DE19802760A1 - Coaxial transformer - Google Patents
Coaxial transformerInfo
- Publication number
- DE19802760A1 DE19802760A1 DE19802760A DE19802760A DE19802760A1 DE 19802760 A1 DE19802760 A1 DE 19802760A1 DE 19802760 A DE19802760 A DE 19802760A DE 19802760 A DE19802760 A DE 19802760A DE 19802760 A1 DE19802760 A1 DE 19802760A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- coaxial
- primary
- connection
- transformer
- coaxial cable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
- H01F27/2823—Wires
- H01F27/2828—Construction of conductive connections, of leads
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
- H01F27/2876—Cooling
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
- H01F27/2823—Wires
- H01F2027/2833—Wires using coaxial cable as wire
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
- Transformers For Measuring Instruments (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Koaxialtransformator, der beispielsweise zur Potentialtrennung von Stromrichtern in verschiedenen industriellen Anwendungen und in der Traktionstechnik verwendet werden kann. Unter einem Koaxialtransforma tor wird dabei allgemein ein Transformator verstanden, bei welchem Innen- und Au ßenleiter eines um einen Magnetkern gewundenen Koaxialkabels die Primärwick lung bzw. die Sekundärwicklung bilden.The invention relates to a coaxial transformer, for example for Electrical isolation of converters in various industrial applications and can be used in traction technology. Under a coaxial transformer Tor is generally understood to mean a transformer in which the inside and outside outer conductor of a coaxial cable wound around a magnetic core the primary winding tion or form the secondary winding.
Ein Koaxialtransformator weist im Vergleich zu einem konventionellen Transformator mit Röhren- oder Scheibenwicklungen eine gute Isolationsfähigkeit zwischen Primär- und Sekundärwicklung auf Grund der elektrischen Feldsymmetrie zwischen Innen- und Außenleiter des Koaxialkabels auf. Vorteilhaft ist auch der relativ geringe Ein fluß durch den Stromverdrängungseffekt selbst bei größeren Leiterquerschnitten auf Grund der magnetischen Feldsymmetrie in den zylinderförmigen Leiterlagen des Koaxialkabels. Ein weiterer Vorteil ist die geringe und reproduzierbare Streuinduk tivität, da das Streufeld nur zwischen Innen- und Außenleiter sowie den Leitern selbst auftritt. Schließlich sind auch eine hohe Leistungsdichte und kostengünstige Montage gegeben.A coaxial transformer shows compared to a conventional transformer with tube or disc windings, good insulation ability between primary and secondary winding due to the electrical field symmetry between indoor and outer conductor of the coaxial cable. The relatively low A is also advantageous flow through the current displacement effect even with larger conductor cross-sections Because of the magnetic field symmetry in the cylindrical conductor layers of the Coaxial cable. Another advantage is the low and reproducible leakage induct activity because the stray field is only between the inner and outer conductors and the conductors itself occurs. After all, there is also a high power density and inexpensive Given assembly.
Hierdurch wird beispielsweise die Anwendung des Transformators in einem weich schaltenden Stromrichter mit einer Schaltfrequenz von beispielsweise 20 kHz und größeren übertragbaren Leistungen (weit mehr als 100 kW) bei gleichzeitig hohen Strömen und hohen Isolationsanforderungen (bis z. B. 50 kV) ermöglicht. Denkbar ist aber auch eine Anwendung bei Netzfrequenz.This makes the application of the transformer, for example, soft switching converter with a switching frequency of, for example, 20 kHz and larger transmissible powers (far more than 100 kW) with high at the same time Currents and high insulation requirements (up to e.g. 50 kV). Is conceivable but also an application at mains frequency.
Aus K.W. Klontz, D. Divan, D. Novotny; "An Actively Cooled 120-kW Coaxial Win ding Transformer for Fast Charging of Electric Vehicles"; IEEE Transactions on In dustry Applications, Vol. 31, No. 6, November/December 1995, S. 1257-1263 ist ein weich schaltender Stromrichter bekannt, bei dem ein Koaxialtransformator einerseits zur Potentialtrennung und andererseits zur Spannungsanpassung eingesetzt ist. Bei dieser Ausführungsform ist mindestens einer der beiden Leiter des Koaxialkabels segmentiert, so daß außer dem sonst möglichen Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 auch andere ganzzahlige Übersetzungsverhältnisse eingestellt werden können. Es ist allerdings offensichtlich, daß im Hinblick auf eine gewünschte hohe Isolationsfe stigkeit die Segmentierung einerseits ein aufwendiges Spezialkabel erfordert, da die einzelnen Leitersegmente bereits während des Herstellungsprozesses ohne Ein schluß von Lufthohlräumen voneinander isoliert werden müssen. Andererseits erfor dert die stirnseitige Verschaltung der einzelnen Leitersegmente besondere kon struktive Maßnahmen, will man neben einer hohen Isolationsfähigkeit insbesondere bei hohen Strömen und demzufolge hohen Leiterquerschnitten eine verlustlei stungsarme Konstruktion bei geringen geometrischen Abmessungen erreichen. Die in der oben zitierten Literaturstelle angegebene Ausführungsform des Koaxialtrans formators ist deshalb für hohe übertragbare Leistungen (z. B. 500 kW) bei gleichzei tig hoher Isolationsfestigkeit nicht mehr geeignet.From K.W. Klontz, D. Divan, D. Novotny; "An Actively Cooled 120-kW Coaxial Win thing Transformer for Fast Charging of Electric Vehicles "; IEEE Transactions on In industrial applications, vol. 31, no. 6, November / December 1995, pp. 1257-1263 is a known soft switching converter in which a coaxial transformer on the one hand is used for electrical isolation and on the other hand for voltage adjustment. At this embodiment is at least one of the two conductors of the coaxial cable segmented so that in addition to the otherwise possible gear ratio of 1: 1 other integer ratios can also be set. It it is obvious, however, that with regard to a desired high Isolungsfe segmentation requires a complex special cable, because the individual conductor segments already during the manufacturing process without one of air cavities must be isolated from each other. On the other hand, changes the frontal connection of the individual conductor segments special con structural measures, in addition to a high insulation capacity, in particular a loss at high currents and consequently large conductor cross-sections achieve low-effort design with small geometric dimensions. The embodiment of the coaxial trans given in the above-cited literature reference formators is therefore synonymous with high transferable outputs (e.g. 500 kW) high insulation strength no longer suitable.
Für viele industrielle Anwendungen (z. B. bei Stromrichtern in der Verfahrens-, Indu strie- und Traktionstechnik) ist aber insbesondere bei relativ hohen Potential unter schieden und gleichzeitig hoher zu übertragender Leistung eine dauerhaft gute elektrische Isolation zwischen Primäranschluß und Sekundäranschluß des Trans formators von großer Wichtigkeit. Nur dann kann man beispielsweise Kriechströme und Glimmen dauerhaft unterbinden und die einwandfreie Funktion des Stromrich ters über einen langen Zeitraum gewährleisten.For many industrial applications (e.g. for converters in process, ind strie technology and traction technology) is particularly low if the potential is relatively high different and at the same time high performance to be transmitted a permanently good electrical insulation between the primary connection and the secondary connection of the trans formators of great importance. Only then you can, for example, leakage currents and permanently prevent glowing and the perfect functioning of the power converter guarantee over a long period of time.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Koaxialtransformator der eingangs genannten Art mit sehr guter elektrischer Isolationsfähigkeit zwischen Primär- und Sekundäranschluß anzugeben, der für sehr hohe Leistungen geeignet ist, ein gerin ges Volumen aufweist und kostengünstig herstellbar ist.The invention has for its object a coaxial transformer of the beginning mentioned type with very good electrical insulation ability between primary and Specify secondary connection, which is suitable for very high outputs, a gerin total volume and is inexpensive to manufacture.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Koaxialtransformator mit einem Primär- und Sekundärwicklung bildenden Koaxialkabel gelöst, wobei mindestens ein Kern aus geeignetem Material die Wicklungen umschließt und jedes Ende des Koa xialkabels mit einem Kabelendverschluß versehen ist, welche die beiden Leiter des Koaxialkabels mit einem Primäranschluß und einem Sekundäranschluß verbinden, die elektrische Isolation sicherstellen und das elektrische Feld steuern.This object is achieved by a coaxial transformer with a Solved primary and secondary winding coaxial cable, at least one Appropriate material core that wraps around each end of the koa Xialkabel is provided with a cable end closure, which the two conductors of the Connect the coaxial cable to a primary connection and a secondary connection, ensure electrical insulation and control the electrical field.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der vorgeschlagene, für Leistungen über 1 MW geeignete Transformator sehr hohe Iso lationsanforderungen von beispielsweise 50 kV bei gleichzeitig hoher Leistungsdich te mit festem Isolierstoff erfüllt. Die hohe Leistungsdichte führt zu einem kosten günstigen, relativ leichten und nur geringen Raumbedarf erfordernden Transforma tor. Die Streuung des Transformators ist sehr gering und exakt definiert, so daß sie auch bei Serienfertigung ohne zusätzlichen Aufwand sehr präzise reproduzierbar ist. Dies ist insbesondere bei mit konstanter Schaltfrequenz betriebenen Resonanz stromrichtern von großer Bedeutung, da die reaktiven Elemente des Resonanzkrei ses dann nur geringe Toleranzen aufweisen dürfen.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the proposed transformer, very high iso, suitable for outputs over 1 MW lation requirements of, for example, 50 kV with high power density at the same time met with solid insulating material. The high power density leads to a cost inexpensive, relatively light and requiring little space gate. The spread of the transformer is very small and precisely defined, so that it can be reproduced very precisely even in series production without additional effort. This is particularly the case with resonance operated at a constant switching frequency power converters of great importance because of the reactive elements of the resonant circuit ses then only have small tolerances.
Zur Gewährleistung einer hohen Isolationsfestigkeit ist es vorteilhaft, daß das hohe Potential nur auf einer einzigen Seite, der Anschlußseite, offen ist. Dies erleichtert die elektrische Isolation und trägt dazu bei, einen Transformator mit sehr geringen Abmessungen zu schaffen. Zudem liegen die elektrischen Anschlüsse für die Pri mär- und Sekundärseite direkt nebeneinander und lassen sich durch die Kabelend verschlüsse sehr einfach separieren, was die gewünschte sehr niedrige Streuinduk tivität und niederimpedante Anbindung an die benachbarten Leistungshalbleiter ge währleistet. Durch die Ausgestaltung des Transformators als aus mehreren Modulen bestehenden Matrix-Transformator lassen sich durch geeignete Verschaltung der Primär- und Sekundäranschlüsse der einzelnen Module auch andere Obersetzungs verhältnisse als 1 : 1 zwischen Primär- und Sekundärwicklung einstellen. Auf diese Weise ist die Modularität des Konzeptes in einem weiten Bereich gewährleistet.To ensure high insulation strength, it is advantageous that the high Potential is only open on one side, the connection side. This makes it easier the electrical insulation and helps make a transformer with very low To create dimensions. There are also electrical connections for the Pri Martial and secondary side directly next to each other and can be through the cable end closures very easily separate what the desired very low leakage induct activity and low-impedance connection to the neighboring power semiconductors ensures. By designing the transformer as consisting of several modules Existing matrix transformers can be connected appropriately Primary and secondary connections of the individual modules also other translation Set ratios as 1: 1 between primary and secondary winding. To this In this way, the modularity of the concept is guaranteed in a wide range.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the embodiment shown in the drawing Examples explained. Show it:
Fig. 1 eine erste Variante eines Koaxialtransformators in zweilagiger Wick lungsausführung bei Verwendung von zwei Kernhälften mit Querschnitts darstellungen, Fig. 1 shows a first variant of a two-layer coaxial transformer in lung Wick embodiment using two core halves with cross-sectional representations,
Fig. 2 einen Koaxialtransformator gemäß Fig. 1 mit Montagevorrichtung, Fig. 2 is a coaxial transformer of FIG. 1 with mounting device,
Fig. 3 die Möglichkeit eines modularen Aufbaues des in Fig. 2 dargestellten Koaxialtransformators in mechanischer Darstellung, Fig. 3 is a modular construction of the coaxial transformer shown in Fig. 2 in mechanical view,
Fig. 4 die Möglichkeit eines modularen Aufbaues des in Fig. 2 dargestellten Koaxialtransformators in Detaildarstellung mit Spannungspfeilen sowie ein elektrisches Ersatzschaltbild zur Verdeutlichung der sich einstellen den Spannungsverhältnisse, Fig. 4 is a modular construction of the coaxial transformer shown in Fig. 2 in detail display with arrows voltage and an electrical equivalent circuit diagram for illustrating adjust the voltage conditions,
Fig. 5 eine zweite Variante eines Koaxialtransformators bei Verwendung von einem einzigen Kern für modularen Aufbau. Fig. 5 shows a second variant of a coaxial transformer when using a single core for modular construction.
In Fig. 1 ist eine erste Variante des Koaxialtransformators dargestellt. Im oberen Ab schnitt (Seitenansicht) sowie im unteren Abschnitt (Ansicht von oben mit im oberen Abschnitt gekennzeichnetem Schnitt A) der Figur ist ein zentraler Wickelbock 16 aus einem elektrisch isolierenden Material zu erkennen, welcher mit Ausnehmungen zur Führung der einzelnen Windungen der Wicklung und des Kerns versehen ist. Die Wicklungen (Primärwicklung, Sekundärwicklung) werden durch ein Koaxialkabel 17 gebildet, welches den Wicklungsbock 16 mit mehreren Windungen umschließt. Da bei kann die Wicklung einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein, wobei der Vorteil der exakt definierten und somit reproduzierbaren Induktivität bzw. Streuung auch bei mehrlagigen Wicklungen gegeben ist.In Fig. 1, a first version of the coaxial transformer is shown. In the upper section (side view) and in the lower section (view from above with section A marked in the upper section) of the figure, a central winding block 16 made of an electrically insulating material can be seen, which has recesses for guiding the individual turns of the winding and the Kerns is provided. The windings (primary winding, secondary winding) are formed by a coaxial cable 17 which encloses the winding block 16 with several turns. Since the winding can be of single-layer or multi-layer construction, the advantage of the precisely defined and thus reproducible inductance or scattering also being given in the case of multi-layer windings.
Wie der im linken Abschnitt der Fig. 1 dargestellte Querschnitt zeigt, weist das Koa xialkabel 17 einen hohlwandigen zylinderförmigen Innenleiter 18 auf, der mittels ei nes Dielektrikums 19 vom ebenfalls zylinderförmigen Außenleiter 20 getrennt ist. As the cross section shown in the left section of FIG. 1 shows, the Koa xialkabel 17 has a hollow-walled cylindrical inner conductor 18 which is separated by means of a dielectric 19 from the likewise cylindrical outer conductor 20 .
Das Dielektrikum 19 ist zur definierten Steuerung des elektrischen Feldes vorzugs weise auf seinen beiden Zylindermantelflächen mit einem elektrisch halbleitenden Material 27 verbunden. Dadurch können Lufthohlräume zwischen Primär- und Se kundärseite auch bei großen Temperaturschwankungen und starken Lastschwan kungen gänzlich vermieden werden. Der Außenleiter 20 ist von einem elektrisch iso lierenden und mechanisch schützenden Mantel 7 abgedeckt. Vorteilhaft kann ein standardmäßig gefertigtes und deshalb kostengünstiges Koaxialkabel verwendet werden.The dielectric 19 is preferably connected to an electrically semiconducting material 27 on its two cylindrical jacket surfaces for the defined control of the electric field. As a result, air voids between the primary and secondary sides can be completely avoided even with large temperature fluctuations and strong load fluctuations. The outer conductor 20 is covered by an electrically insulating and mechanically protective jacket 7 . A standard-produced and therefore inexpensive coaxial cable can advantageously be used.
Jedes der beiden Enden des Koaxialkabels 17 ist mit einem Kabelendverschluß 8 versehen. Die völlig wartungsfreien Kabelendverschlüsse 17 dienen der stromtra genden Verbindung zwischen dem einen Leiter des Koaxialkabels und dem Primär anschluß sowie zwischen dem anderen Leiter des Koaxialkabels und dem Sekun däranschluß, der Steuerung des elektrischen Feldes und der elektrischen Isolation. Der Innenleiter 18 des Koaxialkabels 17 bildet vorzugsweise die Primärwicklung des Transformators und ist an jedem Ende mit einem Primäranschluß 9 verbunden. Der Außenleiter 20 des Koaxialkabels 17 bildet die Sekundärwicklung des Transforma tors und ist an jedem Ende mit einem vorzugsweise großflächigem Sekundäran schluß 10 verbunden. Die Fixierung des Koaxialkabels zum Zwecke der parallelen Gestaltung der Wicklungsanschlüsse wird durch einen Abstandhalter 11 ermöglicht.Each of the two ends of the coaxial cable 17 is provided with a cable end closure 8 . The completely maintenance-free cable terminations 17 are used for the current-carrying connection between the one conductor of the coaxial cable and the primary connection and between the other conductor of the coaxial cable and the secondary connection, the control of the electrical field and the electrical insulation. The inner conductor 18 of the coaxial cable 17 preferably forms the primary winding of the transformer and is connected to a primary connection 9 at each end. The outer conductor 20 of the coaxial cable 17 forms the secondary winding of the transformer and is connected at each end to a preferably large-area secondary circuit 10 . The fixing of the coaxial cable for the purpose of parallel configuration of the winding connections is made possible by a spacer 11 .
Sowohl die beiden Primäranschlüsse als auch die beiden Sekundäranschlüsse kön nen in einfacher und zweckmäßiger Weise mit weiteren, nicht dargestellten Koaxial kabeln verbunden sein, welche die weitere elektrische Verkabelung innerhalb einer Anlage, beispielsweise innerhalb eines elektrischen Schienenfahrzeuges, bewerk stelligen.Both the two primary connections and the two secondary connections can NEN in a simple and convenient manner with other coaxial, not shown be connected cables, which the further electrical wiring within a System, for example within an electric rail vehicle, bewerk digits.
Wie leicht einzusehen ist, können Hilfswicklungen um die durch das Koaxialkabel gebildete Wicklung gewickelt werden. Dies ist aufgrund der mit Ausnahme der An schlußseite an keiner Stelle offenen Wicklung völlig problemlos.As is easy to see, auxiliary windings can be wrapped around the coaxial cable formed winding are wound. This is due to the exception of the An winding at no point at any point without any problems.
Die aus dem Koaxialkabel 17 gebildete Wicklung hat in dieser Ausführungsform vor zugsweise die Form eines ovalen Hohlzylinders. Damit kann der minimal erlaubte Biegeradius des Kabels gewährleistet werden. Die beiden sich direkt gegenüberlie genden geraden Abschnitte dieses ovalen Hohlzylinders werden jeweils von einem Kern 12 aus geeignetem Kernmaterial (z. B. Eisenband oder Ferrit) umschlossen. Jede der beiden Hälften des Kerns 12 kann dabei problemlos aus mehreren einzel nen Kernen, die magnetisch parallel geschaltet sind, gefertigt werden. Damit eine einfache Montage der Kern/Wicklungs-Anordnung möglich ist, sind die Kerne vor zugsweise geschnitten zu verwenden. Auf diese Weise kann auch die Reproduzier barkeit der Hauptinduktivität des Transformators durch das Einbringen eines Luftspaltes gewährleistet werden. Die geteilten Kerne 12 werden beispielsweise mittels längs des Außenmantels verlaufender Stahlbänder zusammengepreßt.In this embodiment, the winding formed from the coaxial cable 17 preferably has the shape of an oval hollow cylinder. This ensures the minimum permitted bending radius of the cable. The two directly opposite sections of this oval hollow cylinder are each surrounded by a core 12 made of a suitable core material (e.g. iron band or ferrite). Each of the two halves of the core 12 can be easily made from several individual NEN cores that are magnetically connected in parallel. In order that the core / winding arrangement can be easily assembled, the cores should preferably be cut before use. In this way, the reproducibility of the main inductance of the transformer can be ensured by introducing an air gap. The divided cores 12 are pressed together, for example, by means of steel strips running along the outer jacket.
Vorteilhaft kann der Kern 12 problemlos auf jedes beliebige Potential, beispielsweise auf Massepotential "gelegt" werden.Advantageously, the core 12 can be "placed" at any potential, for example at ground potential.
In Fig. 2 (Seitenansicht im oberen Abschnitt und Ansicht von oben im unteren Ab schnitt) ist zusätzlich eine Montagevorrichtung für die in Fig. 1 dargestellte Variante des Koaxialtransformators gezeigt. Es sind wiederum der Wickelbock 16 mit dem aufgewickelten Koaxialkabel 17, der Kern 12 und die beiden für den Anschluß die nenden Kabelendverschlüsse 8 zu erkennen. Am Wickelbock 16 sind an beiden Stirnseiten Platten 13 vorgesehen, welche zur rüttelfesten und platzsparenden Be festigung des Transformators innerhalb eines Gehäuses geeignet sind.In Fig. 2 (side view in the upper section and view from above in the lower section), an assembly device for the variant of the coaxial transformer shown in Fig. 1 is additionally shown. Again, the winding block 16 with the coaxial cable 17 wound on it, the core 12 and the two cable ends 8 for the connection can be seen. At the winding block 16 plates 13 are provided on both ends, which are suitable for vibration-resistant and space-saving fastening of the transformer within a housing.
Wärme- und damit auch kühlungstechnisch sind Wicklung und Kern fast vollständig entkoppelt. Für Wicklung und Kern sind demzufolge je nach den vorliegenden Um gebungsbedingungen und den Belastungsverhältnissen auch unterschiedliche Küh lungskombinationen (verschiedene Kombinationen mit Eigenkühlung, forcierter Luft kühlung, Wasserkühlung) möglich.In terms of heating and thus also cooling technology, the winding and core are almost complete decoupled. For winding and core are therefore depending on the order conditions and the load conditions also different cooling Combinations of different combinations (various combinations with self-cooling, forced air cooling, water cooling) possible.
Der Innenleiter 3 des Koaxialkabels 2 wird bei forcierter Kühlung zur Führung des Kühlmittels (z. B. Wasser oder Druckluft) herangezogen. Dabei dient beispielsweise der eine Primäranschluß als Kühlmittelzulauf 14 und der andere Primäranschluß des Koaxialkabels als Kühlmittelabfluß 15. Durch Zirkulation des Kühlmittels längs des gesamten Innenleiters des Koaxialkabels 2 werden die während des Betriebes im Koaxialkabel 2 selbst produzierten Wärmeverluste nach außen zu einem externen Rückkühler abgeführt. The inner conductor 3 of the coaxial cable 2 is used with forced cooling to guide the coolant (e.g. water or compressed air). For example, one primary connection serves as coolant inlet 14 and the other primary connection of the coaxial cable serves as coolant outlet 15 . By circulating the coolant along the entire inner conductor of the coaxial cable 2 , the heat losses produced during operation in the coaxial cable 2 itself are dissipated to an external recooler.
Zur Kühlung des Kernes kann der Transformator im Bereich des Kernes zumindest teilweise mit einem gut wärmeleitfähigen Verguß ausgefüllt werden, welcher den Kern 12 teilweise umschließt und in welchem Kühlmittelkanäle verlaufen oder Kühler eingebracht sind.To cool the core, the transformer in the region of the core can be at least partially filled with a thermally conductive casting which partially surrounds the core 12 and in which coolant channels run or coolers are introduced.
In den Fig. 3 (im linken Abschnitt eine Ansicht von oben, im unteren Abschnitt eine Seitenansicht und im mittleren Abschnitt eine Ansicht auf die Stirnseite) ist die Mög lichkeit des modularen Aufbaues des Koaxialtransformators nach Fig. 2 in mecha nischer Darstellung gezeigt. Durch primärseitige und/oder sekundärseitige Reihen- und/oder Parallelschaltung von mehreren, jeweils mit einer Wicklung gemäß Fig. 1/2 versehenen Modulen sind im Prinzip beliebige Transformatorübersetzungsver hältnisse bei gleichzeitig einfacher Handhabung der Isolationsfestigkeit einstellbar.In Fig. 3 (in the left section a view from above, in the lower section a side view and in the middle section a view of the end face), the possibility of the modular structure of the coaxial transformer according to FIG. 2 is shown in a mechanical representation. Through primary and / or secondary-side series and / or parallel connection of several modules, each provided with a winding according to FIG. 1/2, in principle any transformer ratio can be set with simple handling of the insulation strength.
Im gezeigten Beispiel sind insgesamt sechs Module 1 bis 6 (der Koaxialtransforma tor nach Fig. 2 stellt ein solches Modul dar) so verschaltet, daß ein Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 3 resultiert. Alle Primäranschlüsse 9 der mit den Ziffern 1 bis 6 gekennzeichneten Module sind über Verbindungsbrücken 28 in Reihe geschaltet. Der Anschluß 21 stellt folglich den hierdurch gebildeten äußeren primärseitigen Hauptanschluß des modularen Transformators dar. Sekundärseitig sind die Anschlüsse 10 der Module 1 bis 3 sowie die Anschlüsse 10 der Module 4 bis 6 über Verbindungsbrücken 29 jeweils parallel geschaltet. Anschließend sind die sich so einstellenden zwei neuen Wicklungsanschlüsse noch einmal in Reihe ge schaltet. Anschluß 22 repräsentiert den hierdurch gebildeten äußeren sekundärsei tigen Hauptanschluß des modularen Transformators.In the example shown, a total of six modules 1 to 6 (the coaxial transformer according to FIG. 2 represents such a module) are connected in such a way that a transformer with a transmission ratio of 1: 3 results. All primary connections 9 of the modules identified by the numbers 1 to 6 are connected in series via connecting bridges 28 . The connection 21 consequently represents the outer primary connection of the modular transformer formed on the primary side. The connections 10 of the modules 1 to 3 and the connections 10 of the modules 4 to 6 are each connected in parallel via connecting bridges 29 on the secondary side. Then the two new winding connections that are set up in this way are connected again in series. Terminal 22 represents the outer secondary main terminal of the modular transformer thus formed.
Fig. 4 zeigt zur Verdeutlichung die sich einstellenden primär- und sekundärseitigen Spannungsverhältnisse im oberen Abschnitt an Hand einer Detaildarstellung der mechanischen Anordnung nach Fig. 3 sowie im unteren Abschnitt an Hand eines elektrischen Ersatzschaltbildes. Dabei sind jeweils die äußere Primärspannung mit uP(t), die äußere Sekundärspannung mit uS(t), die Primärspannungen der Module 1 bis 6 mit uP1(t) bis uP6(t) und die Sekundärspannungen der Module 1 bis 6 mit uS1(t) bis uS6(t) bezeichnet. For clarification, FIG. 4 shows the primary and secondary voltage relationships that arise in the upper section using a detailed representation of the mechanical arrangement according to FIG. 3 and in the lower section using an electrical equivalent circuit diagram. The external primary voltage with u P (t), the external secondary voltage with u S (t), the primary voltages of modules 1 to 6 with u P1 (t) to u P6 (t) and the secondary voltages of modules 1 to 6 denoted by u S1 (t) to u S6 (t).
Durch diese elementare Art der Verschaltung kann die Höhe der übertragbaren Lei stung selbst bei Verwendung von n Modulen auch n-fach gegenüber der übertragba ren Leistung eines Moduls erhöht werden. Die Symmetrierung (gleichmäßige Span nungs- und Leistungsaufteilung für alle n Module) stellt dabei kein Problem dar, da - wie eingangs bereits erwähnt - die elektrischen Parameter wie Streuung und Haupt induktivität bereits bei jedem einzelnen Modul sehr gut reproduziert werden können. Auf diese Weise ist überhaupt erst die - bei Transformatoren mit Röhren- oder Scheibenwicklungen eher kritische - Parallelschaltung von Wicklungen im höheren Leistungsbereich möglich. Interne Kreisströme, wie sie bei der Parallelschaltung von Röhren- oder Scheibenwicklungen durch unterschiedliche induzierte Spannungen und unterschiedliche elektrische Transformatorparameter in den einzelnen parallel geschalteten Wicklungen auftreten können, werden vermieden.This elementary type of connection allows the amount of lei to be transferred performance even when using n modules n times compared to the transferable ren performance of a module can be increased. The symmetry (even span distribution of power and performance for all n modules) is not a problem because - as already mentioned at the beginning - the electrical parameters such as scatter and main inductance can be reproduced very well with every single module. In this way it is the first - for transformers with tubes or Disc windings rather critical - parallel connection of windings in the higher Performance range possible. Internal circulating currents, as in the parallel connection of Tube or disc windings due to different induced voltages and different electrical transformer parameters in each parallel switched windings can occur are avoided.
Um eine niederinduktive und verlustarme Verschaltung der einzelnen Module selbst bei höheren Betriebsfrequenzen (z. B. 20 kHz) gewährleisten zu können, ist - wie in Fig. 3 gezeigt - eine großflächige Verschienung der Verbindungsleitungen (siehe die Verbindungsbrücken 28, 29) vorteilhaft. Die Verschienung sollte dabei so erfol gen, daß die sich in den parallelen Leiterstücken (Verbindungsbrücken) einstellen den Ströme entgegengesetzt gerichtet und vom Betrage her gleich groß sind. Dies ist mit der in Fig. 3 gezeigten Verschienung immer erfüllt. Die Kontaktierung der einzelnen Module kann bei der vorgeschlagenen Art der Verschienung immer in der gleichen Weise erfolgen. In Fig. 3 wird dies durch die Anschlußkontakte 23 (sekundärseitig) und 24 (primärseitig) verdeutlicht.A low-inductance and low-loss connection of the individual modules even at higher operating frequencies (. E.g., 20 kHz) to ensure, is - as shown in Fig. 3 - a large-area busbar of the connecting lines (see the connecting bridges 28, 29) is advantageous. The splint should be so successful that the currents set in the parallel conductor pieces (connecting bridges) are directed in opposite directions and are of the same magnitude. This is always fulfilled with the busbar shown in FIG. 3. The individual modules can always be contacted in the same way with the proposed type of busbar mounting. This is illustrated in FIG. 3 by the connection contacts 23 (secondary side) and 24 (primary side).
Aus Fig. 3 geht weiterhin hervor, daß durch die gewählte Verschienung (Verbin dungsbrücken) kein zusätzliches Isolationsproblem entsteht. Primär- und sekundär seitige Wicklungsanschlüsse bleiben, wie bereits bei der Verwendung von lediglich einem Modul, örtlich immer im gleichen Abstand voneinander entfernt. Analoges gilt auch für die Kühlung, die im gezeigten Beispiel durch eine Ringleitung 30 (Reihenschaltung der Kühlungsanschlüsse aller sechs Module 1 bis 6) aufgebaut ist. Das Kühlmittel wird durch den Anschluß 25 eingebracht. Durch Anschluß 26 verläßt das Kühlmittel schließlich wieder den Kreislauf. Selbstverständlich ist aber auch eine Parallelschaltung aller Kühlanschlußpaare oder eine Kombination von Reihen- und Parallelschaltung möglich. From Fig. 3 it can also be seen that no additional insulation problem arises from the selected busbars (connecting bridges). As with the use of only one module, primary and secondary-side winding connections always remain spatially at the same distance from one another. The same applies analogously to the cooling, which in the example shown is constructed by a ring line 30 (series connection of the cooling connections of all six modules 1 to 6 ). The coolant is introduced through the connection 25 . Through connection 26, the coolant finally leaves the circuit again. Of course, a parallel connection of all pairs of cooling connections or a combination of series and parallel connection is also possible.
Fig. 5 (im oberen Abschnitt eine Seitenansicht und im unteren Abschnitt eine An sicht von oben) zeigt eine zweite Variante der vorgeschlagenen Transformatoraus führung, die insbesondere auch für einen modularen Aufbau mit z, B. einem großen gemeinsamen Kern 12 für alle Module geeignet ist. Bei dieser Art des modularen Aufbaues werden die einzelnen Module einfach auf den gemeinsamen Kern 12 montiert und z. B. durch in entsprechende Bohrungen des Wickelbocks 16 greifende Schraubanschlüsse 31 fixiert. Eine Montagevorrichtung (Platten 13), wie in Fig. 3 gezeigt, ist nicht unbedingt erforderlich. Fig. 5 (in the upper section a side view and in the lower section a view from above) shows a second variant of the proposed Transformer implementation, which is particularly suitable for a modular structure with, for example, a large common core 12 for all modules . In this type of modular structure, the individual modules are simply mounted on the common core 12 and z. B. fixed in corresponding holes in the winding block 16 screw terminals 31 . A mounting device (plates 13 ), as shown in Fig. 3, is not absolutely necessary.
Es ist offensichtlich, daß für dieses einfache modulare Konzept gemäß Fig. 5 natür lich die gleichen einfachen Verschaltungsregeln und Ausführungsformen der niede rinduktiven Modulverschienung wie im zuvor gezeigten Beispiel nach Fig. 3 erfüllt sind. Des weiteren werden an die Form des allen Modulen gemeinsamen Kernes 12 keine besonderen Ansprüche gestellt, da im Prinzip die Anordnung der Module zu einander beliebig sein kann. Vorteilhaft wäre allerdings die platzsparende Ausgestal tung des Kerns 12 als UU-Kern oder UI-Kern.It is obvious that for this simple modular concept according to FIG. 5, the same simple connection rules and embodiments of the low inductive module busbars as in the previously shown example according to FIG. 3 are naturally fulfilled. Furthermore, no particular demands are made on the shape of the core 12 common to all modules, since in principle the arrangement of the modules with respect to one another can be as desired. However, the space-saving configuration of the core 12 as a UU core or UI core would be advantageous.
Claims (5)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19802760A DE19802760A1 (en) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | Coaxial transformer |
| EP99101281A EP0932168B1 (en) | 1998-01-26 | 1999-01-25 | Coaxial transformer |
| DE59904681T DE59904681D1 (en) | 1998-01-26 | 1999-01-25 | coaxial transformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19802760A DE19802760A1 (en) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | Coaxial transformer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19802760A1 true DE19802760A1 (en) | 1999-07-29 |
Family
ID=7855633
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19802760A Withdrawn DE19802760A1 (en) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | Coaxial transformer |
| DE59904681T Expired - Lifetime DE59904681D1 (en) | 1998-01-26 | 1999-01-25 | coaxial transformer |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE59904681T Expired - Lifetime DE59904681D1 (en) | 1998-01-26 | 1999-01-25 | coaxial transformer |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0932168B1 (en) |
| DE (2) | DE19802760A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10058080A1 (en) * | 2000-11-23 | 2002-06-06 | Daimlerchrysler Rail Systems | Medium-frequency transformer |
| DE102012016225A1 (en) | 2012-08-14 | 2014-03-13 | Jürgen Blum | Electric field energy providing device for e.g. switchgears, has coaxial trunk lines in state of high electrostatic potential, and set of electrons that is provided in conductive layers, where electrons are accelerated by voltage potential |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004090919A1 (en) * | 2003-04-07 | 2004-10-21 | Jens Gorm Stubbe Olsen | Rotating transformer |
| EP2639800B1 (en) * | 2012-03-14 | 2014-10-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Transformer for an electric vehicle |
| CA3024846A1 (en) | 2016-05-17 | 2017-11-23 | Georgia Tech Research Corporation | Stackable isolated voltage optimization module |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3717808A (en) * | 1971-05-19 | 1973-02-20 | Communications Satellite Corp | Shielded coaxial cable transformer |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3197723A (en) * | 1961-04-26 | 1965-07-27 | Ite Circuit Breaker Ltd | Cascaded coaxial cable transformer |
| US3453574A (en) * | 1968-03-22 | 1969-07-01 | Atomic Energy Commission | High-frequency,wide-band transformer |
| JPH0241852Y2 (en) * | 1985-03-20 | 1990-11-08 | ||
| US5341083A (en) * | 1991-09-27 | 1994-08-23 | Electric Power Research Institute, Inc. | Contactless battery charging system |
| DE4318270A1 (en) * | 1993-06-02 | 1994-12-08 | Zielinski Adolf Herbert Astor | Coaxial transformer, mode of operation and device for the electromagnetic transformation of power |
-
1998
- 1998-01-26 DE DE19802760A patent/DE19802760A1/en not_active Withdrawn
-
1999
- 1999-01-25 EP EP99101281A patent/EP0932168B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-01-25 DE DE59904681T patent/DE59904681D1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3717808A (en) * | 1971-05-19 | 1973-02-20 | Communications Satellite Corp | Shielded coaxial cable transformer |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 61-285704 A.,E-506,1987,Vol.11,No.148 * |
| JP Patents Abstracts of Japan: 61-264710 A.,E-498,1987,Vol.11,No.117 * |
| RAULS,Mark S., et.al.: Multiturn High-Frequency Coaxial Winding Power Transformers. In: IEEE Transactions On Industry Applications, Vol.31, No.1, Jan,Feb. 1995, S.112-118 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10058080A1 (en) * | 2000-11-23 | 2002-06-06 | Daimlerchrysler Rail Systems | Medium-frequency transformer |
| DE102012016225A1 (en) | 2012-08-14 | 2014-03-13 | Jürgen Blum | Electric field energy providing device for e.g. switchgears, has coaxial trunk lines in state of high electrostatic potential, and set of electrons that is provided in conductive layers, where electrons are accelerated by voltage potential |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE59904681D1 (en) | 2003-04-30 |
| EP0932168A3 (en) | 2000-05-31 |
| EP0932168B1 (en) | 2003-03-26 |
| EP0932168A2 (en) | 1999-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69728972T2 (en) | TRANSFORMER / REACTOR | |
| EP0102513B1 (en) | Air-cooled transformer with windings embedded in cast resin | |
| EP0629311B1 (en) | Coil for high-voltage transformer | |
| DE69723435T2 (en) | CONTROLLABLE INDUCTOR | |
| EP0932168B1 (en) | Coaxial transformer | |
| EP1344230B1 (en) | Medium frequency transformer | |
| DE2938792C2 (en) | Single-phase transformer with cast resin cast windings | |
| EP0865656B1 (en) | Transformer with divided primary winding used in a blocking-oscillator supply circuit | |
| DE4311126C2 (en) | Current-compensated multiple choke in a compact design | |
| DE2843608C2 (en) | Transformer, especially voltage converter or test transformer | |
| DE202013103599U1 (en) | Electrical component | |
| DE2904746C3 (en) | Winding for an air-cooled dry-type transformer | |
| DE2117204C3 (en) | High-voltage winding encased with synthetic resin for transformers, inductors, and the like. | |
| EP3721458B1 (en) | Electric device with pressing plates for clamping a magnetizable core | |
| EP1282142B1 (en) | Electrical winding assembly | |
| EP3979272A1 (en) | Absorption filter and method for manufacturing the same | |
| DE102011103619B4 (en) | Device for current limitation | |
| DE102022209761A1 (en) | Coil arrangement for a power-voltage converter | |
| WO2020229523A1 (en) | High voltage transformer, method for producing a high voltage transformer and test system and test signal device comprising a high voltage transformer | |
| WO2021121469A1 (en) | Filter for an electric machine | |
| DE19717554A1 (en) | Transformer with coaxial winding arrangement | |
| DE3919487A1 (en) | Transformer for MVA power range - has all coil and screen conductors for identical magnetic flux combined in coaxial cable | |
| DE1100797B (en) | High voltage winding for high voltage transformers of very high voltage and very high power | |
| DE10062774A1 (en) | Output transformer for converting power, has core, a higher harmonic voltage winding and undervoltage winding all with cylindrical conductors | |
| DD245748A1 (en) | WINDING WITH HIGH-POWER DISCHARGE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
|
| 8141 | Disposal/no request for examination |