Transformador de devanado de disco con distribución de voltaje de impulso y refrigeración mejoradas y su método de fabricación.

Método de fabricación de un transformador (10) que incluye:

la formación de una bobina de devanado de disco (5 30,

66) que incluye:

la formación de una primera capa conductora (38, 68) que comprende una pluralidad de devanados dedisco conectados en serie (42, 43, 72, 74) dispuestos en una dirección axial de la bobina de devanadode disco (30, 66), cada uno de los devanados de disco (42, 43, 72, 74) comprende un conductor (44,45, 76, 78) devanado en una pluralidad de giros concéntricos; y caracterizado por el hecho de queéste comprende:

la formación de una segunda capa conductora (56, 88) sobre la primera capa conductora (38,68), la segunda capa conductora (56, 88) comprende una pluralidad de devanados de discoconectados en serie (58, 90, 92) dispuestos en una dirección axial de la bobina de devanadode disco (30, 66), cada uno de los devanados de disco (58, 90, 92) comprende un conductor(60, 94, 96) devanado en una pluralidad de giros concéntricos.

Transformador de devanado de disco con distribución de voltaje de impulso y refrigeración mejoradas y su método de fabricación Antecedentes de la invención [0001] Esta invención se refiere a transformadores y más particularmente a transformadores con una bobina de devanado de disco.

Como bien se sabe, un transformador convierte la electricidad de un voltaje en electricidad de otro voltaje, ya sea de valor superior o inferior. Un transformador consigue esta conversión de voltaje usando una bobina primaria y una bobina secundaria, cada una de ellas devanada en un núcleo ferromagnético y que comprende varios giros de un conductor eléctrico. La bobina primaria se conecta a una fuente de voltaje y la secundaria se conecta a una carga. La proporción de giros de la bobina primaria con respecto a los giros de la secundaria ("proporción de giros") es la misma que la proporción del voltaje de la fuente con respecto al voltaje de la carga. Para formar bobinas se utilizan dos técnicas principales de devanado, a saber devanado de capa y devanado de disco. El tipo de técnica de devanado que se utiliza para formar una bobina se determina principalmente por el número de giros de la bobina y la corriente de la bobina. Para devanados de alta tensión con un gran número de giros requeridos, se usa habitualmente la técnica de devanado de disco, mientras que para devanados de baja tensión con un número menor de giros requeridos, se usa habitualmente la técnica de devanado de capa.

En la técnica de devanado de capa, los giros conductores requeridos para una bobina se devanan en una o más capas conductoras concéntricas conectadas en serie, con los giros de cada capa conductora devanados uno al lado del otro a lo largo de la longitud axial de la bobina hasta que la capa conductora está completa. Se dispone una capa de material aislante entre cada par de capas conductoras. Los conductos de aire que se extienden axialmente también se pueden formar entre pares de capas conductoras. En la patente de EEUU Nº: 7.023.312, los conductos de refrigeración preformados se insertan entre las capas conductoras durante el devanado de una bobina.

En la técnica de devanado de disco, los giros conductores requeridos para una bobina se devanan en una pluralidad de discos dispuestos en serie a lo largo de la longitud axial de la bobina. En cada disco, los giros se devanan en una dirección radial, uno encima del otro, es decir, un giro por capa. Los discos se conectan en una relación de circuito en serie y se devanan típicamente alternando desde el interior hacia el exterior y desde el exterior hacia el interior, de modo que los discos se puedan formar desde el mismo conductor. Un ejemplo de tal devanado alterno se muestra en la patente estadounidense nº: 5.167.063.

La patente estadounidense nº: 3.464.043 divulga un devanado de transformador eléctrico con una pluralidad de bobinas de discos axialmente distanciados de un giro por capa que están eléctricamente conectadas en serie.

En un transformador con una bobina convencional de devanado de disco, la capacitancia entre los discos es suficientemente baja en comparación con la capacitancia entre los discos y la tierra. Como resultado, cuando el transformador está sujeto a un fuerte impulso frontal de onda o voltaje transitorio, tal y como puede ocurrir como resultado del impacto de un rayo, una importante distribución de voltaje no lineal sucede a lo largo de la longitud axial de la bobina con un gradiente de voltaje altísimo en los primeros giros adyacentes al extremo de alta tensión. Este gradiente de alto voltaje produce importantes tensiones de dieléctrica locales.

Para aumentar la capacitancia en serie y mejorar la distribución de voltaje de impulso, los discos pueden estar intercalados, es decir, se pueden intercalar los giros de los discos adyacentes. Un ejemplo de un transformador con discos intercalados se muestra en la patente de EEUU Nº: 3.958.201. No obstante, formar discos intercalados es complicado y reduce el espacio libre entre los discos, lo que afecta de forma adversa a la refrigeración.

Por lo tanto, sería deseable proporcionar un transformador con bobinas de devanado de disco que tengan una distribución de voltaje de impulso y una refrigeración mejoradas. La presente invención se refiere a tal transformador y a un método para fabricar tal transformador.

Resumen de la invención [0009] De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para fabricar un transformador. Conforme al método, se forma una bobina de devanado de disco formando una primera capa conductora con una pluralidad de devanados de disco conectados en serie dispuestos en una dirección axial de la bobina de devanado de disco; cada uno de los devanados de disco comprende un devanado conductor en una pluralidad de giros concéntricos. El método se caracteriza por la formación de una segunda capa conductora sobre la primera capa conductora. La segunda capa conductora comprende una pluralidad de devanados de disco conectados en serie dispuestos en una dirección axial de la bobina de devanado de disco; cada uno de los devanados de disco comprende un devanado conductor en una pluralidad de giros concéntricos.

También se proporciona conforme a la presente invención un transformador que comprende una bobina de devanado de disco con una primera capa conductora que comprende una pluralidad de devanados de disco conectados en serie dispuestos en una dirección axial de la bobina de devanado de disco; cada uno de los devanados de disco comprende un devanado conductor en una pluralidad de giros concéntricos. El transformador se caracteriza por el hecho de que la bobina de devanado de disco comprende una segunda capa conductora dispuesta sobre la primera capa conductora. La segunda capa conductora comprende una pluralidad de devanados de disco conectados en serie y dispuestos en una dirección axial de la bobina de devanado de disco; cada uno de los devanados de disco comprende un devanado conductor en una pluralidad de giros concéntricos.

Las formas de realización preferidas se definen en las reivindicaciones anexas.

Breve descripción de los dibujos [0012] Las características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con respecto a la siguiente descripción, reivindicaciones adjuntas y dibujos anexos donde:

La fig. 1 es una vista en sección esquemática de un transformador realizado de acuerdo con la presente invención;

La fig. 2 muestra una vista en perspectiva lateral de una bobina del transformador formándose en un mandril de embobinado;

La fig. 3 muestra una vista final en perspectiva de una parte de la bobina formándose en el mandril;

La fig. 4 muestra una vista en perspectiva de la bobina cuando está completamente construida, con una parte de la bobina cortada para mostrar una sección transversal de una parte de la bobina;

La fig. 5 muestra una vista aumentada de una parte de la sección transversal de la bobina mostrada en la fig. 4 donde la bobina tiene devanados de disco con hendiduras;

La fig. 6 muestra una vista aumentada de una parte de la sección transversal de la bobina mostrada en la fig. 4 donde la bobina tiene devanados de disco que se devanan de forma continua;

La fig. 7 muestra una vista aumentada de una parte de una sección transversal de una bobina realizada conforme a una segunda forma de realización de la presente invención;

La fig. 8 muestra una vista aumentada de una parte de una sección transversal de una bobina realizada conforme a una tercera forma de realización de la presente invención;

La fig. 9 muestra una vista aumentada de una parte de una sección transversal de una bobina realizada conforme a una cuarta forma de realización de la presente invención;

La fig.10 muestra una vista aumentada de una parte de una sección transversal de una bobina realizada conforme a una quinta forma de realización de la presente invención;

La fig. 11 muestra una vista en perspectiva frontal de un conducto de refrigeración montado en una bobina realizada conforme a la presente invención;

La fig. 12 muestra una vista en perspectiva de tapones para inserción temporal en el conducto de refrigeración; y

La fig. 13 muestra una vista transversal en perspectiva de una bobina realizada conforme a la presente invención siendo encapsulada en un resina aislante.

Descripción detallada de las formas de realización ilustrativas [0026] Se debe señalar que en la descripción detallada que sigue, los componentes idénticos tienen los mismos números de referencia, independientemente de si se muestran en diferentes formas de realización de la presente invención. También debe señalarse... [Seguir leyendo]

1. Método de fabricación de un transformador (10) que incluye:

la formación de una bobina de devanado de disco (30, 66) que incluye:

la formación de una primera capa conductora (38, 68) que comprende una pluralidad de devanados de disco conectados en serie (42, 43, 72, 74) dispuestos en una dirección axial de la bobina de devanado de disco (30, 66) , cada uno de los devanados de disco (42, 43, 72, 74) comprende un conductor (44,

45, 76, 78) devanado en una pluralidad de giros concéntricos; y caracterizado por el hecho de que éste comprende:

la formación de una segunda capa conductora (56, 88) sobre la primera capa conductora (38, 68) , la segunda capa conductora (56, 88) comprende una pluralidad de devanados de disco conectados en serie (58, 90, 92) dispuestos en una dirección axial de la bobina de devanado de disco (30, 66) , cada uno de los devanados de disco (58, 90, 92) comprende un conductor (60, 94, 96) devanado en una pluralidad de giros concéntricos.

2. Método según la reivindicación 1, que comprende además la formación de una capa (50, 84) de conductos de refrigeración (52) sobre la primera capa conductora (38, 68) , antes del paso de formación de la segunda capa conductora (56, 88) , los conductos de refrigeración (52) se extienden en la dirección axial de la bobina de devanado de disco (30, 66) y están dispuestos en serie alrededor de una circunferencia de la bobina de devanado de disco (30, 66) .

3. Método según la reivindicación 2, que comprende además:

la formación de una capa (34) de material aislante sobre la primera capa conductora (38, 68) , antes del paso de formación de la capa (50, 84) de conductos de refrigeración (52) .

4. Método según la reivindicación 2, donde cada uno de los conductos de refrigeración (52) está compuesto por plástico reforzado con fibra, y el conductor (44, 45, 76, 78) de la primera capa conductora (38, 68) y el conductor (60, 94, 96) de la segunda capa conductora (56, 88) están compuestos por una lámina metálica.

5. Método según la reivindicación 1, que comprende además la formación de una tercera capa conductora (106) sobre la segunda capa conductora (88) , dicha tercera capa conductora (106) comprende una pluralidad de devanados de disco (108) dispuestos en una dirección axial de la bobina de devanado de disco (66) , cada uno de los devanados de disco (108) comprende un conductor (110) devanado en una pluralidad de giros concéntricos.

6. Método según la reivindicación 5, que comprende además:

la formación de una primera capa (84) de conductos de refrigeración (52) sobre la primera capa conductora (68) , antes del paso de formación de la segunda capa conductora (88) ;

la formación de una segunda capa (102) de conductos de refrigeración (52) sobre la segunda capa conductora (88) , antes del paso de formación de la tercera capa conductora (106) ;

donde en cada una de las capas primera y segunda (84, 102) de conductos de refrigeración (52) , los conductos de refrigeración (52) se extienden en la dirección axial de la bobina de devanado de disco (66) y están dispuestos en serie alrededor de una circunferencia de la bobina de devanado de disco (66) .

7. Método según la reivindicación 5, donde la primera capa conductora (68) y la segunda capa conductora (88) comprenden cada una primeros y segundos grupos de devanados de disco (72, 74, 90, 92) que no están directamente conectados entre sí; y

donde el primer grupo de devanados de disco (72) de la primera capa conductora (68) está conectado al primer grupo 55 de devanados de disco (90) de la segunda capa conductora (88) , y el segundo grupo de devanados de disco (74) de la primera capa conductora (68) está conectado al segundo grupo de devanados de disco (92) de la segunda capa conductora (88) .

8. Método según la reivindicación 7, donde la tercera capa conductora (106) comprende un devanado de disco en un 60 primer extremo de la bobina de devanado de disco (66) que está conectado al primer grupo de devanados de disco (90) de la segunda capa conductora (88) y un devanado de disco en un segundo extremo de la bobina de devanado de disco (66) que está conectado al segundo grupo (92) de devanados de disco de la segunda capa conductora (88) .

9. Método según la reivindicación 1, que comprende además el encapsulado de la bobina de devanado de disco (30, 66) 65 en una resina epoxi (64) .

10. Transformador (10) que comprende:

una bobina de devanado de disco (30, 66) que incluye:

una primera capa conductora (38, 68) con una pluralidad de devanados de disco conectados en serie (42, 43, 72, 74) dispuestos en una dirección axial de la bobina de devanado de disco (30, 66) , cada uno de los devanados de disco (42, 43, 72, 74) comprende un conductor devanado en una pluralidad de giros concéntricos; y caracterizado por el hecho de que éste comprende:

una segunda capa conductora (56, 88) dispuesta sobre la primera capa conductora (38, 68) , la segunda capa conductora (56, 88) comprende una pluralidad de devanados de disco conectados en serie (58, 90, 92) y dispuestos en una dirección axial de la bobina de devanado de disco (30, 66) , cada uno de los devanados de disco (58, 90, 92) comprende un conductor (60, 94, 96) devanado en una pluralidad de giros concéntricos.

11. Transformador (10) según la reivindicación 10, que comprende además una capa (50, 84) de conductos de refrigeración (52) dispuesta entre la primera y la segunda capa conductora (38, 68, 56, 88) , los conductos de refrigeración (52) se extienden en la dirección axial de la bobina de devanado de disco (30, 66) y están dispuestos en serie alrededor de una circunferencia de la bobina de devanado de disco (30, 66) , una capa (34) de material aislante está dispuesta entre la primera capa conductora (38, 68) y la capa de conductos de refrigeración (52) .

12. Transformador (10) según la reivindicación 11, donde cada uno de los conductos de refrigeración (52) está compuesto por plástico reforzado con fibra, el conductor (44, 45, 76, 78) de la primera capa conductora (38, 68) y el conductor (60, 94, 96) de la segunda capa conductora (56, 88) están compuestos por una lámina metálica, y donde la bobina de devanado de disco (30, 66) está encapsulada en una resina epoxi (64) .

13. Transformador (10) según la reivindicación 10, que comprende además una tercera capa conductora (106) dispuesta sobre la segunda capa conductora (88) , dicha tercera capa conductora (106) comprende una pluralidad de devanados de disco (108) dispuestos en una dirección axial de la bobina de devanado de disco (66) , cada uno de los devanados de disco (108) comprende un conductor (110) devanado en una pluralidad de giros concéntricos.

14. Transformador (10) según la reivindicación 13, que comprende además:

una primera capa (84) de conductos de refrigeración (52) dispuesta entre la primera y la segunda capa 35 conductora (68, 88) ;

una segunda capa (102) de conductos de refrigeración (52) dispuesta entre la segunda y la tercera capa conductora (88, 106) ;

donde en cada una de las capas primera y segunda (84, 102) de conductos de refrigeración (52) , los conductos de refrigeración (52) se extienden en la dirección axial de la bobina de devanado de disco (66) y están dispuestos en serie alrededor de una circunferencia de la bobina de devanado de disco (66) .

15.Transformador (10) según la reivindicación 13, donde la primera capa conductora (68) y la segunda capa conductora 45 (88) comprenden cada una primeros y segundos grupos de devanados de disco (72, 74, 90, 92) que no están directamente conectados entre sí; y

donde el primer grupo de devanados de disco (72) de la primera capa conductora (68) está conectado al primer grupo de devanados de disco (90) de la segunda capa conductora (88) , y el segundo grupo de devanados de disco (74) de la 50 primera capa conductora (68) está conectado al segundo grupo de devanados de disco (92) de la segunda capa conductora (88) .

16. Transformador (10) según la reivindicación 15, donde la tercera capa conductora (106) comprende un devanado de disco en un primer extremo de la bobina de devanado de disco (66) que está conectado al primer grupo de devanados 55 de disco (90) de la segunda capa conductora (88) y un devanado de disco en un segundo extremo de la bobina de devanado de disco (66) que está conectado al segundo grupo de devanados de disco (92) de la segunda capa conductora (88) .