют твердым, жидким или газообразным изолирующим материалом после или во время укладывания обмотки высшего напряжения.
В следующем примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем, по меньшей мере, один боковой фланец каркаса для обмотки выполнен с изолированным полым пространством, причем на нижнем конце полого пространства находится отверстие, ведущее в обмоточное пространст
во каркаса для обмотки для проведения вверх лежащего внизу начала наматываемого проводникового материала обмотки высшего напряжения.
Еще в одном примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем вокруг замкнутого тороидального сердечника уложена разделяемая литейная форма, с помощью которой каркас для обмотки можно изготовить прямо на замкнутом тороидальном сердечнике, например способом пластификации под давлением, и он - после удаления литейной формы - как одно целое может окружать тороидальный сердечник, и его можно обматывать .
В другом примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем каркас для обмотки состоит, по меньшей мере, из двух частей с боковыми фланцами, которые снабжены, по меньшей мере, выполненным внахлестку устройством введения в канавку, или шарниром и выполненным внахлестку устройством введения в канавку, которые перед собственно процессом намотки соединяют вокруг замкнутого тороидального сердечника в одну круглую конструктивную единицу, предпочтительно при помощи специального клея, изготовленного с электрической прочностью на пробой клея.
В следующем примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем каркас для обмотки состоит из нескольких изоляционных материалов и причем каркас для обмотки имеет фиксаторы для обмотки высшего напряжения, и причем боковые фланцы каркаса для обмотки имеют поверхность, выполненную с фрикционньм замыканием или замыканием геометрического контура, и причем каркас для обмотки имеет разделительные элементы для установки определенной дистанции между сегментами, и
причем каркас для обмотки имеет фиксаторы для установки определенного расстояния до обмотки низшего напряжения.
В другом примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем каркас для обмотки заполняют литьевой смолой при атмосферных условиях, наполнителем из литьевой смолы в условиях вакуума, наполнителем из литьевой смолы способом пластификации под давлением или при плотном заполнении газообразными или жидкими изоляционными веществами, например азотом или изоляционным маслом, во время или после процесса намотки.
Еще в одном примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем каркас для обмотки можно выполнить с электропроводностью наружу, с учетом того, что вокруг самого тороидального сердечника не возникнет никакого замкнутого витка, этот электропроводящий слой можно заземлить или можно установить определенный потенциал.
В следующем примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем для одновременной обмотки нескольких каркасов, находящихся на одном тороидальном сердечнике, предусмотрены несколько пунктов намотки, расположенных в ряд в направлении окружности.
В другом примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем намоточное устройство разделено на два яруса, причем катушка(и) с запасом обмоточного материала расположена(ы) на верхнем ярусе намоточного устройства или наоборот.
Еще в одном примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем имеются, по меньшей мере, одна катушка с запасом проводящего материала и, по меньшей мере, одна другая катушка с запасом изоляционного материала для одновременного послойного наматывания проводящего
материала и изоляционного материала на каркас для обмотки, или три, четыре или пять катушек с запасом обмоточного материала для одновременного обматывания каркаса, причем две, три или четыре из катушек имеют запас проводящего материала, а третья, четвертая или пятая катушки имеют запас изоляционного материала для изоляции.
Далее предусмотрен трансформатор, причем обкатный элемент для соответствия каркасам для обмотки, имеющим разный диаметр и/или конфигурацию, выполнен пружинящим и предпочтительно также способным демпфировать колебания.
Изобретение относится, кроме прочего, к обмотке низшего напряжения трансформатора с тороидальными сердечниками для распределительной сети, а также к способу ее изготовления, к замкнутому многоступенчатому трансформаторному сердечнику с высокой стабильностью, электрически изолированному наружу, а также к способу его изготовления с литьевой смолой для использования ее в трансформаторах для расгределительной сети, причем мощность составляет от 100 ква, а напряжение от 6000 вольт, на базе технологии изготовления тороидальных сердечников.
Обмотки низшего напряжения для трансформаторов распределительной сети имеют очень большие поперечные сечения, например для мощности 1.000 ква нужно примерно 1.500 мм2. Такие поперечные сечения изготавливают для условных трансформаторов распределительной сети при конструировании сердечников с широкими электропроводящими полосами пропускания. В трансформаторе с тороидальными сердечниками для распределительной сети такие полосы можно не использовать вследствие геометрических соотношений. Обмотка низшего напряжения должна быть изготовлена дорогостоящим способом путем включения на параллельную работу
электроизолирующих плоских четырехгранных проволок. Тороидальные сердечники для трансформаторов с тороидальными сердечниками изготавливают сегодня только для малых мощностей и низких напряжений в виде одной ступени. Многоступенчатые замкнутые тороидальные (кольцевые) сердечники высокой стабильности с изоляцией наружу, используемые для трансформаторов распределительной сети, и способ их изготовления не известны.
Существует проблема выполнения обмотки низшего напряжения с электрическим проводником большого сечения на замкнутом тороидальном сердечнике для возможности изготовления трансформатора для распределительной сети высокой мощности (от 100 ква до области мегаватт) . Другая проблема заключается в том, чтобы сконструировать многоступенчатый замкнутый тороидальный сердечник высокой прочности и стабильности, который имеет электрическую изоляцию наружу, и сделать это рациональным способом.
Высокая прочность и стабильность тороидальных сердечников весом от 100 кг до 2000 кг и выше необходима для того, чтобы тонкие стальные листы трансформатора сохраняли свою форму при дальнейшей обработке, а также в последующей длительной эксплуатации. Электрическая изоляция нужна для того, чтобы обмотка трансформатора по сравнению с сердечником имела достаточную электрическую прочность на пробой.
Существует задача изготовления вокруг замкнутого тороидального сердечника обмотки низшего напряжения с электрическим проводником большого поперечного сечения и создания для трансформатора замкнутого многоступенчатого тороидального сердечника высокой прочности и стабильности, который имеет электрическую изоляцию наружу, а также ра
ционального механизированного способа его изготовления, с тем, чтобы иметь возможность выпускать такие трансформаторы с тороидальными сердечниками для распределительной сети.
Согласно изобретению решение этой задачи заключается в том, что виток обмотки низшего напряжения из электропроводящего материала заранее сформирован из двух половин, эти две половины электрически соединяют между собой вокруг замкнутого тороидального сердечнике., причем, по меньшей мере, одна половина имеет один ярус, чтобы на замкнутом тороидальном сердечнике получилась обмотка в виде спирахи, состоящая из нескольких витков, для тороидального сердечника наматывают тонкий электромагнитный материал для получения многоступенчатого замкнутого тороидального сердечника трансформатора, между электромагнитным материалом находится клей, который изолирует материал с двух сторон (в целях избежания вихревых токов), а тороидальный сердечник укрепляют и добиваются электрической изоляции от обмотки низшего напряжения при помощи разделительных колец или разделительных элементов из материала, не проводящего электричество. Для повышения прочности и стабильности и для электрической изоляции наружу сердечник трансформатора можно залить литьевой смолой высокой прочности, не проводящей электричество.
Другая форма выполнения предусматривает, что электрическую изоляцию (сердечник для обмотки низшего напряжения) можно создать при помощи, по меньшей мере, трех разделительных колец или, соответственно, трех разделительных элементов на один виток, которые прочно устанавливают в ступенчатое устройство тороидального сердечника. После
этого тороидальный сердечник покрывают лаком для изоляции и зашиты от коррозии.
Для осуществления способа обмотки тороидального сердечника нужны несущая рама для удержания устройств, для каждой ширины электромагнитного материала - по меньшей мере, одно катушечное устройство с запасом материала, приводное и тормозное устройство, направляющее устройство, режущее устройство и устройство для впрыскивания клея, для каждой ширины электромагнитного материала - по меньшей мере, одно намоточное устройство с приводным и тормозным устройством, а также с общей направляющей планкой.
Процесс намотки начинается с узких значений, переходит к вмроким и затем снова к узким. Высоту намотки контролируют при помощи телеметрического устройства. При достижении заданного значения процесс намотки для соответствующей ширины заканчивается, электромагнитный материал отделяют и подают на направляющую планку следующей ширины. Во время процесса намотки электромагнитный материал опрыскивают клеем. Таким образом, получается замкнутый ступенчатый тороидальный сердечник, который имеет клеящее вещество для изоляции электромагнитного материала и обладает достаточной прочностью и стабильностью для дальнейшей обработки. Для каждой ширины электромагнитного материала, за исключением самого широкого материала, должны быть две катушки с запасом материала, включая все устройства и два намоточных устройства, включая все устройства в соответствии с количеством ступеней тороидального сердечника. Все катушечные устройства с запасом материала, а также все намоточные устройства работают одновременно и находятся в состоянии собственных колебаний.
Витку обмотки низшего напряжения заранее придана форма из двух половин с электропроводящим материалом, например из алюминия с: поперечным сечением 1.500 мм'. По меньшей мере, одна половина имеет один ярус, чтобы из отдельных половин получился виток, а из витков - беспрерывная обмотка в виде спирали, причем форма яруса задает расстояние для изоляции витков друг от друга. Отдельные половины можно свинчивать и/или сваривать.
Благодаря этому можно выполнить обмотку низшего напряжения любого большого поперечного сечения за относительно короткое время.
Преимущество технологии изготовления тороидальных сердечников заключается в том, что можно создавать распределительные трансформаторы с тороидальными сердечниками с самыми высокими значениями мощности, которые имеют предельно малые потери и требуют только гримерно 50% производственных расходов от расходов на производство условных распределительных трансформаторов при технике использования литьевой смолы. Благодаря этому распределительный трансформатор с тороидальными сердечниками через несколько лет окупится и к тому же сможет сэкономить значительную часть первичной энергии для сбережения ресурсов и окружающей среды.
С помощью описанного выше намоточного устройства для тороидальных сердечников рациональное производство трансформаторов с такими сердечниками достигается благодаря тому, что, например, при одиннадцати ступенях можно одновременно обматывать одиннадцать сердечников для получения трансформатора с тороидальными сердечниками.
Задача решается также при помощи трансформатора, в частности при помощи обмотки низшего напряжения большого поперечного сечения, имею
щей форму спирали, и способа ее изготовления, многоступенчатого замкнутого тороидального сердечника трансформатора с высокой стабильностью из электромагнитного и с двух сторон изолированного материала, изолированного от обмотки низшего напряжения, а также способа ее изготовления, причем предусмотрена предпочтительно несущая рама, по меньшей мере, с тремя катушечными устройствами с запасом материала, каждое из которых имеет тормозное устройство, с электромагнитным материалом, имеющим, по меньшей мере, две разные ширины, по меньшей мере, тремя устройствами для впрыскивания клея, а также тремя намоточными устройствами с приводной системой, по меньшей мере, тремя на-правляюшими устройствами, направляющей планкой, а также режущим устройством .
В предпочтительном примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем каждое катушечное устройство с запасом материала, а также каждое намоточное устройство снабжено приводным и тормозным устройством.
В предпочтительном примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем для каждой ширины электромагнитного материала, за исключением самого широкого материала, предусмотрены два намоточных устройства, каждое со своим приводным и тормозным устройством.
В предпочтительном примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем электромагнитный материал предварительно обработан изолирующим слоем.
В предпочтительном примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем замкнутый тороидальный сердечник трансформатора имеет несколько ступеней и обмотан тонким электромагнитным материалом, кото
рый предварительно обработан клеем или обрызган клеем во время процесса намотки.
В предпочтительном примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем в ступенчатое устройство тороидального сердечника прочно вставлены, по меньшей мере, три разделительных кольца или соответственно три разделительных элемента на один виток.
В предпочтительном примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем тороидальный сердечник покрыт лаком для изоляции и защиты от коррозии.
В предпочтительном примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем тороидальный сердечник трансформатора заполнен высокопрочной литьевой смолой.
В предпочтительном примере выполнения предусмотрен трансформатор, причем электромагнитный материал имеет аморфную структуру.
Задача решается при помощи трансформатора, в частности обмотки низшего напряжения большого поперечного сечения, имеющей форму спирали, и способа ее получения, многоступенчатого замкнутого тороидального сердечника трансформатора с высокой стабильностью из электромагнитного и с двух сторон изолированного материала, изолированного от обмотки низшего напряжения, а также способа ее изготовления, причем виток обмотки низшего напряжения предварительно разделен на две половины, эти две половины соединены между собой с электрической :троводи-мостью вокруг замкнутого тороидального сердечника, причем, по меньшей мере, одна половина имеет один ярус, чтобы получилась обмотка в виде спирали, состоящая из многих витков на замкнутом тороидальном сердечнике.
В предпочтительном примере выполнения предусмотрен способ, причем половины витков свинчивают и/или сваривают между собой.
Ниже изобретение описывается более подробно со ссылками на фигуры чертежей.
Фиг. 1 представляет схематичное изображение бокового сечения заявленного многофазного трансформатора с тремя тороидальными сердечниками, следующими друг за другом в ряд в осевом направлении; Фиг. 2 показывает схематичное изображение примера выполнения каркаса для обмотки и процесса намотки согласно предложенному изобретению; Фиг. За и ЗЬ представляют пятиступенчатый тороидальный сердечник согласно примеру выполнения предложенного изобретения; Фиг. 4 показывает устройство для реализации заявленного способа. На фиг. 1 представлен многофазный трансформатор, обозначенный в целом цифрой 101 и имеющий три тороидальных сердечника 102, расположенных в осевом направлении друг над другом. Каждые соседствующие между собой тороидальные сердечники 102 имеют при этом фазные обмотки с разными фазами, причем фазные обмотки размещены кольцеобразно на тороидальных сердечниках 102 в виде окружающих каркасов катушки 103. При этом каркасы катушки 103 могут располагаться попеременно с первичными и вторичными обмотками рядом друг с другом или друг над другом. Также возможно, чтобы на одном каркасе катушки 103 вместе располагались первичная и вторичная обмотки.
Тороидальные сердечники 102 расположены в удерживающем устройстве 104, которое имеет наружные и внутренние направляющие планки 105а, 105Ь для образования области для приема тороидальных сердечников 102. Направляющие планки 105а, 105Ь состоят из изолирующего материала, так
что тороидальные сердечники 102 или фазные обмотки на каркасе катушки 103 тороидальных сердечников 102 изолированы сбоку в направлении наружу.
Удерживающее устройство 104 имеет с нижней стороны основание 107, которое также выполнено из изолирующего материала. На основан/и 107 предусмотрены изолирующие подставочные элементы 108 для нижних тороидальных сердечников 102. При этом можно предусмотреть несколько разнесенных между собой подставочных элементов 108, или в качестве подставочного элемента предусмотрено одно сквозное кольцо. Между отдельными тороидальными сердечниками 102 предусмотрены соответствующие разделительные элементы 109, с помощью которых тороидальные сердечники 102 или каркасы катушек 103, соответствующие тороидальным сердечникам 102, зафиксированы в своем положении друг относительно друга. Над верхним тороидальным сердечником 102 так же предусмотрены изолирующие подставочные элементы 108, на которых лежит накрывакший их элемент 110, и тороидальные сердечники 102 изолированы также ~л сверху.
Представленный на фиг. 1 многофазный трансформатор 101 выполнен как трехфазный трансформатор. Не изображенные здесь места присоединений отдельных фазных обмоток тороидальных сердечников 102 или каркасов катушек 103 расположены со смещением друг относительно друга соответственно на 120°. Благодаря этому фазные обмотки механически смещены друг относительно друга на угол, который соответствует электрическому фазовому сдвигу или электрическому фазовому углу между сигналами напряжения этих фазных обмоток.
В частности, в области разделительных элементов 109, т.е. там, где соседствующие между собой тороидальные сердечники имеют между собой самое малое расстояние, в двух находящихся друг против друга областях двух тороидальных сердечников 102 или каркасов катушек 103 практически нет разности потенциалов. Пробои напряжения между соседниуи тороидальными сердечниками 102 невозможны также и тогда, когда тороидальные сердечники 102 тесно примыкают друг к другу. Многофазный трансформатор 101 можно сделать, таким образом, компактным и ке требующим много места. К тому же между отдельными тороидальными сердечниками 102 в области разделительных элементов 109 не нужно принимать никаких мер по изоляции или нужно предпринять лишь незначительные меры, благодаря чему можно сэкономить расходы и упростить конструщию. Тороидальные сердечники 102 со своими каркасами катушек 103 выполнены в виде модулей. При выходе из строя одного такого модуля можно заменить его другим, или испорченный модуль отделить, а заменяющий модуль временно присоединить к многофазному трансформатору 101. Таким образом, не требуется держать наготове в качестве запасного прибора целый трансформатор, а достаточно иметь в качестве запасного модуля тороидальный сердечник с каркасами катушек, имеющими фазные обмотки. Это ведет к экономии расходов и снижению потребности в площади для запасного прибора.
На фиг. 2 представлен пункт намотки, обозначенный в целом позицией 201 и предназначенный для накатывания обмотки на каркас 202. Пункт намотки для наматывания обмотки на каркас 202 с обмоточным материалом 204а, 204Ь, имеющимся на катушках 203а с запасом обмоточного материала, имеет два пункта намотки 205, расположенных друг относительно
друга под углом 90° на едва обозначенном тороидальном сердечнике б. Пункты намотки 205 имеют соответствующие несущие рамы 207 с удерживающей и вращающейся опорой 208 для соответствующих каркасов для обмотки 202. Каркасы для обмотки 202 расположены соответственно концен-трично вокруг тороидального сердечника 206, причем между тороидальным сердечником 206 и каркасами для обмотки имеется воздушный зазор 209. Для этого тороидальный сердечник 206 удерживается в изображенном положении при помощи не представленного здесь фиксирующего устройства. Удерживающая и вращающаяся опоры 208 имеют три катушки 210, каждая из которых расположена с возможностью вращения соответственно на держателе для катушки 211 и выполнена как обкатный элемент, от которого нагрузка поступает на каркас для обмотки 202. При этом две катушки 210 подпирают каркас для обмотки 202 снизу и образуют, таким образом, стабильную подставку, а третья катушка 210 опирается на каркас для обмотки 202 сверху, так что каркас для обмотки 202 практически зажат тремя катушками, что предотвращает освобождение по недоразумению каркаса для обмотки 202 из удерживающей и вращающейся опоры 208. Катушки 210 соединены с приводным и тормозным устройством (здесь не представлено) , с помощью которого катушки вращаются в направлении, указанном стрелкой. Между катушками 210 и каркасом для обмотки 202 предусмотрено приводное и тормозное устройство, выполненное с фрикционным замыканием, так что при вращении катушек 210 по часовой стрелке каркас для обмотки 202 также вращается, но в противоположном направлении. Благодаря вращательному движению каркаса для обмотки 202 обмоточный материал 204а, 204Ь сматывается с вращающихся катушек с запасом обмоточного материала 203а, 203Ь и наматывается на каркас для обмотки
202. При этом намотку на каркасы для обмотки 202 отдельных пунктов намотки 205 можно выполнять одновременно.
Каркасы 202 состоят из высокопрочного изоляционного материала, и выполнены в виде катушек с обмоточным пространством 213 и с ограничивающими его с боков фланцами 214. Изоляционный материал нужен для создания электрической прочности на пробой, в частности в отношении обмотки низшего напряжения. Высокая прочность нужна для процесса намотки, а также для удержания относительно тяжелого обмоточного материала. Наружные края этих боковых фланцев 214 служат при этом в качестве опорных поверхностей для катушек 210. Обмоточный материал 204а, 204Ь можно направлять при этом между боковыми фланцами 214 по каркасу для обмотки 202, при этом подача обмоточного материала 204а, 204Ь происходит беспрепятственно со стороны катушек 210. К тому же боковые фланцы 214 создают изоляцию от соседних каркасов для обмотки, а также ограничение сбоку для обмоточного материала 204а, 204Ь. Катушки 210 пружинят в своих держателях 211 с демпфированием колебаний. Благодаря этому катушки 210 могут раздвигаться в удерживающей и вращающейся опоре 208, чтобы каркас для обмотки 202 можно было вставить в удерживающую и вращающуюся опору 208 и снова удалить. К тому же можно выполнять намотку на каркасы для обмотки разных размеров. В каждом пункте намотки 205 предусмотрены, соответственно, первая катушка с запасом обмоточного материала 203а (проводникового материала 204а), а также вторая катушка с запасом обмоточного материала 203Ь (изоляционного материала 204Ь) для одновременного послойного наматывания проводникового и изоляционного материала на каркас для обмотки 202.
Изобретение относится к обмотке высшего напряжения трансформатора с тороидальными сердечниками, а также к способу ее изготовления для трансформаторов распределительной сети на базе техники изготовления тороидальных сердечников.
Пункт намотки, имеющий каркас для обмотки, состоящий из двух электрически прочных на пробой полусфер с боковыми фланцами из изоляционного материала высокой прочности, который соединяется в один электрически прочный от пробоя круглый конструктивный узел вокруг замкнутого тороидального сердечника, для приема сегментов обмотки высшего напряжения трансформатора, состоящей, по меньшей мере, из одного электрического проводника и по меньшей мере одного изоляционного материала с удерживающей и вращающейся опорой, куда входит каркас для обмотки, для установки каркаса для обмотки с возможностью его вращения:, чтобы можно было наматывать электрический проводник и изоляционный материал на замкнутый тороидальный сердечник.
На фиг. За и ЗЬ представлен замкнутый тороидальный сердечник 301, имеющий пять ступеней 302, 303, 304, 305 и 306. Ступени предпочтительны для получения приблизительно круглого поперечного сечения. Чем больше ступеней, тем выше степень заполнения электромагнитным материалом. Ступени состоят из тонких металлических листов, посаженных на клей для изоляции и прочности. Для того чтобы получилось круглое поперечное сечение, изоляция от внешних воздействий и высокая прочность, тороидальный сердечник залит литьевой смолой 307. Еще одно преимущество такой литьевой смолы заключается в том, что ника:ше острые края уже не могут повредить обмотку трансформатора. Ширина металлического листа 302:
Bl = 100 мм, высота = 0,23 мм,
В2=100мм+х (электротехническая листовая сталь),
83 = 100 мм + xl
84 = 100 мм + х
85 = 100 мм.
Первую ширину листа (100 мм) подводят по направляющему устройству 303 к намоточному устройству 306 и фиксируют. Процесс намотки начинается, и лист одновременно опрыскивают клеем из устройства с клеем 304. С помощью приводного и тормозного устройства достигается равномерное распределение струи на обматываемый лист. При помощи измерительного устройства полученную высоту листа с намоткой сравнивают с заданным значением и при достижении последнего процесс намотки останавливают. Затем лист отделяют при помощи режущего устройства 305 и фиксируют. Теперь по направляющей планке 307 намоточное устройство 306 подводят ко второй ширине листа (В2) . В это же время следующее намоточное устройство подводят к первой ширине листа. Происходит обматывание одновременно пяти тороидальных сердечников трансформатора, находящихся в состоянии собственных колебаний.
ФОЕМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Трансформатор с тороидальными сердечниками, в частности многофазный трансформатор (101) с несколькими следующими друг за другом в осевом направлении тороидальными сердечниками (102), причем каждые соседствующие между собой тороидальные сердечники (102) имеют фазные обмотки с разными фазами, отличакщ/гйся тем, что места присоединений фазных обмоток двух соседствующих между собой тороидальных сердечников (102) расположены в направлении окружности со смещением друг относительно друга.
2. Трансформатор по п. 1, отличакшийся тем, что смещение или геометрический угол между местами присоединений фазной обмотки двух соседствующих между собой тороидальных сердечников (102) соответствует сдвигу фаз или электрическому углу сдвига фаз между сигналами напряжения этих тороидальных сердечников (102).
3. Трансформатор по одному из п.п. 1 или 2, отличакщдеся тем, что предусмотрен корпус для тороидальных сердечников (102) с фазными обмотками, соответствующий конструктивной форме трансформатороз с тороидальными сердечниками и имеющий предпочтительно по существу форму цилиндра, и что предпочтительно на осевом конце корпуса предусмотрен вентилятор или воздуходувное устройство.
4. Трансформатор по одному из п.п. 1-3, отличакхщяйся тем., что в области тороидальных сердечников (102) расположены полые проводники для охлаждающего агента и что предпочтительно корпус трансформатора (101) выполнен как теплообменник и соединен с полыми проводниками.
5. Трансформатор по одному из п.п. 3 или 4, отличающейся тем, что на корпусе снаружи предусмотрен радиатор или подобные ему высту
пающие элементы для увеличения поверхности корпуса и что, в частности, корпус имеет профилированную поверхность.
6. Трансформатор по одному из п.п. 1-5, отличающийся тем, что предусмотрен приемный резервуар с охлаждающей средой для частичного или полного размещения трансформатора (101).
7. Трансформатор по одному из п.п. 1-6, отличакшийся чхал, что тороидальные сердечники (102) многофазного трансформатора (101) со своими соответствующими фазными обмотками выполнены в виде модулей и что предусмотрено удерживающее устройство (104) для удержания и установки друг против друга тороидальных сердечников (102) в виде модулей.
8. Трансформатор по одному из п.п. 1-7, отличающейся там, что
катушки трансформатора по отдельности залиты литьевой смолой и имеют предпочтительно с наружной стороны профилирование для увеличения поверхности .
WO 2006/040074
PCT/EP2005/010783
1/3
ЛАО
Фиг. 1
WO 2006/040074
PCT7EP2005/010783
Фиг. 4