Kontinuálne transponovaný vodič

Číslo patentu: E 18580

Dátum: 23.02.2012

Autori: Trimmel Thomas, Trimmel Martin

Je ešte 4 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Predložený vynález sa týka kontinuálneho transponovaného vodiča, ktorý pozostáva z väčšieho počtu elektricky izolovaných jednotlivých vodičov, v ktorom sú vždy dva alebo viaceré vedľa seba usporiadané jednotlivé vodiče spojené do skupín jednotlivých vodičov a tieto skupiny jednotlivých vodičov sú transponované, pričom hrany každého jednotlivého vodiča sú zaoblené, a transformátora s vínutím z takéhoto transponovaného vodiča.0002 Kontinuálne transponovaným vodičom sa rozumie transponovaný vodič, ktorý sa vyhotovuje vo veľkých dĺžkach (nie sú nezvyčajné ani dĺžky niekoľko tisíc metrov) a ktorý sa používa na výrobu vinutia elektrického stroja, napríklad vinutia transformátora. V procese navíjania dochádza k silnému ohýbaniu transponovaných vodičov. Naproti tomu, tyče vinutia, resp. Roebelove tyče sa vyhotovujú manuálne s krátkou dĺžkou a zmontujú sa do vinutia elektrického stroja (napr. elektrického motora alebo generátora) tak, že rovné tyče sa vložia do drážok v rotore a axiálne konce tyčí sa určitým spôsobom prepoja, aby vytvorili vinutie. Takáto tyč vinutia je pritom tiež vyrobená z radu navzájom transponovaných jednotlivých vodičov, pričom hotová tyč vinutia sa v priebehu jej ďalšieho spracovania nikdy neohne ani inak neskriví, takže jej transponované čiastkové vodiče, resp. skupiny čiastkových vodičov zostanú vždy na svojom mieste. Pri ďalšom spracovaní kontinuálne transponovaných vodičov atyčl vinutia tak v podstate dochádza k odlišným problémom, čo je dôvod, prečo nemôžu byť priamo navzájom porovnávané.0003 Ako je známe, pri transformátoroch vznikajú najmä na vonkajších hranách vinutia radiálne elektromagnetické polia (priečne polia), ktoré vo vodičoch vinutia indukujú virivé prúdy, ktoré vedú k stratám vírivými prúdmi. Straty vírivými prúdmi znižujú stupeň účinnosti transformátora, no vedú tiež k nežiaducim lokálnym vysokým teplotám, ktoré môžu spôsobiť poškodenie izolácie vinutia. Pri použití známych kontinuálne transponovaných vodičov môžu byť straty vírivými prúdmi znížené. Transponované vodiče sú pri tom tvorené zväzkami jednotlivých izolovaných čiastkových vodičov, ktoré sú jednotlivo proti sebe transponované,napríklad podľa Roebelovho princípu, ako je znázornené na Obr. 1. Takéto kontinuálne transponované vodiče sú známe napríklad z EP 746 861 B 1 a vyrábajú sa strojovo a automaticky v dĺžke niekoľko tisíc metrov a pre Iodnú prepravu sa navijajú na bubny. Transponované vodiče sa vyznačujú najmä tým, že sú dostatočne ohybovo mäkké, aby mohli byť navíjané pre výrobu vinutí.0004 Z AT 309 590 B je známe, že pri tyčiach vinutia, resp. Roebelových tyčiach musi byť transponovanie uskutočnené tak, aby boli vždy spoločne transponované dva susedné čiastkové vodiče. Tým sa má okrem vyváženia pozdĺžneho poľa transponovaním kompenzovať aj už škodlivé radiálne pole vznikajúce vnútri drážky. Roebelove tyče, ktoré sa aj naďalej vyrábajú prevažne manuálnym spôsobom, kedy sú čiastkové vodiče skrátkou dĺžkou manuálne transponované pracovníkom na špeciálnom pracovnom pulte, môžu byť týmto spôsobom jednoducho vyrábané aj vtedy, keď sa spoločne transponujú dva susedné čiastkové vodiče. Roebelove tyčei -2 sa však netransponujú, ale z viacerých Roebelových tyčí sa zmontuje vinutie tak, že konce Roebelových tyčí sa príslušným spôsobom spoja.0005 Požiadavky na súčasné transformátory sa však neustále zvyšujú, na jednej strane z hľadiska veľkosti a výkonu, na druhej strane z hľadiska stupňa účinnosti a zníženia strát, ku ktorým dochádza napr. v dôsledku vírivých prúdov. Predovšetkým pri veľmi veľkých transformátoroch s vysokým výkonom dochádza k výrazným nežiaducim stratám vírivými prúdmi, ktoré vznikajú v dôsledku magnetických polí. Okrem toho má pri návrhu vinutia transformátorov veľký význam zníženie teploty v teplom mieste (hotspot), zmeny napätia a faktor plnenia.0006 Pri transponovaných vodičoch, ktoré sú v súčasnej dobe známe, nie je v dôsledku ich geometrie a výrobných možností možné zlepšenie vyššie uvedených vlastností fyzikálnymi hranicami v procese výroby transponovaných vodičov. Počet možných jednotlivých vodičov vtransponovanom vodiči, ktoré môžu byť transponované do transponovaného vodiča, je obmedzený tzv. transponačným faktorom. Transponačný faktor fo je daný nasledujúcim známym vzorcom v závislosti od vnútorného priemeru vinutia transformátora, počtu jednotlivých vodičov transponovaného vodiča a šírky jednotlivého vodičaWD najmenší priemer vinutia n počet jednotlivých vodičov b 10008 Vďaka súčasnej technológii výroby je možné vyhotoviť transponované vodiče až po minimálny faktor skrútenia fo 5, pričom počet jednotlivých vodičov, prip. šírka drôtu a priemer vinutia sú navzájom závislé. Toto výrobno-technické obmedzenie transponačného faktora obmedzuje vyrobiteľnosť transponovaného vodiča pri stúpajúcom počte jednotlivých vodičov. Pri vinutí transforrnátora s konvenčnými transponovanými vodičmi je problémom rozdelenie napätia, pretože v dôsledku rozdielnych napätí vznikajú nežiaduce kapacity. Okrem toho dochádza k významným stratám vírivými prúdmi a v dôsledku toho aj k vysokým teplotám v transponovanom vodiči, resp. vo vinutí.0009 Pri, použití väčšieho počtu jednotlivých vodičov, ktoré sú ako zväzok jednotlivých vodičov transponované do transponovaného vodiča, je možné zredukovať vznikajúce straty vírivými prúdmi a tým aj teploty v teplom mieste. Takýto transponovaný vodič je známy napríklad z EP 133 220 A 2, kde sú káble zo skupiny okrúhlych jednotlivých vodičov transponované do elektrického vodiča. Podobné je popísané v US 4431860 A, kde sú opäť transponované jednotlivé vodiče jednotlivých káblov. Takto možno zvýšiť počet jednotlivých vodičov a zároveň dodržať fyzikálne-3 obmedzenie transponačného faktora na hodnotu 5. Pri použití okrúhlych jednotlivých vodičov, ako je popísané v EP 133 220 A 2, však vzniká zlý faktor plnenia, v dôsledku čoho je prierez transponovaného vodiča pri zadanom priereze medi nežiaduco veľký. V jednom uskutočnení káblov môžu byť okrúhle jednotlivé vodiče v balíčku tvarované do obdĺžnika, čo síce mierne zlepší faktor plnenia, avšak vyžaduje dodatočný pracovný krok a výroba sa stáva nákladnejšou.0010 Transponované vodiče podľa EP 133 220 A 2 a US 4431860 majú však zreteľnú nevýhodu komplikovanej výroby, pretože najskôr musí byť vyhotovený čiastkový vodič transponovaním viacerých jednotlivých vodičov a až potom sa môžu čiastkové vodiče transponovať do transponovaného vodiča. Vdôsledku toho je potrebný aspoň jeden dodatočný pracovný krok so všetkými pridruženými nevýhodami, ako je skladovanie a manipulácia s jednotlivými vodičmi a čiastkovými vodičmi, rôzne zariadenia na transponovanie, dlhšie doby výroby, atď. Preto sa takéto transponované vodiče podľa doterajšieho stavu techniky doteraz vpraxi nevyužívali. Transponovaním jednotlivých vodičov v rámci čiastkových vodičov sa však dosiahol kompaktný, vnútorne stabilný čiastkový vodič, v ktorom sa jednotlivé vodiče nemôžu posúvať vo vzťahu ksebe navzájom aktorý je preto vhodný pre následné transponovanie do transponovaného vodiča. Len týmto spôsobom mohli byť doteraz transponované vodiče vyrábané z čiastkových vodičov pozostávajúcich z viacerýchjednotlivých vodičov.0011 Vsúčasných transponovaných vodičoch sa na výrobu transformátorových vinutí používajú takmer výhradne jednotlivé vodiče s obdĺžnikovým prierezom,ktorých hrany sú zaoblené, pričom prierez jednotlivého vodiča môže byť spravidla v rozmedzí niekoľkých štvorcových milimetrov. Ako je dobre známe, zaoblenie hrán musi byť z elektrotechnických dôvodov dostatočne veľké, aby sa obmedzili elektrické intenzity poľa v oblasti hrán a tým sa dosiahla dostatočná dielektrická pevnosť transponovaného vodiča aaby sa izolácia jednotlivých vodičov udržala v stanovených hraniciach.0012 Zaoblenia hrán majú vplyv na dosiahnuteľný faktor plnenia, resp. na dostupný prierez vodiča. Tu na seba narážajú dve protichodné požiadavky, a to požadovaný väčší polomer pre zvýšenie dielektrickej pevnosti a požadovaný menší polomer pre zvýšenie faktora plnenia. Pri použití takýchto jednotlivých vodičov, ktoré sa neskôr vskupinám vjednom kroku transponujú do transponovaného vodiča,nastáva vžąjy problém, že jednotlivé vodiče sa počas transponovania môžu veľmi ľahko zasunúť nad alebo pod iné vodiče a transponovaný vodič sa v dôsledku toho stane nepoužiteľným. Preto mohli byť doteraz pomocou známych nástrojov na transponovanie vyhotovené iba konvenčné transponované vodiče, teda len s jednotlivými transponovanými vodičmi. Doteraz však nemohli byt v kontinuálnom procese výroby na výrobu kontinuálne transponovaného vodiča spoločne transponované dva alebo viaceré vedľa seba usporiadané jednotlivé vodiče v jednom pracovnom kroku. Takáto výroba transponovaného vodiča preto z technických dôvodov nebola zvládnuteľná.0013 W 0 2011/009729 A 2 opisuje kontinuálne transponovaný vodič podľa nadradeného pojmu z nároku 1. Kontinuálne transponovaný vodič bol opísaný aj v EP o 981 139 A 1 (Obr.7).0014 Preto je úlohou predloženého vynálezu vytvoriť transponovaný vodič so spoločne transponovanými, vedľa seba ležiacimi jednotlivými vodičmi, ktorý by umožnil jednoduchú výrobu, predovšetkým vjednom pracovnom kroku, aktorý by vykazoval dostatočnú dieiektrickú pevnosť.0015 Tento cieľ je dosiahnutý kontinuálne transponovaným vodičom podľa nároku 1, ktorý sa vyznačuje tým, že zaoblenie aspoň jednej hrany jednotľivého vodiča zo skupiny jednotlivých vodičov, ktorá ohraničuje kontaktnú plochu medzi dvomi vedľa seba umiestnenými jednotlivými vodičmi z tejto skupiny jednotlivých vodičov, je vytvorené s menším polomerom, ako sú polomery zaoblení vonkajších hrán skupiny jednotlivých vodičov. Vďaka tomuto opatreniu sa zväčší plocha, na ktorej sú jednotlivé vodiče uložené na sebe, čím sa zabráni posunutiu jednotlivých vodičov pod alebo nad seba počas transponovania, pri ktorom musia byť jednotlivé vodiče posunuté priečne kich pozdĺžnemu smeru, ato bez toho, aby došlo k zníženiu dielektrickej pevnosti transponovaného vodiča, pretože vonkajšie okraje zostávajú nezmenené. Zároveň sa tým tiež zväčší prierez vodiča v transponovanom vodiči, čo môže mať pozitívny vplyv na faktor plnenia.0016 Zaoblenia všetkých hrán jednotľivého vodiča z jednej skupiny jednotlivých vodičov, ktoré ohraničujú kontaktnú plochu medzi dvoma vedľa seba ležiacimi jednotlivými vodičmi, sú výhodne vyhotovené s menším polomerom, ako sú polomery zaoblení vonkajších hrán skupiny jednotlivých vodičov. Pri viac ako dvoch susediacich jednotlivých vodičoch sú zaoblenia hrán všetkých jednotlivých vodičov zo skupiny jednotlivých vodičov, ktoré ohraničujú kontaktnú plochu medzi dvoma vedľa seba ležiacjmi jednotlivými vodičmi, výhodne vyhotovené s menším polomerom, ako sú polomery zaoblení vonkajších hrán skupiny jednotlivých vodičov. Tieto opatrenia robia proces transponovania bezpečnejším a zväčšujú dostupný prierez vodiča v transponovanom vodiči.0017 V inom výhodnom uskutočnení sa jednotlivé vodiče v skupine jednotlivých vodičov nachádzajú v usporiadaní n x n alebo n x m a aspoň jedna hrana jednotľivého vodiča zo skupiny jednotlivých vodičov, ktorá ohraničuje kontaktnú plochu medzi dvoma nad sebou ležiacimi jednotlivými vodičmi, je vyhotovená s menším polomerom, ako sú polomery zaoblení vonkajších hrán skupiny jednotlivých vodičov. Pri tom je opäť obzvlášť výhodné vyhotoviť všetky hrany, ktoré ohraničujú kontaktné plochy vedľa seba a nad sebou Iežiacich jednotlivých vodičov s menším polomerom, ako sú polomery zaoblenia vonkajších hrán skupiny jednotlivých vodičov.0018 Ak je v transponovanom vodiči podľa vynálezu hrúbka izolačnej vrstvy jednotľivého vodiča medzi 0,03 a 0,08 mm, faktor plnenia takéhoto transponovaného vodiča môže byť zvýšený, pretože proti zvýšenému podielu laku, ktorý je podmienený väčším počtom jednotlivých vodičov v transponovanom vodiči, sa dá účinne pôsobiť zmenšením vrstvy laku.0019 Rozdelenie napätia v známom vinutí transformátora s konvenčnými paralelne navíjanými transponovanými vodičmi je oveľa horšie, ako pri použití transponovaných vodičov podľa vynálezu s oddelenými jednotlivými vodičmi. V konvenčných transformátorových vinutiach vznikajú v dôsledku rozdielov v napätí

MPK / Značky

MPK: H01B 7/30, H02K 3/14, H01F 27/28

Značky: vodič, kontinuálně, transponovaný

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/12-e18580-kontinualne-transponovany-vodic.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Kontinuálne transponovaný vodič</a>

Podobne patenty