Mit Isolierflüssigkeit gekühlter Transformator oder gekühlte Drossel nebst Herstellungsverfahren und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen mit Isolierflüssigkeit gekühlten Transformator oder eine entsprechend gekühlte Drossel mit wenigstens einer Wicklung (5) aus band-oder folieförmigem Leitermaterial. Um die Stromverdrängung im Leiterband (7) zu reduzieren, ist das Band so geformt, dass es in seinen Randbereichen einer doppeltgebogenen Fläche folgt. Die Wicklung enthält mindestens ein Kühlkanalelement (13) zwischen zwei benachbarten Windungen des Bandes. Das Kühlkanalelement (13) hat eine in Richtung auf die axialen Endflächen der Wicklung zunehmende Dicke.
Die Dickenzunahme ist derart bemessen, dass die Wicklung (5) eine im Hinblick auf ihre elektrischen Eigenschaften zweckmässige Abbiegung an ihren axialen Enden erhält. Das Kühlkanalelement kann aus einer lsoliermaterialscheibe durch Profilsägen mittels einer prozessorgesteuerten Säge hergestellt werden. Die Säge hat mehrere Sägeblätter, die auf einer Welle, die gehoben und gesenkt werden kann, festgespannt sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen mit Isolierflüssigkeit gekühlten Transformator oder entsprechend gekühlte Drossel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Herstellungsverfahren für den Transformator oder die Drossel und eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

[0002] In Transformatoren und Drosseln mit Band- oder Foliewicklungen kann eine starke Stromverdrängung zu den Rändern des Bandes hin auftreten, die einerseits hohe Zusatzverluste und andererseits eine starke örtliche Erwärmung an den Rändern des Bandes verursacht. Durch die DE-OS 30 29 416 ist es bereits bekannt, die Stromverdrängung im Leiterband dadurch zu reduzieren, daß man das Band so formt, daß es in seinen Randbereichen einer doppeltgebogenen Fläche folgt. Dabei erzielt man das beste Resultat, wenn die Form des doppeltgebogenen Leiterbandes während des Wickelvorganges in bestimmter Weise variiert wird. Der radiale Abstand des Leiterbandes von der geometrischen Achse der Wicklung varriert bei solchen Wicklungen in achsialer Richtung und ist, zumindest für den radial äußeren Teil der Wicklung, an den achsialen Wicklungsenden am größten. Bei einer gleichmäßig dicken Metallfolie ist somit eine Ausfüllung erforderlich, um an den axialen Wicklungsenden die gewünschte trichterförmige Form zu erhalten. Es ist unter anderem aus dielektrischen Gründen wünschenswert, daß diese Ausfüllung aus elektrisch isolierendem Material besteht. Da ein solches Material eine schlechte Wärmeleitfähigkeit hat, muß die Ausfüllung in thermischen Symmetrieebenen liegen, d.h. entweder in der Mitte der Kühlkanäle oder in der Mitte zwischen zwei benachbarten Kühlkanälen, so daß die Wärmeleitung in radialer Richtung nicht behindert wird.

[0003] Bei Wicklungen mit Kühlkanalelementen der an sich vorteilhaften Ausführung, die aus einer gleichmäßig dicken, biegsamen Isoliermaterialscheibe besteht, in der auf beiden Seiten Nuten für die Kühlflüssigkeitszirkulation eingearbeitet sind (Europäische Patentanmeldung 81 10 3568.2) ist es jedoch schwer, im Anschluß an die Kühlkanäle separate Füllmittel in der oben genannten Art anzubringen. Das Einlegen eines separaten Füllmittels verursacht ganz allgemein Probleme bei der Plazierung des Füllmittels, da die Lage des Füllmittels sehr präzise sein muß. Ein solches Einlegen erfordert einen hohen handwerklichen Aufwand, der zu hohen Herstellungskosten führt.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator oder eine Drossel der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem das aufgezeigte Problem bei der Anbringung von Füllmittel in den axialen Endbereichen der Wicklung in einfacher Weise gelöst ist.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Transformator oder eine Drossel nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der/die die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen des Transformators oder der Drossel sind in den Ansprüchen 2 und 3 genannt. Ein Verfahren zur Herstellung eines Transformators oder einer Drossel gemäß der Erfindung ist erfindungsgemäß durch die im Anspruch 4 genannten Merkmale gekennzeichnet.

[0007] Eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist durch die in den Ansprüchen 5 und 6 genannten Merkmale gekennzeichnet.

[0008] Die Erfindung beruht auf der Idee, das eingangs genannte Füllmittel in die Kühlkanalelemente zu integrieren.

[0009] Das Kühlkanalelement wird vorzugsweise aus einer zunächst ebenen, rechteckigen Preßspannscheibe hergestellt, die auf ihrer einen Breitseite mit einem solchen Profil versehen wird, daß die Scheibe in den Bereichen längs zweier gegenüberliegender paralleler Schmalseiten eine in Richtung auf diese Schmalseiten zunehmende Dicke hat, die so bemessen ist, daß die Randabschnitte des Leiterbandes die gewünschte herausgebogene Form bekommen.

[0010] Das Herstellen der Kühlkanalelemente erfolgt vorzugsweise mittels einer Sägemaschine, die mit mehreren Sägeblättern mit zwei verschiedenen Durchmessern arbeitet. Die Sägeblätter sind abwechselnd mit den beiden vorkommenden Durchmessern koaxial nebeneinander auf einer Welle angeordnet, die im Verhältnis zu einer Stützebene, auf der die Isoliermaterialscheiben für die Kühlkanalelemente vorgeschoben werden, gehoben und gesenkt werden kann. Die Höhenlage der Welle wird dabei in Abhängigkeit von der Lage der Isoliermaterialscheibe auf der Stützebene gesteuert. Diese Steuerung erfolgt vorzugsweisemit Hilfe eines Prozessors. Durch dieses Verfahren kann das Profil des Kühlkanalelementes beliebig geändert werden und allen gewünschten Formen angepaßt werden. Beim Wickeln der Wicklung braucht man dann nur die Reihenfolge der Kühlkanalelemente zu berücksichtigen um die gewünschte Form der Wicklung zu erhalten.

[0011] Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Figur 1 schematisch einen Schnitt durch einen Teil eines Transformators gemäß der Erfindung,

Figur 2 in Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel eines Kühlkanalelementes für einen Transformator gemäß Figur 1,

-Figur 3 einen Schnitt durch das Kühlkanalelement längs der Linie III - III in Figur 2,

Figur 4 einen Schnitt durch das Kühlkanalelement längs der Linie IV - IV in Figur 2,

Figur 5 in Seitenansicht das Kühlkanalelement nach Figur 2 nach dem Weichmachen seiner dickeren Randbereiche,

Figur 6 schematisch in Seitenansicht eine Sägemaschine zum Sägen von Kühlkanalelementen nach Art der Figuren 2 bis 5,

Figur 7 eine Vorderansicht des oberen Teils der Sägemaschine gemäß Figur 6.

[0012] Figur 1 zeigt einen Teil eines Transformatorkerns mit Schenkel 1 sowie oberem und unterem Joch 2 bzw. 3. Konzentrisch um den Schenkel 1 sind eine Innenwicklung 4 und eine Außenwicklung 5 angeordnet. Die Wicklungen bestehen aus in vielen Windungen gewickelter Aluminium- oder Kupferfolie 6 bzw. 7, deren Dicke zwischen 0,01 und 3 mm liegen kann. Zwischen den Windungen liegt ein Film aus geeignetem Isoliermaterial, beispielsweise Polyäthylenglykolterephtalat, dessen Dicke beispielsweise zwischen 0,01 und 0,1 mm liegen kann. Die Innenwicklung 4 ist auf einen Wicklungszylinder 8 gewickelt, der beispielsweise aus glasfaserarmiertem Polyester oder metallischem Material, wie z.B. Aluminium,bestehen kann. Die Außenwicklung 5 ist auf die Innenwicklung mit einem zwischenliegenden Isolationsspalt gewickelt, in dem Rippen 9 aus Preßspan, Bakelit oder glasfaserarmiertem Polyester parallel zur Achse der Wicklungen angeordnet sind. Der Eisenkern des Transformators mit den Wicklungen ist in einem mit Isolierflüssigkeit, z.B. Öl, gefüllten Transformatorkessel angeordnet. Die Wicklungen werden dadurch gekühlt, daß die Isolierflüssigkeit durch Kühlkanäle in den Wicklungen zirkuliert, die von Kühlkanalelementen gebildet werden, welche zwischen je zwei benachbarten Windungen des Leiterbandes in verschiedenen radialen Abständen von der geometrischen Achse der Wicklungen angeordnet sind. In Figur 1 werden nur die Kühlkanalelemente 10 bis 14 in der Außenwicklung 5 gezeigt.

[0013] Die Figuren 2 bis 5 zeigen den Aufbau des Kühlkanalelementes - 13. Die übrigen Kühlkanalelemente in der Außenwicklung sind in gleicher Weise aufgebaut. Das gezeigte Kühlkanalelement 13 ist hergestellt aus einer rechteckigen, ursprünglich ebenen Preßspanscheibe mit einer Dicke h von beispielsweise 8 mm, einer Breite von beispielsweise 0,5 m und einer Länge, die mindestens die Breite der Leiterfolie, beispielsweise 2 m, hat. Die eine Breitseite der Preßspanscheibe ist derart auf Profil gearbeitet, z.B. gesägt, daß die Scheibe eine nach ihren beiden Schmalseiten 15, 16 hin zunehmende Dicke bekommt. Auf beiden Breitseiten der Scheibe sind parallele Nuten 17 eingearbeitet, welche Kühlkanäle bilden. Die Nuten 17 auf den beiden Breitseiten der Scheibe liegen sich paarweise genau gegenüber und reichen von einer Schmalseite 15, 16 der Scheibe zur anderen. Das verbliebene Material an den Seiten der Nuten 17 bildet die Distanzelemente 18) während das verbliebene Material am Boden der Nuten die Verbindungsstücke 19 bildet. Um das Biegen der Kühlkanalelemente bei ihrer Anbringung in der Wicklung zu erleichtern, sind die dickeren Randbereiche der Elemente durch Anbringung von durchgehenden Nuten 20 an den Enden jedes zweiten Verbindungsstückes 19 aufgefranst. Diese Randbereiche werden außerdem dadurch weichgemacht, daß sie durch Weichmacherwalzen geschoben werden, wonach sie leicht die in Figur 5 gezeigte Form annehmen können.

[0014] Die Figuren 6 und 7 zeigen schematisch eine Säge zum Sägen von Kühlkanalelementen der in den Figuren 2 bis 5 gezeigten Art. Die Säge hat ein festes Stativ mit einem horizontalen Stativteil 21 und 'einem hierauf angeordneten vertikalen Stativteil 22. In dem horizontalen Stativteil 21 sind mehrere Stützrollen 23 gelagert, auf welchen die für die Herstellung von Kühlkanalelementen vorgesehenen Isolierscheiben beim Sägen vorgeschoben werden. Die Säge ist mit einer großen Anzahl von Sägeblättern 24,_'25 versehen, die zwei verschiedene Durchmesser haben. Die Sägeblätter sind koaxial nebeneinander auf einer Welle 26 befestigt, auf der auch eine Riemenscheibe 27 sitzt, über die die Welle mittels eines Keilriemens 28 von einem Motor 29 angetrieben wird. Die einen von zwei Durchmessern aufweisender Sägeblätter sind abwechselnd auf der Welle 26 angebracht, so daß benachbarte Sägeblätter 24, 25 stets verschiedene Durchmesser haben. Die Welle 26 ist in einem auf dem vertikalen Stativteil 22 vertikal verschiebbaren Halter gelagert. Dieser Halter umfaßt zwei vertikale Träger 30, 31 und ein die Träger zusammenhaltendes Blech 32. Jeder Träger 30, 31 trägt an seiner einen Seite eines der Lager für die Welle 26 mit den Sägeblättern. An seiner anderen Seite ist jeder Träger mit einer runden Welle 33 bzw. 34 versehen, die sich längs des zugehörigen Trägers erstreckt und an diesem Träger fest fixiert ist. Diese Wellen sind an ihren beiden Enden in Kugelbuchsen 35, 36 bzw. 37, 38 gelagert, die an dem vertikalen Stativteil 22 fest fixiert sind.

[0015] Das bewegliche Blech 32 ist.über eine Stellschraube 39 mit einem Scheibenmotor 40 verbunden, der über Anschlußleitungen 41 durch einen Prozessor derart gesteuert wird, daß die Höhenlage der Sägeblätter in Abhängigkeit von der Lage der zu bearbeitenden Isoliermaterialscheibe auf den Stützrollen 23 automatisch auf vorbestimmte Weise geändert wird. Mit einer Säge, bei der die Welle mit den Sägeblättern in der,genannten Weise gehoben und gesenkt werden kann, kann das Profil der Kühlkanalelemente beliebig geändert und den Kundenwünschen angepaßt werden. Dadurch kann man auf verhältnismäßig einfache Weise die richtige Form für eine Transformatorwicklung mit herausgebogenen Endabschnitten erhalten.

Ansprüche

1. Mit Isolierflüssigkeit gekühlter Transformator oder gekühlte Drossel, bestehend aus einem aus magnetischem Material hergestellten Kern mit mindestens einem Schenkel (1) und Jochen (2, 3), aus mindestens einer im wesentlichen konzentrisch auf dem Schenkel angeordneten Wicklung (5), die aus mehreren aufeinandergewickelten Windungen eines Bandes aufgebaut ist, das aus einer Metallfolie und einem wenigstens auf einer Seite der Metallfolie vorhandenen Isolierfilm zusammengesetzt ist, wobei das Band bei wenigstens einem Teil der Windungen so geformt ist, daß die Randbereiche des Bandes einen anderen Abstand von der geometrischen Achse der Wicklung haben als der mittlere Bereich des Bandes der betreffenden Windungen, und aus wenigstens einem Kühlkanalelement (13), das zwischen zwei aufeinanderfolgenden Windungen oder Teilen von Windungen des Bandes oder innerhalb der innersten Windung des Bandes der Wicklung angeordnet ist, wobei das Kühlkanalelement (13) mehrere miteinander verbundene langgestreckte, parallele und mit Abstand voneinander in seitlicher Richtung (Umfangsrichtung) angeordnete Distanzelemente (18) enthält, welche die beiden Windungen bzw. die Teile der Windungen des Bandes derart auf Abstand voneinander halten, daß zwischen diesen Windungen bzw. innerhalb der innersten Windung des Bandes Kanäle (17) zum Transport von Isolierflüssigkeit von der einen axialen Endfläche der Bandwicklung zur anderen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement (18) des Kühlkanalelementes (13) eine in Richtung auf die axialen Endflächen der Wicklung zunehmende Dicke hat.

2. Transformator oder Drossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente (18) in seitlicher Richtung (Umfangsrichtung) durch Verbindungsstücke (19) miteinander verbunden sind, welche von beiden benachbar ten Windungen auf Abstand, und zwar vorzugsweise in der Mitte zwischen den beiden benachbarten Windungen angeordnet sind.

3. Transformator oder Drossel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlkanalelement (13) aus einer biegsamen Isoliermaterialscheibe besteht, in die auf beiden Breitseiten Nuten (17) eingearbeitet sind, während das seitlich der.Nuten verbleibende Material die Distanzelemente (18) bildet und das am Boden der Nuten verbleibende Material die Verbindungsstücke (19) bildet.

4. Verfahren für die Herstellung eines Transformators oder einer Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanalelemente (13) aus einer rechteckigen Preßspanscheibe dadurch hergestellt werden, daß die eine Breitseite der Scheibe derart, z.B. durch Sägen, mit einem Profil versehen wird, daß die Scheibe in den Bereichen längs zweier gegenüberliegender paralleler Schmalseiten eine in Richtung auf die genannten Schmalseiten zunehmende Dicke erhält, daß parallele Nuten (17) für Kühlkanäle, die sich von der einen bis zu der anderen der genannten Schmalseiten erstrecken, auf beiden Seiten der Scheibe eingearbeitet, z.B. eingesägt, werden und daß die beiden dickeren Randabschnitte der Scheibe durch mechanische Behandlung weichgemacht werden.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Welle (26) mehrere zur Bearbeitung von Isoliermaterialscheiben zu Kühlkanalelementen vorgesehene Sägeblätter (24, 25) mit zwei verschiedenen Durchmessern abwechselnd koaxial nebeneinander angebracht sind, daß die Welle (26) im Verhältnis zu einer Stützebene, auf der die Isoliermaterialscheiben transportiert werden, gehoben und gesenkt werden kann, und daß Organe vorhanden sind zur automatischen Steuerung der Höhenlage der Welle (26) in vorbestimmter Weise in Abhängigkeit von der Lage der Isoliermaterialscheibe auf.der Stützebene. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (26) mit den Sägeblättern (24, 25) in einem verschiebbar an einem Stativ angeordneten Halter (30, 31, 32) gelagert ist, der mit einer mittels eines Prozessors gesteuerten Stellschraube (39) verbunden ist.

Zeichnung