EP2337040A1 - Transformer core - Google Patents

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EP2337040A1
EP2337040A1 EP09015662A EP09015662A EP2337040A1 EP 2337040 A1 EP2337040 A1 EP 2337040A1 EP 09015662 A EP09015662 A EP 09015662A EP 09015662 A EP09015662 A EP 09015662A EP 2337040 A1 EP2337040 A1 EP 2337040A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transformer core
transformer
heat
heat pipe
core
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Withdrawn
Application number
EP09015662A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Benjamin Weber
Martin Dr. rer. nat Carlen
Daniel Chartouni
Tilo Buehler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Priority to EP09015662A priority Critical patent/EP2337040A1/en
Publication of EP2337040A1 publication Critical patent/EP2337040A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/18—Liquid cooling by evaporating liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • 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
    • H01F27/24—Magnetic cores

Definitions

  • the invention relates to a transformer core for a power transformer, which has at least two at least approximately congruent and mutually parallel transformer core plates with an at least similar plan, wherein in the plan view at least one through hole is provided and the transformer core plate consists at least predominantly of an amorphous ferromagnetic material, as well a power transformer with such a transformer core.
  • transformers are used to power transfer the power supply by voltage adjustment from a first voltage level to a second one.
  • power transformers in dry construction so-called dry-type transformers, are increasingly being used.
  • the construction of a power transformer in dry construction is very similar to that of the power transformer with oil filling, as well as power transformer in dry construction, the respective winding body are applied to cores of ferromagnetic material, which are connected at both ends with yokes and form a magnetic circuit.
  • Ohmic losses occur in the windings of a loaded transformer due to the winding currents and eddy currents in the conductor material. These ohmic losses are superimposed by no-load losses and possibly short-circuit losses as well as hysteresis losses.
  • the no-load losses are mainly determined by the induction and nature of the core and are approximately independent of the operating temperature of the transformer.
  • the short-circuit losses are temperature-dependent and increase at constant load with the temperature or the resistivity of the conductor material.
  • core materials with a very narrow hysteresis loop are preferred.
  • amorphous core material is used in place of grain-oriented core material in recent times.
  • amorphous materials require new constructions and processing because, on the one hand, because of the lower flux density compared to a conventional transformer core, larger core cross-sections are required and, on the other hand, an amorphous core material is more sensitive to higher temperatures than a grain-oriented core sheet.
  • the amorphous material which is usually available as flat strip material, is very sensitive mechanically, the available widths of the strip material are also limited. Accordingly, the mechanically realizable sizes of a transformer core are limited and the achievable rated power of transformers with a core of amorphous material.
  • While conventional core dry type transformers have power ratings up to 20MVA and above, the current limit values for amorphous material core are about 1 MVA.
  • transformers with amorphous cores experience high levels of noise, which must be reduced by special noise reduction measures.
  • cooling measures are required, but should not be at the expense of noise insulation.
  • the object of the invention is to provide a transformer core made of amorphous material, which makes it possible to increase the achievable since then performance of a power transformer with amorphous core and at the same time to make provisions for sufficient cooling.
  • the object of the invention is also to provide a corresponding power transformer.
  • the transformer core formed by the at least two transformer core plates has a heat sink, which is formed by at least one heat pipe.
  • heat pipes simple device arrangements are referred to, which basically contain a hermetically encapsulated volume, which is usually formed in the form of a tube. It is filled with a readily vaporizable working medium, for example water, which is selected according to the site of use and which fills the volume to a small extent in the liquid and to a greater extent in the vaporous state.
  • a readily vaporizable working medium for example water
  • the heat pipe are accordingly each a heat transfer surface for heat source and sink.
  • the working medium begins to evaporate upon heat input.
  • the pressure in the vapor space is increased locally above the liquid level, which leads to a low pressure gradient within the heat pipe.
  • the resulting vapor flows in the direction of the condenser, where it condenses because of the lower temperature (lower heat). The previously recorded latent heat is released again.
  • heat pipe there are in principle two possible versions for a heat pipe, namely on the one hand the so-called “heat pipe” and on the other hand the so-called “thermosyphon".
  • heat pipe is not to be understood as a designation for the geometric shape, but it relates solely to the technical function. Accordingly, a heat pipe provided for use according to the invention may also have a plate-like shape without impairing the function as a heat pipe.
  • a heat pipe As a heat pipe, a heat pipe is called, which is provided on the inside with a capillary structure.
  • This capillary structure allows condensate to be transported against the gravitational force from the condenser to the evaporator forming the heat sink.
  • thermosyphon is a heat pipe in which the condensate is transported back to the evaporator by the gravitational force.
  • the condenser must be located above the evaporator.
  • Thermosiphon compared to the heatpipe cheaper and allows for the same cross section a higher heat transport rate.
  • heat source or heat sink and their associated ranges refer to the heat pipe system, while when applied to the heat pipe transformer system, the heat receiving side of the heat pipe is a heat sink for the transformer.
  • the heat sink disposed in the transformer core is provided by a heat pipe designed as a heat pipe or thermosyphon, that is, dissipates the heat from the transformer core without mechanical means.
  • a plurality of heat pipes are provided, which are each arranged between each two transformer core disks.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the heat pipes are included in the noise insulation of the transformer, that is, that they lie with the largest possible part of acting as a heat sink surface on the transformer core, so as to achieve the largest possible contact area with this, and On the other hand, the sound insulation provided for noise reduction does not affect or only insignificantly. Comment: For a good heat transfer a firm connection from heat source to heat sink (evaporator part of the heat pipe) is absolutely obligatory, i. relative movements / vibrations should always be avoided.
  • the heat pipes are made of both heat-conducting and sound-absorbing properties exhibiting material.
  • a material which has inferior thermal conduction properties and instead as compromise improved noise insulating properties, can be obtained, for example, by combining corresponding materials, for example in sandwich construction.
  • Another measure for supporting the noise insulation of the transformer core is provided that the at least two transformer core disks, between which the at least one heat pipe is arranged, are at least partially spaced by means of spacer elements.
  • the spacers are either surrounded by sound-absorbing material, so that this also the otherwise significant noise can be significantly reduced.
  • each heat pipe is designed such that it is provided with a heat radiating surface which is arranged on the periphery of the transformer core.
  • the region of the heat pipe which acts as a heat sink can also have an adapted design designed as a heat absorption surface.
  • the at least one heat exchanger tube is plate-shaped, so as to make the effective heat-absorbing surface as large as possible and thereby to improve the cooling effect.
  • a power transformer is provided which is formed with a transformer core and at least one winding according to the previously explained embodiments.
  • the power transformer is characterized in that it is designed as a three-phase transformer, each having at least three primary and three secondary windings.
  • Fig. 1 is an arrangement formed from a winding 12 with transformer core 14 formed therein 10 for a transformer, not shown in detail in an oblique view.
  • the transformer core 14 used in this arrangement 10 consists of an amorphous core material and is divided into approximately two equal-sized sub-cores, the separation surfaces each abut against a heat sink 16 disposed therebetween and thus ensure optimum heat transfer into the heat-conducting body 16 due to the intimate contact.
  • the heat sink 16 is made of particularly thermally conductive material, for example aluminum or material with a similarly good thermal conductivity ⁇ , which is at least ⁇ ⁇ 150 W / mK.
  • heat pipes 20 are introduced.
  • Such heat pipes may have different shape, wherein the recesses 18 are adapted in the heat sink 16 to the respective shape in order to obtain the largest possible contact and thus heat transfer surface. This means that when used in the recesses 18 heat exchanger elements 20 virtually no distance between the inner surfaces of the respective recess 18 and the heat pipe 20 inserted therein.
  • the possibility provided by the invention is realized to dissipate the heat absorbed in the transformer core 14 from the respective winding 12 of the relevant transformer in a simple and unproblematic manner.
  • FIG. 2 is a further illustration of this inventive cooling principle implementing arrangement shown.
  • Fig. 1 shown arrangements that is, a winding assembly which is formed from the same parts and is accordingly provided with the same respective reference numerals, in contrast to Fig. 1
  • the entire assembly is divided centrally, so that the entire cross-sectional area of the arrangement is shown.
  • the transformer core 14 used in the arrangement 10 consists of an amorphous core material, wherein only one of the two approximately equal sized partial cores is shown. Whose separation surface is covered by the heat sink 16 arranged on itself between the sub-cores, which ensures an optimal heat transfer into the heat-conducting body 16 as a result of the intimate contact.
  • the heat exchanger element located in the recess 18 provided for this purpose which is designed as a heat pipe according to the invention, is inserted only approximately halfway up the height of the cuboid transformer core 14 shown in the example, so that here the greater part of the heat pipe 20 but at least the upper half thereof protrudes from the transformer core 14 and releases the heat absorbed therefrom to the environment or to another heat sink.
  • the heat pipe (s) 20 may also claim the full height of the transformer core 14.
  • a rectangular or square or plate-shaped heat pipe formed between the two or more transformer cores 14 may be used.

Abstract

The core (14) has transformer core laminations with a horizontal projection, and a passage opening (18) provided in the horizontal projection. The transformer core laminations consist of an amorphous ferromagnetic material, and the core comprises a heat sink (16) that is formed by a heat pipe (20). The heat pipe is designed as a thermosiphon and is included in a sound insulation unit of a power transformer. The heat pipe is made of a material e.g. copper alloy, comprising heat-conducting characteristics or noise-damping characteristics.

Description

Beschreibungdescription

Die Erfindung betrifft einen Transformatorkern für einen Leistungstransformator, der wenigstens zwei zumindest annähernd kongruent und parallel zueinander angeordnete Transformatorkernscheiben mit einem zumindest ähnlichen Grundriss aufweist, wobei in dem Grundriss wenigstens jeweils eine Durchgangsöffnung vorgesehen ist und die Transformatorkernscheibe zumindest überwiegend aus einem amorphen ferromagnetischen Material besteht, sowie einen Leistungstransformator mit einem derartigen Transformatorkern.The invention relates to a transformer core for a power transformer, which has at least two at least approximately congruent and mutually parallel transformer core plates with an at least similar plan, wherein in the plan view at least one through hole is provided and the transformer core plate consists at least predominantly of an amorphous ferromagnetic material, as well a power transformer with such a transformer core.

Es ist allgemein bekannt, dass Transformatoren zur Leistungsübertragung bei der Energieversorgung durch Spannungsanpassung von einem ersten Spannungsniveau auf ein zweites dienen. Anstelle von früher verbreitet eingesetzten Leistungstransformatoren mit Ölfüllung werden in zunehmendem Maße Leistungstransformatoren in Trockenbauweise, so genannte Trockentransformatoren, eingesetzt.It is well known that transformers are used to power transfer the power supply by voltage adjustment from a first voltage level to a second one. Instead of previously widely used power transformers with oil filling, power transformers in dry construction, so-called dry-type transformers, are increasingly being used.

Dabei ist der Aufbau eines Leistungstransformator in Trockenbauweise dem des Leistungstransformator mit Ölfüllung insoweit sehr ähnlich, als auch bei Leistungstransformator in Trockenbauweise die jeweiligen Wicklungskörper auf Kernen aus ferromagnetischem Material aufgebracht sind, die jeweils an beiden Enden mit Jochen verbunden sind und einem magnetischen Kreis bilden.In this case, the construction of a power transformer in dry construction is very similar to that of the power transformer with oil filling, as well as power transformer in dry construction, the respective winding body are applied to cores of ferromagnetic material, which are connected at both ends with yokes and form a magnetic circuit.

Allerdings wir bei den Trockentransformatoren die Verlustwärme, welche bei Leistungstransformatoren mit Ölfüllung vom Öl aufgenommen und über geeignete Kühlflächen oder separate Kühler abgegeben wurde, durch Luftkonvektion abgeführt. Die geringere spezifische Wärmekapazität der Luft gegenüber Öl bedeutet schlechthin eine Leistungsbegrenzung für Trockentransformatoren.However, in the case of the dry-type transformers, the heat loss, which was absorbed by the oil in the case of power transformers filled with oil and discharged via suitable cooling surfaces or separate coolers, is dissipated by air convection. The lower specific heat capacity of the air compared to oil means a performance limitation for dry-type transformers.

In den Wicklungen eines belasteten Transformators treten ohmsche Verluste durch die Wicklungsströme und durch Wirbelströme im Leitermaterial auf. Diese ohmschen Verluste werden überlagert von Leerlaufverlusten und gegebenenfalls Kurzschlussverlusten sowie Hystereserverlusten.Ohmic losses occur in the windings of a loaded transformer due to the winding currents and eddy currents in the conductor material. These ohmic losses are superimposed by no-load losses and possibly short-circuit losses as well as hysteresis losses.

Die Leerlaufverluste sind hauptsächlich durch die Induktion und die Beschaffenheit des Kerns bestimmt und näherungsweise unabhängig von der Betriebstemperatur des Transformators. Die Kurzschlussverluste sind temperaturabhängig und steigen bei konstanter Belastung mit der Temperatur bzw. dem spezifischen Widerstand des Leitermaterials an. Um die Hystereserverluste möglichst klein zu halten, kommen bevorzugt Kernmaterialien mit sehr schmaler Hystereseschleife zum Einsatz.The no-load losses are mainly determined by the induction and nature of the core and are approximately independent of the operating temperature of the transformer. The short-circuit losses are temperature-dependent and increase at constant load with the temperature or the resistivity of the conductor material. To keep the hysteresis losses as small as possible, core materials with a very narrow hysteresis loop are preferred.

Um die hierdurch verursachten Wärmeverluste eines Trockentransformators zu verringern und so dessen Belastbarkeit zu verbessern, wird in neuerer Zeit bevorzugt amorphes Kernmaterial statt kornorientierten Kernmaterials eingesetzt.In order to reduce the resulting heat losses of a dry-type transformer and thus to improve its load capacity, amorphous core material is used in place of grain-oriented core material in recent times.

Allerdings erfordert die Verwendung von amorphen Werkstoffen neue Konstruktionen und Verarbeitungsweisen, da einerseits aufgrund der im Vergleich zu einem konventionellen Transformatorkern geringeren Flussdichte größere Kernquerschnitte notwendig sind und andererseits ein amorphes Kernmaterial empfindlicher gegenüber höheren Temperaturen ist als bei einem kornorientierten Kernblech.However, the use of amorphous materials requires new constructions and processing because, on the one hand, because of the lower flux density compared to a conventional transformer core, larger core cross-sections are required and, on the other hand, an amorphous core material is more sensitive to higher temperatures than a grain-oriented core sheet.

So sind aus der US 4,734,975 ein Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns sowie ein gemäß diesem Verfahren gewickelter Transformatorkern aus amorphem Material bekannt geworden.So are from the US 4,734,975 a method for producing a transformer core as well as an wound according to this method transformer core made of amorphous material has become known.

Da das zumeist als Flachbandmaterial lieferbare amorphe Material mechanisch sehr empfindlich ist, sind auch die lieferbaren Breiten des Bandmaterials begrenzt. Dementsprechend sind auch die mechanisch realisierbaren Baugrößen eines Transformatorkerns beschränkt sowie die erzielbaren Nennleistungen von Transformatoren mit einem Kern aus amorphem Werkstoff.Since the amorphous material, which is usually available as flat strip material, is very sensitive mechanically, the available widths of the strip material are also limited. Accordingly, the mechanically realizable sizes of a transformer core are limited and the achievable rated power of transformers with a core of amorphous material.

Während Trockentransformatoren mit konventionellem Kern Leistungswerte von bis zu 20MVA und darüber aufweisen, liegen die aktuellen Grenzwerte für mit einem Kern aus amorphem Werkstoff bei etwa 1 MVA.While conventional core dry type transformers have power ratings up to 20MVA and above, the current limit values for amorphous material core are about 1 MVA.

In der DE 09006635 ist ein aus amorphem Material gebildeter Transformatorkern für einen Leistungstransformator vorgeschlagen worden, der eine höhere Nennleistung als derartige Transformatoren seither aufweist.In the DE 09006635 For example, a transformer core formed of amorphous material has been proposed for a power transformer having a higher rated power than such transformers since then.

Darüber hinaus treten bei Transformatoren mit amorphen Kernen hohe Geräuschentwicklungen auf, die durch spezielle Geräuschdämm-Maßnahmen verringert werden müssen. Um der bei erhöhter Leistungsdichte derartiger Transformatoren mit Kernen aus amorphem Material entstehenden Wärmebelastung infolge der stromabhängigen Wärmeentwicklung zu begegnen, sind Kühlmaßnahmen erforderlich, die aber nicht zu Lasten der Geräuschdämmung gehen soll.In addition, transformers with amorphous cores experience high levels of noise, which must be reduced by special noise reduction measures. In order to counteract the heat load due to the current-dependent evolution of heat arising at elevated power density of such transformers with cores made of amorphous material, cooling measures are required, but should not be at the expense of noise insulation.

So hat sich bereits gezeigt, dass ein Kühlkanal zwischen zwei Kernen mit Öffnungen für Luftfluss die Effizienz der Geräuschdämmungsmaßnahme deutlich reduziert.It has already been shown that a cooling channel between two cores with openings for air flow significantly reduces the efficiency of the noise reduction measure.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung einen Transformatorkern aus amorphem Material anzugeben, welcher es ermöglicht, die seither erzielbaren Nennleistungen eines Leistungstransformators mit amorphem Kern zu erhöhen und gleichzeitig Vorkehrungen für eine ausreichend Kühlung zu treffen. Aufgabe der Erfindung ist es auch, einen entsprechenden Leistungstransformator anzugeben.Based on this prior art, it is an object of the invention to provide a transformer core made of amorphous material, which makes it possible to increase the achievable since then performance of a power transformer with amorphous core and at the same time to make provisions for sufficient cooling. The object of the invention is also to provide a corresponding power transformer.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Demgemäß ist vorgesehen, dass der von den wenigstens zwei Transformatorkernscheiben gebildete Transformatorkern eine Wärmesenke aufweist, die von wenigstens einem Wärmerohr gebildet ist.This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Accordingly, it is provided that the transformer core formed by the at least two transformer core plates has a heat sink, which is formed by at least one heat pipe.

Als Wärmerohre werden einfache Geräteanordnungen bezeichnet, welche grundsätzlich ein hermetisch gekapseltes Volumen enthalten, welches meist in Form eines Rohres ausgebildet ist. Es ist mit einem entsprechend dem Einsatzort ausgewählten gut verdampfbaren Arbeitsmedium, zum Beispiel Wasser, gefüllt, welches das Volumen zu einem kleinen Teil in flüssigem und zum größeren Teil in dampfförmigem Zustand ausfüllt. In dem Wärmerohr befinden sich dementsprechend je eine Wärmeübertragungsfläche für Wärmequelle und -senke.As heat pipes simple device arrangements are referred to, which basically contain a hermetically encapsulated volume, which is usually formed in the form of a tube. It is filled with a readily vaporizable working medium, for example water, which is selected according to the site of use and which fills the volume to a small extent in the liquid and to a greater extent in the vaporous state. In the heat pipe are accordingly each a heat transfer surface for heat source and sink.

Dabei beginnt das Arbeitsmedium bei Wärmeeintrag zu verdampfen. Dadurch wird über dem Flüssigkeitsspiegel der Druck im Dampfraum lokal erhöht, was zu einem geringen Druckgefälle innerhalb des Wärmerohrs führt. Der entstandene Dampf strömt deswegen in Richtung Kondensator, wo er wegen der niedrigeren Temperatur (Wärmesenkung) kondensiert. Dabei wird die zuvor aufgenommene latente Wärme wieder abgegeben.The working medium begins to evaporate upon heat input. As a result, the pressure in the vapor space is increased locally above the liquid level, which leads to a low pressure gradient within the heat pipe. The resulting vapor flows in the direction of the condenser, where it condenses because of the lower temperature (lower heat). The previously recorded latent heat is released again.

Es gibt prinzipiell zwei mögliche Ausführungsversionen für ein Wärmerohr, nämlich zum einen die sogenannte "Heat pipe" und zum anderen den sogenannten "Thermosiphon". Hierbei ist der Begriff Wärmerohr nicht als Bezeichnung für die geometrische Form zu verstehen, sondern er betrifft allein die technische Funktion. Dementsprechend kann ein entsprechend der Erfindung zum Einsatz vorgesehenes Wärmerohr auch eine plattenähnliche Form aufweisen, ohne dass die Funktion als Wärmerohr beeinträchtigt ist.There are in principle two possible versions for a heat pipe, namely on the one hand the so-called "heat pipe" and on the other hand the so-called "thermosyphon". Here, the term heat pipe is not to be understood as a designation for the geometric shape, but it relates solely to the technical function. Accordingly, a heat pipe provided for use according to the invention may also have a plate-like shape without impairing the function as a heat pipe.

Als Heatpipe wird ein Wärmerohr bezeichnet, welches auf der Innenseite mit einer Kapillarstruktur versehen ist. Diese Kapillarstruktur erlaubt es, dass Kondensat auch gegen die Gravitationskraft vom Kondensator zum Verdampfer, der die Wärmesenke bildet, zu transportieren. Man gewinnt damit einen weiteren Freiheitsgrad bei der relativen Platzierung von Kondensator und Verdampfer, muss allerdings dafür hinnehmen, dass die Leistungsfähigkeit des Wärmerohrs durch den Kapillarprozess beschränkt ist.As a heat pipe, a heat pipe is called, which is provided on the inside with a capillary structure. This capillary structure allows condensate to be transported against the gravitational force from the condenser to the evaporator forming the heat sink. One gains another degree of freedom in the relative placement of the condenser and evaporator, but must accept that the performance of the heat pipe is limited by the capillary process.

Der Thermosiphon ist ein Wärmerohr, bei welchem das Kondensat durch die Gravitationskraft zum Verdampfer zurücktransportiert wird. Hier muss der Kondensator oberhalb des Verdampfers angeordnet sein. In der Regel ist der Thermosiphon im Vergleich zur Heatpipe preiswerter und erlaubt bei gleichem Querschnitt eine höhere Wärmetransportrate.The thermosyphon is a heat pipe in which the condensate is transported back to the evaporator by the gravitational force. Here, the condenser must be located above the evaporator. In general, the Thermosiphon compared to the heatpipe cheaper and allows for the same cross section a higher heat transport rate.

Die hier verwendeten Begriffe Wärmequelle beziehungsweise Wärmesenke und die jeweils zugeordneten Bereiche beziehen sich auf das System Wärmerohr, während bei Anwendung auf das System Wärmerohr - Transformator die Wärme aufnehmende Seite des Wärmerohres für den Transformator eine Wärmesenke darstellt.The terms heat source or heat sink and their associated ranges refer to the heat pipe system, while when applied to the heat pipe transformer system, the heat receiving side of the heat pipe is a heat sink for the transformer.

Vorzugsweise ist die im Transformatorkern angeordnete Wärmesenke von einem als Heatpipe oder Thermosiphon ausgebildeten Wärmerohr vorgesehen, dass heißt ohne mechanische Mittel die Wärme aus dem Transformatorkern abführt.Preferably, the heat sink disposed in the transformer core is provided by a heat pipe designed as a heat pipe or thermosyphon, that is, dissipates the heat from the transformer core without mechanical means.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Wärmerohre vorgesehen, die jeweils zwischen je zwei Transformatorkernscheiben angeordnet sind.According to a further preferred embodiment of the invention, a plurality of heat pipes are provided, which are each arranged between each two transformer core disks.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Wärmerohre in die Geräuschdämmung des Transformators einbezogen sind, dass heißt, dass sie mit dem größtmöglichen Teil der als Wärmesenke wirkenden Oberfläche am Transformatorkern anliegen, um so eine möglichst große Kontaktfläche mit diesem zu erzielen, und andererseits die aus Lärmschutzgründen vorgesehene Geräuschdämmung nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigen. Kommentar: Für einen guten Wärmetransport ist eine feste Verbindung von Wärmequelle zu Wärmesenke (Verdampferteil des Wärmerohrs) absolut zwingend, d.h. relative Bewegungen/ Schwingungen sollten immer vermieden werden.A further advantageous embodiment of the invention provides that the heat pipes are included in the noise insulation of the transformer, that is, that they lie with the largest possible part of acting as a heat sink surface on the transformer core, so as to achieve the largest possible contact area with this, and On the other hand, the sound insulation provided for noise reduction does not affect or only insignificantly. Comment: For a good heat transfer a firm connection from heat source to heat sink (evaporator part of the heat pipe) is absolutely obligatory, i. relative movements / vibrations should always be avoided.

Um diese Maßnahme auch materialseitig zu unterstützen ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Wärmerohre aus sowohl wärmeleitende als auch geräuschdämmende Eigenschaften aufweisendem Material gefertigt sind. Ein solches Material, welches schlechtere Wärmeleitungseigenschaften und stattdessen als Kompromiss verbesserte Geräuschdämmungseigenschaften besitzt, kann beispielsweise durch Kombination entsprechender Materialien, zum Beispiel in Sandwichbauweise, erhalten werden. Eine weitere Maßnahme zur Unterstützung der Geräuschdämmung des Transformatorkerns ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Transformatorkernscheiben, zwischen denen das wenigstens ein Wärmerohr angeordnet ist, zumindest teilweise mittels Distanzelementen beanstandet sind. Vorzugsweise sind die Distanzscheiben entweder aus geräuschdämmendem Material umgeben, so dass auch hierdurch die ansonsten erhebliche Geräuschentwicklung wesentlich abgesenkt werden kann.In order to support this measure on the material side is provided according to a particularly advantageous embodiment of the invention that the heat pipes are made of both heat-conducting and sound-absorbing properties exhibiting material. Such a material, which has inferior thermal conduction properties and instead as compromise improved noise insulating properties, can be obtained, for example, by combining corresponding materials, for example in sandwich construction. Another measure for supporting the noise insulation of the transformer core is provided that the at least two transformer core disks, between which the at least one heat pipe is arranged, are at least partially spaced by means of spacer elements. Preferably, the spacers are either surrounded by sound-absorbing material, so that this also the otherwise significant noise can be significantly reduced.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedes Wärmerohr so ausgestaltet, dass es mit einer Wärmeabstrahlfläche versehen ist, welche an der Peripherie des Transformatorkerns angeordnet ist. Gleichermaßen kann auch der als Wärmesenke wirkende Bereich des Wärmerohres eine angepasste, als Wärmeaufnahmefläche ausgebildete Gestaltung aufweisen.According to a preferred embodiment of the invention, each heat pipe is designed such that it is provided with a heat radiating surface which is arranged on the periphery of the transformer core. Likewise, the region of the heat pipe which acts as a heat sink can also have an adapted design designed as a heat absorption surface.

Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Wärmetauscherrohr plattenförmig ausgebildet ist, um so die wirksame Wärme aufnehmende Oberfläche möglichst groß zu gestalten und hierdurch die Kühlwirkung zu verbessern.According to a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the at least one heat exchanger tube is plate-shaped, so as to make the effective heat-absorbing surface as large as possible and thereby to improve the cooling effect.

Entsprechend der Erfindung ist auch ein Leistungstransformator vorgesehen, der mit einem Transformatorkern und wenigstens einer Wicklung entsprechend den zuvor erläuterten Ausgestaltungen ausgebildet ist.According to the invention, a power transformer is provided which is formed with a transformer core and at least one winding according to the previously explained embodiments.

Entsprechend einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Leistungstransformator dadurch gekennzeichnet, dass er als ein Drehstromtransformator mit jeweils wenigstens drei Primär- und drei Sekundärwicklungen ausgebildet ist.According to a particular embodiment of the invention, the power transformer is characterized in that it is designed as a three-phase transformer, each having at least three primary and three secondary windings.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These and other advantageous embodiments and improvements of the invention are the subject of the dependent claims.

Anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.With reference to an embodiment of the invention shown in the accompanying drawings, the invention, advantageous embodiments and improvements the invention and particular advantages of the invention will be explained and described in detail.

Es zeigen:

Fig. 1
eine Schrägansicht auf eine Anordnung bestehend aus einer schematisch dargestellten Wicklung mit Wicklungskern und darin angeordneter Wärmesenke und
Fig. 2
eine Frontansicht auf eine halbierten Anordnung gemäß Fig. 1.
Show it:
Fig. 1
an oblique view of an arrangement consisting of a schematically illustrated winding with winding core and arranged therein heat sink and
Fig. 2
a front view of a halved arrangement according to Fig. 1 ,

In Fig. 1 ist eine aus einer Wicklung 12 mit darin angeordnetem Transformatorkern 14 gebildete Anordnung 10 für einen nicht näher gezeigten Transformator in Schrägansicht wiedergegeben. Der in dieser Anordnung 10 verwendete Transformatorkern 14 besteht aus einem amorphem Kern-Material und ist in etwa zwei gleich große Teilkerne geteilt, deren Trennflächen jeweils an einem dazwischen angeordneten Kühlkörper 16 anliegen und so infolge des innigen Kontaktes einen optimalen Wärmeübergang in den Wärmeleiterkörper 16 sicherstellen.In Fig. 1 is an arrangement formed from a winding 12 with transformer core 14 formed therein 10 for a transformer, not shown in detail in an oblique view. The transformer core 14 used in this arrangement 10 consists of an amorphous core material and is divided into approximately two equal-sized sub-cores, the separation surfaces each abut against a heat sink 16 disposed therebetween and thus ensure optimum heat transfer into the heat-conducting body 16 due to the intimate contact.

Vorzugsweise ist der Kühlkörper 16 aus besonders wärmeleitfähigem Material vorgesehen, zum Beispiel Aluminium oder Material mit einer ähnlich guten Wärmeleitfähigkeit λ, die wenigstens λ ≥ 150 W/mK beträgt.Preferably, the heat sink 16 is made of particularly thermally conductive material, for example aluminum or material with a similarly good thermal conductivity λ, which is at least λ ≥ 150 W / mK.

In den Kühlkörper 16 wiederum sind Ausnehmungen 18 für Wärmetauscherelemente 20 eingeformt, in welche gemäß der Erfindung vorzugsweise sogenannte Wärmerohre 20 eingeführt sind.In the heat sink 16 in turn recesses 18 are formed for heat exchanger elements 20, in which according to the invention preferably so-called heat pipes 20 are introduced.

Derartige Wärmerohre können unterschiedliche Form aufweisen, wobei die Ausnehmungen 18 in dem Kühlkörper 16 an die jeweilige Form angepasst sind, um eine möglichst große Kontakt- und damit Wärmeübergangsfläche zu erhalten. Das heißt, dass bei in die Ausnehmungen 18 eingesetzten Wärmetauscherelementen 20 praktisch kein Abstand zwischen den Innenoberflächen der betreffenden Ausnehmung 18 und dem darin eingesetzten Wärmerohr 20 besteht.Such heat pipes may have different shape, wherein the recesses 18 are adapted in the heat sink 16 to the respective shape in order to obtain the largest possible contact and thus heat transfer surface. This means that when used in the recesses 18 heat exchanger elements 20 virtually no distance between the inner surfaces of the respective recess 18 and the heat pipe 20 inserted therein.

Auf diese Weise ist die erfindungsgemäß vorgesehene Möglichkeit verwirklicht, die im Transformatorkern 14 aufgenommene Wärme aus der jeweiligen Wicklung 12 des betreffenden Transformators auf einfache und unproblematische Weise abzuführen.In this way, the possibility provided by the invention is realized to dissipate the heat absorbed in the transformer core 14 from the respective winding 12 of the relevant transformer in a simple and unproblematic manner.

In Fig. 2 ist eine weitere Abbildung einer dieses erfindungsgemäße Kühlprinzip umsetzenden Anordnung dargestellt. Es handelt sich dabei um die bereits in Fig. 1 gezeigte Anordnungen, das heißt um eine Wicklungsanordnung, die aus den gleichen Teilen gebildet ist und dementsprechend mit den gleichen jeweiligen Bezugsziffern versehen ist, wobei im Unterschied zur Fig. 1 hier die gesamte Anordnung mittig geteilt ist, so dass die gesamte Querschnittsfläche der Anordnung gezeigt ist.In Fig. 2 is a further illustration of this inventive cooling principle implementing arrangement shown. These are those already in Fig. 1 shown arrangements, that is, a winding assembly which is formed from the same parts and is accordingly provided with the same respective reference numerals, in contrast to Fig. 1 Here, the entire assembly is divided centrally, so that the entire cross-sectional area of the arrangement is shown.

Dementsprechend besteht auch hier der in der Anordnung 10 verwendete Transformatorkern 14 aus einem amorphen Kern-Material, wobei nur einer der beiden etwa gleich großen Teilkerne gezeigt ist. Dessen Trennfläche ist überdeckt von dem an sich zwischen den Teilkernen angeordneten Kühlkörper 16, der so infolge des innigen Kontaktes einen optimalen Wärmeübergang in den Wärmeleitkörper 16 sicherstellt.Accordingly, here again, the transformer core 14 used in the arrangement 10 consists of an amorphous core material, wherein only one of the two approximately equal sized partial cores is shown. Whose separation surface is covered by the heat sink 16 arranged on itself between the sub-cores, which ensures an optimal heat transfer into the heat-conducting body 16 as a result of the intimate contact.

Ferner ist gut erkennbar, dass das in der hierfür vorgesehenen Ausnehmung 18 befindlichen Wärmetauscherelement, das gemäß der Erfindung als Wärmerohr ausgebildet ist, nur etwa bis zur halben Höhe des im gezeigten Beispiel quaderförmigen Transformatorkerns 14 eingeführt ist, so dass hier der größere Teil des Wärmerohres 20, mindestens aber dessen oberen Hälfte, aus dem Transformatorkern 14 herausragt und die hiervon aufgenommene Wärme an die Umgebung oder an eine andere Wärmesenke abgibt. Das oder die Wärmerohr(e) 20 können allerdings ebenfalls die ganze Höhe des Transformatorkerns 14 beanspruchen. Auch kann ein rechteckiges oder quadratisch oder plattenförmig ausgeformtes Wärmerohr zwischen die zwei oder auch mehr Transformatorkerne 14 eingesetzt sein.Furthermore, it is readily apparent that the heat exchanger element located in the recess 18 provided for this purpose, which is designed as a heat pipe according to the invention, is inserted only approximately halfway up the height of the cuboid transformer core 14 shown in the example, so that here the greater part of the heat pipe 20 but at least the upper half thereof protrudes from the transformer core 14 and releases the heat absorbed therefrom to the environment or to another heat sink. However, the heat pipe (s) 20 may also claim the full height of the transformer core 14. Also, a rectangular or square or plate-shaped heat pipe formed between the two or more transformer cores 14 may be used.

Claims (10)

Transformatorkern (14) für einen Leistungstransformator, der wenigstens zwei zumindest annähernd kongruent und parallel zueinander angeordnete Transformatorkernscheiben (14) mit einem zumindest ähnlichen Grundriss aufweist, wobei in dem Grundriss wenigstens jeweils eine Durchgangsöffnung (18) vorgesehen ist und die Transformatorkernscheiben zumindest überwiegend aus einem amorphen ferromagnetischem Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass
der von den wenigstens zwei Transformatorkernscheiben (14) gebildete Transformatorkern eine Wärmesenke aufweist, die von wenigstens einem Wärmerohr (20) gebildet ist.Transformer core (14) for a power transformer having at least two at least approximately congruent and mutually parallel transformer core plates (14) having an at least similar plan, wherein in the plan view at least one through hole (18) is provided and the transformer core disks at least predominantly from an amorphous ferromagnetic material, characterized in that
the transformer core formed by the at least two transformer core disks (14) has a heat sink formed by at least one heat pipe (20). Transformatorkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (20) als Heatpipe oder als Thermosiphon ausgebildet ist.Transformer core according to claim 1, characterized in that the heat pipe (20) is designed as a heat pipe or as a thermosyphon. Transformatorkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmerohre (20) vorgesehen sind, die jeweils zwischen zwei oder mehr Transformatorkernscheiben (14) angeordnet sind.Transformer core according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of heat pipes (20) are provided, which are each arranged between two or more transformer core plates (14). Transformatorkern nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmerohre (20) in die Geräuschdämmung des Transformators einbezogen sind.Transformer core according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipes (20) are included in the noise insulation of the transformer. Transformatorkern nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmerohre (20) aus sowohl wärmeleitende als auch geräuschdämmende Eigenschaften aufweisendem Material gefertigt sind.Transformer core according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipes (20) are made of both heat-conducting and sound-absorbing properties exhibiting material. Transformatorkern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für das Wärmerohr vorzugsweise Kupfer beziehungsweise eine Kupferlegierung vorgesehen ist.Transformer core according to claim 5, characterized in that the material for the heat pipe is preferably provided copper or a copper alloy. Transformatorkern nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Transformatorkernscheiben, zwischen denen das wenigstens eine Wärmerohr angeordnet ist, zumindest bereichsweise mittels Distanzelementen beabstandet sind.Transformer core according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two transformer core discs, between which the at least one heat pipe is arranged, at least partially spaced by means of spacer elements. Transformatorkern nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Wärmerohr so ausgestaltet ist, dass es mit einer Wärmeabstrahlfläche versehen ist, welche an der Peripherie des Transformatorkerns angeordnet ist.Transformer core according to one of the preceding claims, characterized in that each heat pipe is designed so that it is provided with a heat radiating surface, which is arranged at the periphery of the transformer core. Leistungstransformator mit einem Transformatorkern und wenigstens einer Wicklung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmerohr rechteckig beziehungsweise quadratisch oder plattenförmig ausgebildet ist.Power transformer with a transformer core and at least one winding according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heat pipe is rectangular or square or plate-shaped. Leistungstransformator nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungstransformator als ein Drehstromtransformator mit jeweils wenigstens drei Primär- und drei Sekundärwicklungen ausgebildet ist.Power transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the power transformer is designed as a three-phase transformer with at least three primary and three secondary windings.
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