Niederspannungswicklungen für Gleichrichtertransformatoren
Niedrige Spannung, sehr hoher Strom – mit deutlich erhöhtem Oberwellengehalt. Das papierlose, transponierte Kabel von Cordex begrenzt Verluste und Überhitzung unter nicht-sinusförmigen Lastbedingungen, wie sie beim Betrieb von Gleichrichtern auftreten.
LV-RT
Entwurfsbegründung
Wie die Niederspannungswicklungen von Ofentransformatoren sind auch die Niederspannungswicklungen von Gleichrichtern durch Spannungen unter 1,5 kV und Ströme im Bereich von einigen zehn Kiloampere gekennzeichnet. Die beiden Anwendungen stellen jedoch eine grundlegend andere elektromagnetische Herausforderung dar: Bei Gleichrichtertransformatoren ist der Oberwellengehalt des Stroms deutlich höher. Der nicht-sinusförmige Strom, der von Gleichrichterbrücken aufgenommen wird, injiziert dominante Oberwellenkomponenten – die 5., 7., 11., 13. und höhere – in die Wicklungsleiter, wodurch die Verluste durch Skin-Effekt und Proximity-Effekt mit dem Quadrat der Oberwellenordnung zunehmen.
Um die Verluste und die Überhitzung unter diesen Bedingungen zu begrenzen, hat man sich für die Verwendung von papierlosen transponierten Kabeln (Cordex) entschieden. Cordex macht die Papierisolierung zwischen den Litzen überflüssig und reduziert so den radialen Gesamtaufbau jeder Spule, während die kontinuierliche Transposition der einzelnen Litzen die Flussverkettung über alle Unterleiter ausgleicht und so sowohl zirkulierende Ströme als auch Skin-Effekt-Verluste bei harmonischen Frequenzen unterdrückt.
Die Spulen sind schraubenförmig übereinander gewickelt und durch Ölkanäle getrennt, die durch Abstandshalter geschaffen werden. Sie bilden mehrere axial angeordnete und parallel geschaltete Spulen. Diese Konstruktion kombiniert die Kompaktheit der spiralförmigen Geometrie mit der für den Gleichrichterbetrieb erforderlichen Strombelastbarkeit und ermöglicht einen direkten Zugang des Öls zur Leiteroberfläche jeder Spule für ein effektives Wärmemanagement mit Oberwellenverlusten.
Wichtige technische Merkmale
Unterdrückung von Oberwellenverlusten
Die kontinuierliche Transposition von Cordex gleicht die Litzenflussverknüpfung aus, hebt zirkulierende Ströme auf und unterdrückt Skin-Effekt-Verluste bei den Oberschwingungsfrequenzen des Gleichrichters – dem dominierenden zusätzlichen Verlustmechanismus in dieser Anwendung.
Parallele Spulenarchitektur
Cordex Papierlos CTC
Durch den Wegfall der Papierisolierung zwischen den Litzen wird der radiale Aufbau der Wicklung reduziert und der Wärmewiderstand zwischen den Leiterlitzen und dem Kühlöl gesenkt, wodurch ein direkter thermischer Pfad für die von den Oberwellen erzeugte Wärme entsteht.
Ölkanalkühlung
Die Abstandshalter zwischen den axialen Spulen bilden definierte Ölkanäle, die eine direkte Kühlung der Leiteroberfläche jeder Spule ermöglichen – eine wesentliche Voraussetzung für die Bewältigung der erhöhten thermischen Belastung, die durch Oberwellenverluste im Dauerbetrieb des Gleichrichters entsteht.
Technische Anmerkung
Thermische Bewertung der Oberschwingungen – Alle Gleichrichter-Niederspannungswicklungen werden unter dem tatsächlichen Oberschwingungsspektrum des Gleichrichterkreises thermisch bewertet, wobei der K-Faktor oder die FHL-Methodegemäß IEC 60076-1 / IEEE C57.110 angewendet wird. Die Auslegung bestätigt, dass der Temperaturanstieg unter der kombinierten Grund- und Oberschwingungslast innerhalb der thermischen Nennklasse des Isolationssystems bleibt. Es sind phasenverschobene Wicklungsvarianten für 12-Puls- und 24-Puls-Gleichrichterkonfigurationen erhältlich, die die Einspeisung von Oberschwingungen in das Versorgungsnetz reduzieren, während die volle Strombelastbarkeit über den parallelen Spulenstapel erhalten bleibt.
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