(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA. 1. ábra

Átírás

1 !HU T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E (22) A bejelentés napja: (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP A (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP B (51) Int. Cl.: H01F 30/16 ( ) H01F 30/12 ( ) H01F 27/06 ( ) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO PCT/EP 05/ (30) Elsõbbségi adatok: DE DE (72) (73) Feltaláló és szabadalmas: Hanser, Volker Werner, Kehl (DE) (74) Képviselõ: Kis-Kovács Annemarie, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (54) Toroid magos transzformátor (57) Kivonat A találmány tárgya toroid magos transzformátor, különösen többfázisú transzformátor (101) több, axiális irányban egymással szomszédosan elrendezett gyûrûs maggal (102), ahol a mindenkor szomszédos gyûrûs magok (102) különbözõ fázisú fázistekercseléseket hordoznak. Két szomszédos gyûrûs mag (102) fázistekercseléseinek csatlakozóhelyei kerületi irányban egymáshoz képest eltoltan vannak elrendezve. HU T2 A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 3 lap ábra) 1. ábra Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.

2 1 HU T A találmány toroid magos (gyûrûmagos) transzformátorra, különösen többfázisú transzformátorra vonatkozik, több, axiális irányban egymással szomszédosan elrendezett gyûrûs maggal, ahol a mindenkor egymással szomszédos gyûrûs magok különbözõ fázisú fázistekercseléseket hordoznak. Ilyen jellegû toroid magos transzformátorok az EP A1 számú dokumentumból ismertek. További, egymás fölött elrendezett gyûrûs magokkal ellátott transzformátorok az US A, az EP A és a WO 95/11514 A számú dokumentumokból ismertek, ahol ezen transzformátorok esetén a különbözõ fázismagok nem különbözõ fázisokhoz vannak hozzárendelve. Egymással szomszédos, gyûrûs magon elrendezett tekercselésekkel ellátott többfázisú transzformátoroknál az a probléma áll fenn, hogy az egyes fázistekercselések között nagy feszültségpotenciál-különbségek lépnek fel, és ennek megfelelõen nagy ráfordítást igénylõ szigetelési intézkedésekre van szükség ahhoz, hogy például csepegõ víz, lecsapódott víz vagy jégképzõdés esetén az átütéseket megakadályozzák és a többfázisú transzformátor üzembiztonságát biztosítsák. Adott esetben szükség lehet akár arra is, hogy a többfázisú transzformátoron fûtést rendezzenek el, hogy például az egyes fázistekercselések között a jégképzõdés miatt elõforduló átütéseket megakadályozzák. A szigetelési intézkedések nagy költségeket okoznak. Ezenkívül a szigetelési intézkedések a többfázisú transzformátor meghatározott méretét feltételezik, ami miatt annak helyigénye növekszik. Az EP számú európai szabadalomból olyan háromfázisú toroid magos transzformátor ismert, amelynek gyûrûs magjai axiális irányban egymással szomszédosan vannak elrendezve, és mindenkor különbözõ fázisokat hordoznak. Ez a toroid magos transzformátor kis feszültségen történõ üzemelésre alkalmas. Középfeszültségû tartományban való alkalmazás esetén mind a csatlakozóknak, mind maguknak a tekercseléseknek a tartományában nagy potenciálkülönbségek jönnének létre, és emiatt átütésekkel kellene számolni. Ezzel szemben az a feladat, hogy olyan, a bevezetõben említett jellegû toroid magos transzformátort hozzunk létre, amelynek számára már csak csökkentett szigetelési intézkedések szükségesek, és amelynek mérete csökkentve van. Ezenkívül kívánatos, hogy kis méret mellett nagy teljesítménysûrûség legyen elérhetõ. Ezen feladat találmány szerinti megoldása abban van, hogy két szomszédos gyûrûs mag fázistekercseléseinek csatlakozóhelyei kerületi irányban egymáshoz képest eltoltan vannak elrendezve. A többfázisú transzformátor egyes fázistekercselései közötti villamos fáziseltolást gyakorlatilag a fázistekercselések fizikai eltolásával szüntetjük meg, illetve csökkentjük. Ezáltal a különbözõ fázisú, egymással szomszédos tekercselésszakaszok közötti potenciálkülönbséget csökkentjük, úgyhogy ennek megfelelõen az egymással szomszédos fázistekercselések egymástól való elszigetelésére alkalmazandó szigetelési intézkedéseket is csökkentettük, és ezáltal a szigetelési intézkedések költségei is csökkennek. Az egymással szomszédos gyûrûs magok fázistekercselései közötti kisebb potenciálkülönbségek miatt ezek egymástól kisebb távolságban is elrendezhetõk, aminek köszönhetõen a többfázisú transzformátor mérete is csökken. Egy különösen elõnyös kiviteli alak úgy van kiképezve, hogy két szomszédos gyûrûs mag fázistekercseléseinek csatlakozóhelyei közötti eltolás, illetve geometriai szög ezen gyûrûs magok feszültségjelei közötti fáziseltolásnak, illetve villamos fázisszögnek felel meg. Két gyûrûs mag közvetlenül egymással szomszédos tekercselésszakaszai között ekkor gyakorlatilag már nem lép fel potenciálkülönbség. Háromfázisú rendszer esetén a három fázistekercselés csatlakozóhelyei egymáshoz képest mindenkor 120 -kal eltolva vannak elrendezve, hogy az egyes fázisok közötti fázisszöget mechanikailag kompenzáljuk. Mivel az egyes gyûrûs magok között szokásos módon a mechanikai stabilizáláshoz és tartáshoz egy távtartó van elrendezve, lehetõség van arra, hogy két, egymással szomszédos fázistekercselés között kis potenciál-különbségeket engedjünk meg, úgyhogy a gyûrûs magoknak a villamos fáziseltoláshoz képest csökkentett mechanikai elforgatása elegendõ ahhoz, hogy a fázistekercselések közötti feszültségátütéseket csökkentett vagy teljes mértékben elhagyott szigetelési intézkedések esetén is megakadályozzuk. A többfázisú transzformátor gyártása során a pontossággal szemben támasztott követelmények ezáltal mérsékelve vannak, és a gyártás egyszerûbbé válik. A találmány szerinti toroid magos transzformátornak egy önálló jelentõséggel bíró kiviteli alakja úgy van kiképezve, hogy a fázistekercselésekkel ellátott gyûrûs magok számára egy, a toroid magos transzformátorok felépítéséhez igazított, elõnyösen lényegében henger alakú ház van elrendezve, és elõnyösen a háznak egy tengelyirányú végén egy ventilátor vagy fúvószerkezet van elrendezve. A fázistekercselésekkel ellátott gyûrûs magok a házban szennyezõdés és sérülés ellen védve vannak elrendezve. A ventilátor segítségével az elrendezést hûtjük, hogy a többfázisú transzformátor termikus túlterhelését megakadályozzuk. A javasolt hûtési intézkedéseket alkalmazó ház nagy teljesítménysûrûség mellett a transzformátor kompakt felépítése vonatkozásában elõnyt jelent. Ez különösen az 1. vagy 2. igénypont szerinti többfázisú transzformátor esetén fejti ki elõnyös hatását, mivel ezen intézkedések is kompakt felépítéshez vezetnek, amely megfelelõ hûtési intézkedéseket feltételez. A többfázisú transzformátor hûtésére olyan megoldás is lehetséges, amelynél a gyûrûs magok tartományában hûtõközeg számára üreges vezetékek vannak elrendezve, és elõnyösen a transzformátor háza hõcserélõként van kiképezve és az üreges vezetékekkel össze van kötve. A ház ebben az esetben kettõs fallal lehet kiképezve, hogy a hõt kifelé különösen jól elve- 2

3 1 HU T zessük. A hûtõközeg szivattyú segítségével az üreges vezetékeken és a házon keresztül szivattyúzható. Egy különösen elõnyös kiviteli alak úgy van kiképezve, hogy a ház felületének növelésére kívülrõl a házon hûtõtestek vagy hasonló kiálló elemek vannak elrendezve, különösen a ház profilozott felülettel van ellátva. A megnövelt felület jobb hõelvezetést biztosít, és a termikus túlterhelések megakadályozhatók. Lehetõség van arra is, hogy a transzformátortekercseket külön-külön önthetõ gyantával öntsük ki, ahol az önthetõ gyanta révén a vonatkozó tekercs számára egy házat képezünk. Ebben az esetben egy, a kívánt hûtõtestekhez, illetve hûtõbordákhoz komplementer alakú öntõformát alkalmazhatunk, hogy így közvetlenül a tekercsek kiöntése során a felület növelésére szolgáló kiálló elemekkel ellátott kívánt külsõ kontúrt nyerjük. A tekercsek kiöntésével egyrészt a fázistekercselés mechanikai stabilizálását, másrészt pedig a tekercselés és az önthetõ gyantával képzett ház között közvetlen termikus csatolást hozunk létre. Ezenkívül a kiöntéssel nagy átütési szilárdságot érünk el. Egy kiinduló állapotban sima házfelület azáltal is megnövelhetõ, hogy a felületet egy alkalmas eljárás, például marás vagy homoksugarak segítségével érdesítjük, strukturáljuk, illetve profilozzuk. A felület elõnyösen olyan struktúrával rendelkezik, amelynek segítségével a hõ jobban elvezethetõ. Megemlítendõ továbbá, hogy a távtartó és szigetelõelemek a transzformátortekercsek kiöntésével egyidejûleg önthetõk. A toroid magos transzformátor hûtésére egy további lehetséges megoldás úgy van kiképezve, hogy a transzformátor részleges vagy teljes mértékû behelyezéséhez hûtõközeggel ellátott befogadóedénnyel van ellátva. Egy különösen elõnyös kiviteli alak úgy van kiképezve, hogy a többfázisú transzformátor gyûrûs magjai mindenkori fázistekercseléseikkel együtt modulszerûen vannak kiképezve, és a modulszerû gyûrûs magok tartására és egymáshoz képesti rögzítésére szolgáló tartószerkezet van elrendezve. Több modul oly módon kapcsolható össze, hogy a transzformátor teljesítménye növelhetõ. Ily módon 100 MVA¹t meghaladó teljesítményû transzformátorok valósíthatók meg. Ezenkívül a modulszerû felépítés révén lehetõvé válik, hogy a transzformátort egy modul kiesése esetén tovább üzemeltessük oly módon, hogy egy helyettesítõ modult adott esetben ideiglenesen csatlakoztatunk, és így a teljes transzformátor üzemelésre kész állapotban marad. Ezáltal nincs szükség arra, hogy egy egész tartalék transzformátort tartsunk készenlétben, amelyre hiba felmerülése esetén átkapcsolhatunk. Ily módon költséget takaríthatunk meg, és egy tartalék modul helyigénye egy egész tartalék transzformátor helyigényével összehasonlítva kisebb. Az egyes modulok tartószerkezet segítségével vannak tartva és egymáshoz képesti helyzetben vannak rögzítve. A tartószerkezeten a fázistekercselések különösen kifelé történõ szigetelésére szolgáló szigetelõelemek is el lehetnek rendezve. Axiális irányban az egymással szomszédos gyûrûs magok, illetve azok fázistekercselései között csupán tartó vagy támasztó elemeket kell elrendezni a gyûrûs magok alátámasztására, hogy a gyûrûs magokat helyzetükben tartsuk, és a gyûrûs magok elcsúszását megakadályozzuk. Ebben az esetben különleges szigetelési intézkedésekre nincs szükség a fázistekercselések csatlakozóhelyeinek a mindenkori fázistekercselésekben megvalósuló villamos fázishelyzetnek megfelelõ mechanikai elfordítása és az ezáltal elért, az elõbbiekben ismertetett elõnyök miatt. Az alábbiakban a találmányt rajz segítségével ismertetjük. Az 1. ábra axiális irányban egymással szomszédosan elrendezett három gyûrûs maggal ellátott, találmány szerinti többfázisú transzformátor oldalmetszetét mutatja vázlatos ábrázolásban. Az 1. ábrán egy összességében 101 jellel jelölt többfázisú transzformátor van ábrázolva, amely három, axiális irányban egymás fölött elrendezett 102 gyûrûs maggal van ellátva. A mindenkor egymással szomszédos 102 gyûrûs magok különbözõ fázisú fázistekercseléseket hordoznak, ahol a fázistekercselések mindenkor a 102 gyûrûs magokat gyûrû alakban körülzáró 103 tekercstestekre vannak felvive. Mindenkor váltakozva primer és szekunder tekercselésekkel ellátott 103 tekercstestek lehetnek egymás mellett vagy egymás fölött elrendezve. Lehetséges olyan kialakítás is, amelynél egyegy 103 tekercstesten primer és szekunder tekercselések vannak mindenkor együtt elrendezve. A 102 gyûrûs magok egy 104 tartószerkezetben vannak elrendezve, amely a 102 gyûrûs magok számára egy befogadótartomány képzésére alkalmas külsõ, valamint belsõ 105a, 105b vezetõsínekkel van ellátva. A 105a, 105b vezetõsínek szigetelõanyagból készülnek, úgyhogy a 102 gyûrûs magok, illetve a 102 gyûrûs magok 103 tekercstestein elhelyezkedõ fázistekercselések oldalt kifelé szigetelve vannak. A 104 tartószerkezet az alsó oldalon egy 107 fenékrésszel rendelkezik, amely szintén szigetelõanyagból készült. A 107 fenékrészen az alsó 102 gyûrûs mag számára szigetelõ 108 támasztóelemek vannak elrendezve. Ebben az esetben több, egymástól távköz meghagyásával elrendezett 108 támaszelem lehet elrendezve, vagy 108 támaszelemként egy végigmenõ gyûrû van kiképezve. Az egyes 102 gyûrûs magok között mindenkor 109 távtartók vannak elrendezve, amelyek segítségével a 102 gyûrûs magok, illetve a 102 gyûrûs magokhoz mindenkor hozzárendelt 103 tekercstestek egymáshoz képesti helyzetükben vannak rögzítve. A felsõ 102 gyûrûs mag fölött szintén szigetelõ 108 támaszelemek vannak elrendezve, amelyeken egy 110 fedélrész fekszik fel, és a 102 gyûrûs magokat kifelé a felsõ oldalon is szigeteli. Az 1. ábrán bemutatott 101 többfázisú transzformátor háromfázisú transzformátorként van kiképezve. A 102 gyûrûs magok, illetve a 103 tekercstestek egyes fázistekercseléseinek részletesebben nem ábrázolt 3

4 1 HU T2 2 csatlakozóhelyei egymáshoz képest mindenkor 120 kal eltoltan helyezkednek el. A fázistekercselések ezáltal egymáshoz képest fizikailag olyan szöggel eltoltan helyezkednek el, amely a villamos fáziseltolásnak, illetve ezen fázistekercselések feszültségjelei közötti villamos fázisszögnek felel meg. Különösen a 109 távtartók tartományában, azaz ott, ahol az egymással szomszédos gyûrûs magok egymáshoz képest a legkisebb távolságban helyezkednek el, ezáltal két 102 gyûrûs mag, illetve 103 tekercstest egymással szemben lévõ két tartományán potenciálkülönbség gyakorlatilag nem keletkezik. Ily módon még szorosan egymáson elrendezett 102 gyûrûs magok esetén sem lehetségesek feszültségátütések két, egymással szomszédos 102 gyûrûs mag között. A 101 többfázisú transzformátor ennek köszönhetõen kompakt módon csökkentett helyigénnyel építhetõ fel. Ezenkívül az egyes 102 gyûrûs magok között a 115 távtartók tartományában egyáltalán nem vagy csak kisebb szigetelési intézkedésekre van szükség, ami által költséget takarítunk meg, és a szerkezet egyszerûbbé válik. A 102 gyûrûs magok a mindenkori 103 tekercstesteikkel modulszerûen vannak kiképezve. Ezen modulok valamelyikében fellépõ hiba esetén a vonatkozó gyûrûs mag egy helyettesítõ modullal kicserélhetõ, illetve a hibás modul villamosan leválasztható és egy helyettesítõ modul a 101 többfázisú transzformátorra ideiglenesen rácsatlakoztatható. Ennek köszönhetõen nincs szükség arra, hogy tartalék készülékként egy komplett transzformátort tartsunk készenlétben, hanem elegendõ, ha a fázistekercseléseket hordozó tekercstestekkel ellátott gyûrûs magot tartalék modulként készenlétben tartjuk. Ezáltal költséget takarítunk meg és a tartalék készülék helyigényét csökkentettük. SZABADALMI IGÉNYPONTOK Toroid magos transzformátor, különösen többfázisú transzformátor (101) több, axiális irányban egymással szomszédosan elrendezett gyûrûs maggal (102), ahol a mindenkor szomszédos gyûrûs magok (102) különbözõ fázisú fázistekercseléseket hordoznak, azzal jellemezve, hogy két szomszédos gyûrûs mag (102) fázistekercseléseinek csatlakozóhelyei kerületi irányban egymáshoz képest eltoltan vannak elrendezve. 2. Az 1. igénypont szerinti transzformátor, azzal jellemezve, hogy két szomszédos gyûrûs mag (102) fázistekercseléseinek csatlakozóhelyei közötti eltolás, illetve geometriai szög ezen gyûrûs magok (102) feszültségjelei közötti fáziseltolásnak, illetve villamos fázisszögnek felel meg. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti transzformátor, azzal jellemezve, hogy a fázistekercselésekkel ellátott gyûrûs magok (102) számára egy, a toroid magos transzformátorok felépítéséhez igazított, elõnyösen lényegében henger alakú ház van elrendezve, és elõnyösen a háznak egy tengelyirányú végén egy ventilátor vagy fúvószerkezet van elrendezve. 4. Az 1 3. igénypontok bármelyike szerinti transzformátor, azzal jellemezve, hogy a gyûrûs magok (102) tartományában hûtõközeg számára üreges vezetékek vannak elrendezve, és elõnyösen a transzformátor (101) háza hõcserélõként van kiképezve és az üreges vezetékekkel össze van kötve. 5. A 3. vagy 4. igénypont szerinti transzformátor, azzal jellemezve, hogy a ház felületének növelésére kívülrõl a házon hûtõtestek vagy hasonló kiálló elemek vannak elrendezve, különösen a ház profilozott felülettel van ellátva. 6. Az 1 5. igénypontok bármelyike szerinti transzformátor, azzal jellemezve, hogy a transzformátor (101) részleges vagy teljes mértékû behelyezéséhez hûtõközeggel ellátott befogadóedénnyel van ellátva. 7. Az 1 6. igénypontok bármelyike szerinti transzformátor, azzal jellemezve, hogy a többfázisú transzformátor (101) gyûrûs magjai (102) mindenkori fázistekercseléseikkel együtt modulszerûen vannak kiképezve, és a modulszerû gyûrûs magok (102) tartására és egymáshoz képesti rögzítésére szolgáló tartószerkezet (104) van elrendezve. 8. Az 1 7. igénypontok bármelyike szerinti transzformátor, azzal jellemezve, hogy a transzformátortekercsek külön-külön önthetõ gyantával vannak körülöntve, és elõnyösen a felület megnövelésére kívülrõl profilozással vannak ellátva. 4

5 HU T2 Int. Cl.: H01F 30/16 5

6 HU T2 Int. Cl.: H01F 30/16 6

7 HU T2 Int. Cl.: H01F 30/16 7

8 Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest