DE19705048A1

DE19705048A1 - Heavy current HF transformer structure

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

Abstract

The disc coils (1) are in parallel or in series. Each disc consists of two halves, of which one is wound in one direction and the other in the opposite direction after connection of the ends (3, 4) on turning of the socket, or the housing. Pref. the starts of the first half-coil (3) and the second one (4) are connected with a low transient resistance and the joint is located in the body of the insulating separation wall (1) between the two halves of the disc coil.

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.The invention relates to the manufacturing and construction method of Transformers for wide use in energetics, electrothermics, electrometallurgy, Forming technology, in the thyristor drives with high and very high frequencies as well as for mass application in various household appliances and machines such. B. Hand tools, washing machines, vacuum cleaners, etc., in the areas where high and adjustable drive revolutions are required.

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.The problem with creating a perfect and economical transformer, apart from the general problems associated with the choice of design parameters, and in particular transformers with high currents in secondary windings or with high frequency of the supply network or their combination, is that, among other things, the value of the short-circuit voltage U _Z must be minimized. This value is one of the most important properties that characterize the construction of the transformer and includes two components - resistive voltage drop and leakage voltage drop.

Die Kurzschlußimpedanz eines Wicklungspaares ist gleich:
The short-circuit impedance of a pair of windings is the same:

Z_K = U_ZU_n ²(100S_n)^-1 = [R_K ² + (2πfL_K)²]^1/2 /1/.Z _K = U _Z U _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.U _n stands for nominal voltage and S _n for nominal power of the winding; U _Z for percentage short-circuit voltage, f for frequency nominal voltage and L _K for induction winding pair. It follows from the equation / 1 / that if the value Z _K or U _{Z is kept} constant as the power of the transformer S _n is increased, the value must be increased, which cannot always be accepted. An even bigger problem is related to the increase in the frequency of the supply network f. With their increase, the inductance of the windings L _K must be reduced relatively. Methods for the manufacture and construction of transformers are known in which the Indukti vitätsreduzierung L _{K is} achieved through the use of disc windings. In this case, the value of L _K is reduced almost in proportion to the number of consecutive primary and secondary windings.

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.However, if a larger number of disks is to be used, e.g. B. at the increase in the frequency f, such an embodiment does not offer any positive results Solution, because it increases the number of spaces between the panes, what a non-productive lengthening of the magnetic conductor leg and the enlargement of its window for the windings. In particular, this affects the Construction of power transformers from, if necessary, from each isolate the winding for full voltage.

Es wird ein Produktions- und Konstruktionsverfahren für Transformatoren angeboten, das frei von oben genannten Mängeln ist. A production and construction process for transformers is offered, that is free from the above defects.

Die Erfindung wird ausführlicher anhand der beigefügten Zeichnungen und Fotos erklärt.The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings and photos.

Fig. 1 Scheibenwicklungen für Hochspannung Fig. 1 disc windings for high voltage

Fig. 2 Scheibenwicklungen mit großen Schnitt der Teilleiter Fig. 2 disc windings with a large section of the sub-conductors

Fig. 3 Scheibenwicklungen mit großem Schnitt der Teilleiter beim Hochspannungs transformator Fig. 3 disc windings with a large section of the sub-conductors in the high-voltage transformer

Fig. 4 Foto eines Transformators, der nach dem in der Erfindung beschriebenen Verfahren und der entsprechenden Konstruktion hergestellt wurde. Fig. 4 is a photograph of a transformer manufactured according to the method and construction described in the invention.

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. Fig. 1 Disk winding of the high voltage is wound with a thin wire of a round cut in the disk half 1 , which is separated from the insulating material 2 by a partition. This septum is at the point where its diameter is smallest, see ver with a longitudinal groove. The longitudinal groove has the height "b", which is determined by the angle "g". The new method is implemented according to the present invention as follows. First, a winding half is wound, as shown in Fig. 1a. The front end of the winding 3 is passed through the window in the septum and temporarily fastened. Is wrapped in layers by z. B. rotates the body 1 about the axis AA 'clockwise, and if necessary, isolated between the layers. After the disk is half wrapped, the end 5 is attached, as shown in Fig. 1b. The front end of the second winding half 4 is then connected to the front end of the winding 3 by soldering or by another method which ensures a low ohmic contact resistance. The connection point is isolated and inserted into the sheath wall groove as shown in FIG. 1c. Then this half is wound by rotating the body 1 about the axis AA 'counterclockwise until the winding is full ( Fig. 1b). The distance between terminals 5 and 6 is determined depending on the full tension of the entire disc winding. The winding therefore does not require increased insulation of terminals 5 and 6 , because the beginning and the end of the winding do not run through the entire thickness of the pane and are in a uniform electrical field. In FIG. 2, the construction of a disc winding is shown, which is carried out according to the same method as in FIG. 1, but for this purpose a wire of rectangular section with a high load current was used. Here who connected the ends of the windings using a cutting plate 14 . Otherwise the production of this disc winding does not differ from that in FIG. 1.

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:
In FIG. 3 can be seen the disc winding for transformers with high voltage winding wheel a design. In this case, the distortion of the electrical field between the primary winding and the secondary winding must not be disregarded, so that the terminals of the low voltage 17 and 18 ( 20 and 19 ) in the space between the magnetic core of the transformer and the inner diameter of the disc, as on the Figs. 3b and 3c, can be placed. On Fig. 4 you can see the photo of a transformer which was designed and manufactured according to the above method. Herewith his basic data:

Nennleistung (kVA)Nominal power (kVA) 3030th Nennspannung Primärwicklung (V)Nominal voltage primary winding (V) 250250 Nennspannung Sekundärwicklung (kV)Nominal voltage secondary winding (kV) 1515th Nennfrequenz (Hz)Nominal frequency (Hz) 20002000 Kurzschlußspannung (%)Short circuit voltage (%) 8,448.44 Induktivität L (Henry)Inductance L (Henry) 0,0000140.000014 Wirkungsgrad (%)Efficiency (%) 97,397.3 Abkühlung - Öl@Cooling down - oil @ Magnetkern - Bandkern aus Nickel-Eisen-Legierung (bzw. 50% - 50%)Magnetic core - tape core made of nickel-iron alloy (or 50% - 50%)

Diese Transformatoren sind für den Einsatz im Thyristorumformer bestimmt, der als Speisungsquelle eines leistungsstarken Ozongenerators dient.These transformers are intended for use in thyristor converters, the serves as the supply source of a powerful ozone generator.

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:
The transformers produced in accordance with this invention can, thanks to an extremely low inductance L, find a very wide range of applications in many areas of technology. In addition to the industries already mentioned, they can be used to solve many problems and tasks as follows:

- in impulse engineering and technology, where they essentially lead to reduction the nominal power of the capacitor banks in the capacitive energy storage contribute without distorting the shapes of the impulses to be generated;
- in a whole range of devices and devices, especially in aircraft and spaceship industry, the AC commutator motors with high Speed through simple and reliable asynchronous motors with 3 and 1 phases and high frequencies (such as centrifuges, loom spindles and devices and Machines with separate drive). For all of these devices could you couldn't solve these tasks earlier because the transformers weren't efficient high frequencies.

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:
So has z. B. the realization of this invention made possible to create a supply source for heating the cathodes of the ion accelerators for space travel with the following parameters:

- Heizstrom (A)- heating current (A) 150150 - Spannung (V)- voltage (V) 0,60.6 - Umformfrequenz (Hertz)- Forming frequency (Hertz) 10 00010,000 - Nennspannung (V)- nominal voltage (V) 27 (Bordnetzgleichstrom)27 (vehicle electrical system direct current)

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.This in turn made it possible to use the less reliable cathode heater To replace coaxial tubes (smaller tube in the larger tube) and thus extend the operating time up to 10,000 hours.

Claims

1. Production process and construction of power transformers for high frequencies with disc windings, which are on an axis with the transformer leg and are connected in parallel or in series. The special thing about this is that each disc is composed of two halves, one of which is wound in one direction and the second is wound in the opposite direction after the ends 3 and 4 have joined together when the socket or housing is rotated.

2. The production process and the construction of the transformer in P. 1. are characterized in that the beginning of the first half-winding 3 and the beginning of the second half-winding 4 were connected with a small contact resistance, and the connection point in the body of the insulating partition 2 which is located between two halves of the disc winding 1 .

3. The production process and the construction of the transformer in the PP. 1, 2 are characterized in that the ends of the half-windings 17 and 18 housed in the small diameter of the disc and their terminals are placed in the space between the winding and the leg of the transformer, so that uniformity of potential electrical fields ensures and their im Terminal area of the disc windings can be reduced.