RU2564403C2

RU2564403C2 - Система по меньшей мере с двумя катушками, расположенными в осевом направлении друг над другом на общем стержне сердечника

Info

Publication number: RU2564403C2
Application number: RU2012144801/07A
Authority: RU
Inventors: Бенджамин ВЕБЕР; Бхавеш ПАТЕЛ; Бурак ЭЗЕНЛИК; Франк КОРНЕЛИУС; Маркос БОКХОЛЬТ; Йенс ТЕППЕР
Original assignee: Абб Текнолоджи Аг
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2015-09-27
Also published as: US9449755B2; CN102792397B; RU2012144801A; JP2013522919A; BR112012024201B1; WO2011116884A1; EP2369602B1; BR112012024201A2; US20130021130A1; ES2415909T3; KR20130006635A; KR101819034B1; JP5745612B2; CN102792397A; PL2369602T3; EP2369602A1

Abstract

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении электрической прочности. Система содержит по меньшей мере две катушки (1, 4), расположенные на общем стержне (7) сердечника в осевом направлении друг над другом. Каждая катушка имеет по меньшей мере две обмотки (2, 3, 5, 6), расположенные в радиальном направлении друг над другом, и между обмотками (2, 3, 5, 6) предусмотрены барьеры. Барьеры (9-13, 15-19) соседних катушек (1, 4) расположены со смещением в радиальном направлении относительно друг друга. Краевые зоны барьеров (9-13, 15-19) входят друг в друга гребнеобразно. В качестве альтернативы барьеры (21-25, 27-31) зон соседних катушек (1, 4), находящихся непосредственно противоположно друг относительно друга, попеременно укорочены и удлинены, так что всегда напротив укороченного барьера (21, 23, 25) одной катушки (1) расположен удлиненный барьер (27, 29, 31) другой катушки (4), а также наоборот, удлиненному барьеру (22, 24) одной катушки (1) противолежит укороченный барьер (28, 30) другой катушки (4), и в каждой катушке (1, 4) за удлиненным барьером следует укороченный барьер. В качестве альтернативы барьеры выполнены частично в виде изоляционных колец (34/35, 38/39, 43/44, 47/48), которые дополнительно охватывают торцевые поверхности обмоток (2, 3, 5, 6), расположенные перпендикулярно оси (W) обмотки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к системе по меньшей мере с двумя катушками, расположенными в осевом направлении друг над другом на общем стержне сердечника, при этом каждая катушка имеет по меньшей мере две обмотки, расположенные в радиальном направлении друг над другом, и между обмотками предусмотрены барьеры.

Система применяется в катушках и трансформаторах, в частности в сухих трансформаторах.

Обычно в трансформаторах две или больше катушек расположены в осевом направлении друг над другом на стержне сердечника, при этом каждая катушка имеет внутреннюю обмотку, соответственно обмотку низшего напряжения, а также наружную обмотку, соответственно обмотку высшего напряжения. В зависимости от соединения катушек рассчитывается расстояние между двумя катушками, требуемое для достаточной электрической прочности. Кроме того, обычно между внутренней обмоткой и наружной обмоткой катушки расположены барьеры, которые должны предотвращать электрический пробой между обеими обмотками.

На фиг.4 показан боковой разрез системы по меньшей мере с двумя катушками, согласно уровню техники. Показан стержень 7 сердечника, на котором расположены друг над другом в осевом направлении первая катушка 1 и вторая катушка 4. Первая катушка 1 имеет две обмотки 2, 3, расположенные в радиальном направлении друг над другом, при этом обмотка 2 может называться также внутренней обмоткой, соответственно обмоткой низшего напряжения, а обмотка 3 - наружной обмоткой, соответственно обмоткой высшего напряжения. Вторая катушка 4 имеет две обмотки 5, 6, расположенные в радиальном направлении друг над другом, при этом обмотка 5 может называться также внутренней обмоткой, соответственно обмоткой низшего напряжения, а обмотка 6 - наружной обмоткой, соответственно обмоткой высшего напряжения.

Между внутренней обмоткой 2 и наружной обмоткой 3 первой катушки 1 расположено несколько барьеров 51 с целью надежного предотвращения электрического пробоя между обеими обмотками 2, 3. Аналогичным образом, между внутренней обмоткой 5 и наружной обмоткой 6 второй катушки 4 расположено несколько барьеров 52 с целью надежного предотвращения электрического пробоя между обеими обмотками 5, 6.

Осевое расстояние между обеими катушками 1, 4, задаваемое в зависимости от включения катушек и разницы напряжений, обозначено как А1 (измеряемое между внутренними обмотками 2, 5). Выступание барьера, то есть выступание барьера над торцевой поверхностью обмотки, расположенной перпендикулярно оси W обмотки, обозначено как В (измеряемое между обмоткой 3 и барьером 51, соответственно между обмоткой 6 и барьером 52).

Специально для более высоких напряжений, соответственно разниц напряжения, требуемые выступания барьеров над обмотками отдельных катушек являются относительно большими и приводят тем самым к удлинению стержня сердечника (смотри необходимую длину L1 стержня сердечника).

В основу изобретения положена задача создания оптимальной с точки зрения необходимых размеров системы по меньшей мере с двумя катушками, расположенными в осевом направлении друг над другом на общем стержне сердечника.

Эта задача решена согласно первому варианту выполнения изобретения в сочетании с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения тем, что барьеры соседних катушек расположены со смещением в радиальном направлении относительно друг друга, и при этом краевые зоны барьеров входят друг в друга гребнеобразно.

Эта задача решена согласно второму варианту выполнения изобретения в сочетании с ограничительной частью пункта 2 формулы изобретения тем, что барьеры расположенных непосредственно противоположно друг другу зон соседних катушек попеременно укорочены и удлинены, так что всегда напротив укороченного барьера одной катушки находится удлиненный барьер другой катушки, а также наоборот, удлиненному барьеру одной катушки противолежит укороченный барьер другой катушки, и в каждой катушке за удлиненным барьером следует укороченный барьер.

Эта задача решена согласно третьему варианту выполнения изобретения в соединении с ограничительной частью пункта 3 формулы изобретения тем, что барьеры выполнены частично в виде изоляционных колец, которые дополнительно охватывают торцевые поверхности обмоток, расположенные перпендикулярно оси обмотки.

Достигаемые с помощью изобретения преимущества состоят, в частности, в том, что длина стержня сердечника катушки или трансформатора может быть уменьшена, что приводит к более компактной в целом конструкции катушки или трансформатора. Система барьеров выполнена так, что могут предотвращаться электрические пробои от расположенных снаружи обмоток к расположенным внутри обмоткам, хотя уменьшается радиальное расстояние катушек друг относительно друга.

Целесообразные варианты выполнения изобретения раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения.

Ниже приводится пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - боковой разрез оптимизированной системы по меньшей мере с двумя катушками, согласно первому варианту выполнения;

фиг.2 - боковой разрез оптимизированной системы по меньшей мере с двумя катушками, согласно второму варианту выполнения;

фиг.3 - боковой разрез оптимизированной системы по меньшей мере с двумя катушками, согласно третьему варианту выполнения;

фиг.4 - боковой разрез оптимизированной системы по меньшей мере с двумя катушками, согласно уровню техники.

На фиг.1 показан боковой разрез оптимизированной системы по меньшей мере с двумя катушками, согласно первому варианту выполнения. Показан стержень 7 сердечника, на котором расположены друг над другом в осевом направлении первая катушка 1 и вторая катушка 4. Первая катушка 1 имеет две обмотки 2, 3, расположенные в радиальном направлении друг над другом, при этом обмотка 2 может также называться внутренней обмоткой, а обмотка 3 - наружной обмоткой. Вторая катушка 4 имеет две обмотки 5, 6, расположенные в радиальном направлении друг над другом, при этом обмотка 5 может также называться внутренней обмоткой, а обмотка 6 - наружной обмоткой. Центральная ось стержня 7 сердечника одновременно является осью W обмотки.

Между внутренней обмоткой 2 и наружной обмоткой 3 первой катушки 1 расположены барьеры 9, 10, 11, 12, 13 для надежного предотвращения электрического пробоя между обеими обмотками 2, 3. Аналогичным образом, между внутренней обмоткой 5 и наружной обмоткой 6 второй катушки 4 расположены барьеры 15, 16, 17, 18, 19 для надежного предотвращения электрического пробоя между обеими обмотками 5, 6.

При этом барьеры 9-13, а также 15-19 расположены на диаметре, при совпадении центральной оси стержня с осью W обмотки, так, что можно достигать осевого сближения обеих катушек 1, 4 без соприкосновения барьеров. Как показано на фиг.1, барьеры соседних катушек расположены с радиальным смещением относительно друг друга, и краевые зоны барьеров 9-13, а также 15-19 входят друг в друга гребнеобразно. Образуются зоны U перекрывания между барьерами соседних катушек 1, 4. При этом выступания В барьеров остаются неизменными относительно варианта выполнения, согласно фиг.4. Предпочтительно, получается уменьшенное по сравнению с осевым расстоянием А1 (см. фиг.4) осевое расстояние А2. В соответствии с этим, получается уменьшенная длина L2 стержня сердечника.

На фиг.2 показан боковой разрез оптимизированной системы по меньшей мере с двумя катушками, согласно второму варианту выполнения. Показан стержень 7 сердечника, на котором расположены друг над другом в осевом направлении первая катушка 1 и вторая катушка 4. Первая катушка 1 имеет две обмотки 2, 3, расположенные в радиальном направлении друг над другом, при этом обмотка 2 может также называться внутренней обмоткой, а обмотка 3 - наружной обмоткой. Вторая катушка 4 имеет две обмотки 5, 6, расположенные в радиальном направлении друг над другом, при этом обмотка 5 может также называться внутренней обмоткой, а обмотка 6 - наружной обмоткой.

Между внутренней обмоткой 2 и наружной обмоткой 3 первой катушки 1 расположены барьеры 21, 22, 23, 24, 25 для надежного предотвращения электрического пробоя между обеими обмотками 2, 3. Аналогичным образом, между внутренней обмоткой 5 и наружной обмоткой 6 второй катушки 4 расположены барьеры 27, 28, 29, 30, 31 для надежного предотвращения электрического пробоя между обеими обмотками 5, 6.

При этом барьеры 21-25, а также 27-31 расположенных непосредственно противоположно друг относительно друга зон обеих катушек 1, 4 попеременно укорочены и удлинены, так что укороченному барьеру одной катушки противолежит удлиненный барьер другой катушки, и в катушке за удлиненным барьером следует укороченный барьер. Образуются зоны перекрывания между барьерами соседних катушек 1, 4. Таким образом, достигается осевое сближение обеих катушек 1, 4 без соприкосновении барьеров. При этом выступания В удлиненного барьера соответствует расстоянию В между барьерами в варианте выполнения, согласно фиг.4. Напротив укороченного барьера 21, 28, 23, 30, 25 непосредственно находится укороченный барьер 27, 22, 29, 24, 31, без соприкосновения противолежащих барьеров. Предпочтительно, получается уменьшенное по сравнению с осевым расстоянием А1 (см. фиг.4) осевое расстояние А2. В соответствии с этим, получается уменьшенная длина L2 стержня сердечника.

На фиг.3 показан боковой разрез оптимизированной системы по меньшей мере с двумя катушками, согласно третьему варианту выполнения. Показан стержень 7 сердечника, на котором друг над другом в осевом направлении расположены первая катушка 1 и вторая катушка 4. Первая катушка 1 имеет две обмотки 2, 3, расположенные в радиальном направлении друг над другом, при этом обмотка 2 может также называться внутренней обмоткой, а обмотка 3 - наружной обмоткой. Вторая катушка 4 имеет две обмотки 5, 6, расположенные в радиальном направлении друг над другом, при этом обмотка 5 может также называться внутренней обмоткой, а обмотка 6 - наружной обмоткой.

Между внутренней обмоткой 2 и наружной обмоткой 3 первой катушки 1 расположены барьеры 33, 36, 37, 40 и изоляционные кольца в качестве барьеров 34/35, 38/39 для надежного предотвращения электрического пробоя между обеими обмотками 2, 3. Аналогичным образом, между внутренней обмоткой 5 и наружной обмоткой 6 второй катушки 4 расположены барьеры 42, 45, 46, 49 и изоляционные кольца в качестве барьеров 43/44, 47/48 для надежного предотвращения электрического пробоя между обеими обмотками 5, 6. Изоляционные кольца 34/35 охватывают дополнительно торцевые поверхности внутренней обмотки 2, расположенные перпендикулярно оси W обмотки, изоляционные кольца 38/39 охватывают дополнительно торцевые поверхности наружной обмотки 3, расположенные перпендикулярно оси W обмотки, изоляционные кольца 43/44 охватывают дополнительно торцевые поверхности внутренней обмотки 5, расположенные перпендикулярно оси W обмотки изоляционные кольца 47/48 охватывают дополнительно торцевые поверхности наружной обмотки 6, расположенные перпендикулярно оси W обмотки. Предпочтительно, получается уменьшенное по сравнению с осевым расстоянием А1 (см. фиг.4) осевое расстояние А3. В соответствии с этим, получается уменьшенная длина L3 стержня сердечника.

В целом для поясненных выше примеров выполнения справедливо следующее.

Указанные выше меры применимы для катушек 1, 4 с круглым, овальным или прямоугольным поперечным сечением.

Барьеры 9-13, 15-19, 21-25, 27-31, 33-40, 42-49 выполнены из электрически изолирующего полимерного материала.

Барьеры 9-13, 15-19, 21-25, 27-31, 33-40, 42-49 соседних катушек 1, 4 не должны соприкасаться, для того чтобы в этом месте не возникала сквозная проводящая дорожка.

Барьеры 9-13, 15-19, 21-25, 27-31, 33-40, 42-49 могут быть намотаны на катушки 1, 4 и тем самым автоматически следовать форме катушек. С другой стороны, барьеры 9-13, 15-19, 21-25, 27-31, 33-40, 42-49 могут быть выполнены в виде предварительно сформированных конструктивных элементов с согласованием по форме и размерам с катушками 1, 4.

Между внутренней обмоткой 2, 5, отдельными барьерами 9-13, 15-19, 21-25, 27-31, 33-40, 42-49 и наружной обмоткой 3, 6 могут быть расположены планки для получения вдоль периметра заданных расстояний.

Чертежи в определенной степени искажены с целью отображения принципа изобретения и выполнены без соблюдения масштаба относительно размеров катушки/обмотки и показанных расстояний между обмотками.

В поясненных выше вариантах выполнения используются в качестве примера пять барьеров. Количество барьеров не имеет верхней границы. Вариант выполнения, согласно фиг.1, способен работать уже при наличии одного единственного барьера, варианты выполнения, согласно фиг.2 и 3, способны работать уже при наличии двух барьеров.

Естественно, что в конфигурации барьеров могут быть также реализованы комбинации указанных выше вариантов выполнения. В частности, вариант выполнения, согласно фиг.3, можно комбинировать относительно барьеров, расположенных в средней зоне между обмотками, с вариантом выполнения, согласно фиг.1 или фиг.2.

Перечень ссылочных позиций

1 Первая катушка

2 Внутренняя обмотка первой катушки

3 Наружная обмотка первой катушки

4 Вторая катушка

5 Внутренняя обмотка второй катушки

6 Наружная обмотка второй катушки

7 Стержень сердечника

9 Барьер

10 Барьер

11 Барьер

12 Барьер

13 Барьер

15 Барьер

16 Барьер

17 Барьер

18 Барьер

19 Барьер

21 Барьер

22 Барьер

23 Барьер

24 Барьер

25 Барьер

27 Барьер

28 Барьер

29 Барьер

30 Барьер

31 Барьер

33 Барьер

34 Изоляционное кольцо в качестве барьера

35 Изоляционное кольцо в качестве барьера

36 Барьер

37 Барьер

38 Изоляционное кольцо в качестве барьера

39 Изоляционное кольцо в качестве барьера

40 Барьер

42 Барьер

43 Изоляционное кольцо в качестве барьера

44 Изоляционное кольцо в качестве барьера

45 Барьер

46 Барьер

47 Изоляционное кольцо в качестве барьера

48 Изоляционное кольцо в качестве барьера

49 Барьер

51 Барьер

52 Барьер

А1, А2, А3 Осевое расстояние между двумя катушками

В Выступание барьера

L1, L2, L3 Длина стержня сердечника

U Зоны перекрывания

W Ось обмотки

Claims

1. Система по меньшей мере с двумя катушками (1, 4), расположенными на общем стержне (7) сердечника в осевом направлении друг над другом, при этом каждая катушка имеет по меньшей мере две обмотки (2, 3, 5, 6), расположенные в радиальном направлении друг над другом, и между обмотками (2, 3, 5, 6) предусмотрены барьеры, отличающаяся тем, что барьеры (9-13, 15-19) соседних катушек (1, 4) расположены со смещением в радиальном направлении относительно друг друга, и при этом краевые зоны барьеров (9-13, 15-19) входят друг в друга гребнеобразно.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что барьеры (9-13, 15-19) вмотаны в катушки (1, 4) и тем самым автоматически следуют форме катушек.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что барьеры (9-13, 15-19) выполнены в виде предварительно сформированных конструктивных элементов, соответственно согласованных с формой и размерами катушек (1, 4).

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что между внутренней обмоткой (2, 5), отдельными барьерами (9-13, 15-19) и наружной обмоткой (3, 6) расположены планки для поддержания вдоль периметра заданных расстояний.

5. Система по меньшей мере с двумя катушками (1, 4), расположенными на общем стержне (7) сердечника в осевом направлении друг над другом, при этом каждая катушка имеет по меньшей мере две обмотки (2, 3, 5, 6), расположенные в радиальном направлении друг над другом, и между обмотками (2, 3, 5, 6) предусмотрены барьеры, отличающаяся тем, что барьеры (21-25, 27-31) непосредственно противолежащих друг другу зон соседних катушек (1, 4) попеременно укорочены и удлинены, так что всегда напротив укороченного барьера (21, 23, 25) одной катушки (1) лежит удлиненный барьер (27, 29, 31) другой катушки (4), а также наоборот, удлиненному барьеру (22, 24) одной катушки (1) противолежит укороченный барьер (28, 30) другой катушки (4), и в каждой катушке (1, 4) за удлиненным барьером следует укороченный барьер.

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что барьеры (21-25, 27-31) вмотаны в катушки (1, 4) и тем самым автоматически следуют форме катушек.

7. Система по п. 5, отличающаяся тем, что барьеры (21-25, 27-31) выполнены в виде предварительно сформированных конструктивных элементов, соответственно согласованных с формой и размерами катушек (1, 4).

8. Система по п. 5, отличающаяся тем, что между внутренней обмоткой (2, 5), отдельными барьерами (21-25, 27-31) и наружной обмоткой (3, 6) расположены планки для поддержания вдоль периметра заданных расстояний.