DE19705048A1

DE19705048A1 - Produktionsverfahren und Konstruktion des Transformators für Starkstrom und hohe Frequenzen

Info

Publication number: DE19705048A1
Application number: DE19705048A
Authority: DE
Inventors: Marks Dr Glibitski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1997-02-03
Publication date: 1998-08-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Herstellungs- und Konstruktionsverfahren der Transformatoren für breite Anwendung in der Energetik, Elektrothermie, Elektrometallurgie, Umformtechnik, in den Thyristorantrieben mit hohen und sehr hohen Frequenzen sowie für massenhafte Anwendung in verschiedenen Haushaltsgeräten und -maschinen wie z. B. Handwerkzeuge, Waschmaschinen, Staubsauger usw., in den Bereichen, wo hohe und regulierbare Antriebsumdrehungen erforderlich sind.

Das Problem zur Schaffung eines perfekten und wirtschaftlichen Transformators besteht, von allgemeinen mit der Wahl der Projektierungsparameter verbundenen Problemen und insbesondere von Transformatoren mit starkem Strom in Sekundärwicklungen oder mit hohem Frequenzen des Speisungsnetzes oder deren Kombination abgesehen, darin, daß neben anderen Umständen der Wert der Kurzschlußspannung U_Z minimisiert werden muß. Dieser Wert ist eine der wichtigsten Eigenschaften, die die Konstruktion des Transformators charakterisiert, und beinhaltet zwei Komponenten - ohmscher Spannungsfall und Streuspan nungsfall.

Die Kurzschlußimpedanz eines Wicklungspaares ist gleich:

Z_K = U_ZU_n ²(100S_n)^-1 = [R_K ² + (2πfL_K)²]^1/2 /1/.

Dabei steht U_n für Nennspannung und S_n für Nennleistung der Wicklung; U_Z für prozentuale Kurzschlußspannung, f für Frequenz Nennspannung und L_K für Induktionswicklungspaar. Aus der Gleichung /1/ folgt, daß wenn der Wert Z_K oder U_Z bei der Steigerung der Leistung des Transformators S_n konstant erhalten werden, muß der Wert erhöht werden, was nicht immer akzeptiert werden kann. Ein noch größeres Problem hängt mit der Erhöhung der Frequenz des Speisungsnetzes f zusammen. Mit deren Erhöhung muß die Induktivität der Wicklungen L_K verhältnismäßig reduziert werden. Bekannt sind Methoden zur Herstellung und Konstruktion der Transformatoren, bei denen die Indukti vitätsreduzierung L_K durch die Anwendung von Scheibenwicklungen erreicht wird. In diesem Fall wird der Wert L_K fast proportional zu der Anzahl der aufeinander folgenden primären und sekundären Wicklungen reduziert.

Wenn allerdings eine größere Anzahl der Scheiben eingesetzt werden soll, z. B. bei der Steigerung der Frequenz f, so bietet eine solche Ausführung keine positive Lösung, denn es wächst die Anzahl der Abstände zwischen den Scheiben, was eine nicht produktive Verlängerung des Magnetleiterschenkels und die Vergrößerung seines Fensters für die Wicklungen mit sich bringt. Insbesondere wirkt sich dies bei der Konstruktion der Starkstromtransformatoren aus, wenn es erforderlich ist, jeden Aus gang der Wicklung für die volle Spannung zu isolieren.

Es wird ein Produktions- und Konstruktionsverfahren für Transformatoren angeboten, das frei von oben genannten Mängeln ist.

Die Erfindung wird ausführlicher anhand der beigefügten Zeichnungen und Fotos erklärt.

Fig. 1 Scheibenwicklungen für Hochspannung

Fig. 2 Scheibenwicklungen mit großen Schnitt der Teilleiter

Fig. 3 Scheibenwicklungen mit großem Schnitt der Teilleiter beim Hochspannungs transformator

Fig. 4 Foto eines Transformators, der nach dem in der Erfindung beschriebenen Verfahren und der entsprechenden Konstruktion hergestellt wurde.

Fig. 1 Scheibenwicklung der Hochspannung wird mit einem dünnen Draht runden Schnittes in der Scheibenhälfte 1 gewickelt, die durch eine Scheidewand vom Isolierstoff 2 getrennt ist. Diese Scheidewand ist an der Stelle, wo ihr Durchmesser am kleinsten ist, mit einer Längsnut ver sehen. Die Längsnut hat die Höhe "b", die vom Winkel "g" bestimmt wird. Das neue Verfahren wird entsprechend gegebener Erfindung folgenderweise umgesetzt. Als erstes wird eine Wicklungshälfte gewickelt, wie es auf der Fig. 1a abgebildet ist. Dabei wird das vordere Ende der Wicklung 3 durch das Fenster in der Scheidewand geführt und vorübergehend befestigt. Gewickelt wird schichtweise, indem man z. B. den Körper 1 um die Achse A-A' im Uhrzeigersinn dreht, und wenn nötig, zwischen den Schichten isoliert. Nachdem die Scheibe zur Hälfte umwickelt ist, wird das Ende 5 befestigt, wie es auf der Fig. 1b dargestellt ist. Danach wird das Vorderende der zweiten Wicklungshälfte 4 durch Anlöten oder nach einem anderen Verfahren, das einen geringen ohmschen Übergangswiderstand sicherstellt, an das Vorderende der Wicklung 3 angeschlossen. Die Anschlußstelle wird isoliert und in die Scheide wandnut so eingelegt, wie auf der Fig. 1c abgebildet. Danach wird diese Hälfte gewickelt, indem man den Körper 1 um die Achse A-A' gegen den Uhrzeiger sinn dreht, bis die Wicklung voll ist (Fig. 1b). Der Abstand zwischen den Klemmen 5 und 6 wird je nach der Vollspannung der ganzen Scheibenwicklung festgelegt. Somit erfordert die Wicklung keine verstärkte Isolierung der Klemmen 5 und 6, denn der Anfang und das Ende der Wicklung führen nicht durch die ganze Scheibendicke und befinden sich in einem gleichmäßigen elektrischen Feld. Auf der Fig. 2 ist Konstruktion einer Scheibenwicklung dargestellt, die nach dem gleichen Verfahren wie auf der Fig. 1 ausgeführt ist, jedoch wurde hierzu ein Draht rechteckigen Schnittes mit großem Belastungsstrom genommen. Hier wer den die Enden der Wicklungen anhand einer Scheideplatte 14 angeschlossen. Ansonsten unterscheidet sich die Herstellung dieser Scheibenwicklung von der auf der Fig. 1 nicht.

Auf der Fig. 3 ist eine Konstruktion der Scheibenwicklung für Transformatoren mit Hochspannungsscheibenwicklung zu sehen. In diesem Fall darf die Entstellung des elektrischen Feldes zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung nicht außer acht gelassen werden, so daß die Klemmen der Niedrigspannung 17 und 18 (20 und 19) im Raum zwischen dem Magnetkern des Transformators und dem Innendurch messer der Scheibe, wie auf den Fig. 3b und 3c abgebildet, plaziert werden. Auf der Fig. 4 sieht man das Foto eines Transformators, der nach dem o.a. Verfahren konstruiert und hergestellt wurde. Hiermit seine Grunddaten:

Nennleistung (kVA)	30
Nennspannung Primärwicklung (V)	250
Nennspannung Sekundärwicklung (kV)	15
Nennfrequenz (Hz)	2000
Kurzschlußspannung (%)	8,44
Induktivität L (Henry)	0,000014
Wirkungsgrad (%)	97,3
Abkühlung - Öl@	Magnetkern - Bandkern aus Nickel-Eisen-Legierung (bzw. 50% - 50%)

Diese Transformatoren sind für den Einsatz im Thyristorumformer bestimmt, der als Speisungsquelle eines leistungsstarken Ozongenerators dient.

Die entsprechend dieser Erfindung hergestellten Transformatoren können dank einer außerordentlich geringen Induktivität L eine sehr breite Anwendung in vielen Bereichen der Technik finden. Außer den bereits erwähnten Industrie bereichen, können sie bei der Lösung vieler Probleme und Aufgaben wie folgt eingesetzt werden:

- in der Impulstechnik und -technologie, wobei sie im wesentlichen zur Reduzierung der Nennleistung der Kondensatorenbatterien in den kapazitiven Energiespeichern beitragen, ohne daß die Formen der zu erzeugenden Impulse entstellt werden;
- in einer ganzen Reihe von Geräten und Vorrichtungen, insbesondere in der Flugzeug- und Raumschiffindustrie, wobei die Wechselstrom-Kollektormotoren mit hoher Drehzahl durch einfache und betriebssichere Asynchronmotoren mit 3 und 1 Phasen und hohen Frequenzen (wie Zentrifugen, Webmaschinenspindel und Geräte und Maschinen mit separatem Antrieb) ersetzt werden. Für all diese Vorrichtungen konnte man diese Aufgaben früher nicht lösen, denn die Transformatoren hatten nicht effiziente hohe Frequenzen.

So hat z. B. die Realisierung dieser Erfindung möglich gemacht, eine Speisungsquelle für Heizen der Kathoden der Ionenbeschleuniger für die Raumschiffahrt mit folgenden Parametern zu schaffen:

- Heizstrom (A)	150
- Spannung (V)	0,6
- Umformfrequenz (Hertz)	10 000
- Nennspannung (V)	27 (Bordnetzgleichstrom)

Das hat wiederum ermöglicht, die weniger betriebssicheren Kathodenheizer durch Koaxialröhren (kleinere Röhre in der größeren Röhre) zu ersetzen und somit die Betriebsdauer bis zu 10 000 Stunden zu verlängern.

Claims

1. Produktionsverfahren und Konstruktion der Starkstromtransformatoren für hohe Frequenzen mit Scheibenwicklungen, die auf einer Achse mit dem Trafoschenkel liegen und parallel oder hintereinander geschaltet sind. Das besondere dabei ist, daß jede Scheibe sich aus zwei Hälften zusammensetzt, eine von denen in eine Richtung und die zweite nach dem Zusammenschluß der Enden 3 und 4 bei der Drehung der Fassung oder des Gehäuses in die entgegengesetze Richtung gewickelt werden.

2. Das Produktionsverfahren und die Konstruktion des Transformators im P. 1. zeichnen sich dadurch aus, daß der Anfang der ersten Halbwicklung 3 und der Anfang der zweiten Halbwicklung 4 mit einem kleinen Übergangswider stand angeschlossen werden, und die Anschlußstelle im Körper der Isolier scheidewand 2 liegt, die sich zwischen zwei Hälften der Scheibenwicklung 1 befindet.

3. Das Produktionsverfahren und die Konstruktion des Transformators im PP. 1, 2 zeichnen sich dadurch aus, daß die Enden der Halbwicklungen 17 und 18 im kleinen Durchmesser der Scheibe untergebracht und ihre Klemmen im Zwischen raum zwischen der Wicklung und dem Schenkel des Transformators plaziert werden, damit Gleichmäßigkeit von potentiellen elektrischen Feldern gewähr leistet und ihre im Klemmenbereich der Scheibenwicklungen reduziert werden.