在有源部件和罐之间具有机械解耦装置的电气设备

技术领域

本发明涉及一种用于连接到高电压的电气设备，该电气设备具有有源部件，该有源部件具有可磁化的芯和至少两个绕组装置，所述至少两个绕组装置分别包围该芯的芯部段并且具有相互感应地耦合的绕组，该电气设备还具有能够填充有绝缘液体的罐，有源部件完全布置在该罐中，其中，该罐具有两个端盖和布置在这两个端盖之间的中间部分。

背景技术

这种电气设备已经从WO 2008/184775 A1中已知。在那里示出了铁路变压器，其具有有源部件和罐，有源部件完全布置在罐中。有源部件包括具有两个芯柱的芯，芯柱分别被两个彼此同心地布置的绕组包围。壳体具有以形状互补的方式围绕绕组的外轮廓的中间部分。换句话说，中间部分形成两个中空柱体，其内部容积部分地重叠。通过部分形状互补的设计，可以减少罐的内部容积并且因此减少油容积。

WO 2016/038222A1公开了一种铁路变压器，其具有有源部件和罐，其中，有源部件的芯完全布置在壳体外部。在此，铁路变压器通过芯紧固在轨道车辆上，从而不会将大的力引入到壳体中。因此，壳体可以由诸如塑料之类的轻质材质制成。

铁路变压器设计用于安装在铁路车辆、例如机车或驱动车上。铁路变压器用于根据不同的输入电压为机车或驱动车的驱动提供所需的牵引电压。已知的铁路变压器具有位于地电势的金属罐，该金属罐填充有绝缘液体、例如酯类液体。变压器的所谓的有源部件布置在罐中，该有源部件具有由可磁化的片组成的芯和至少两个同心地包围芯的部段的绕组。为了将变压器连接到高电压，罐配备有套管。

先前已知的电气设备具有缺点，即有源部件通过整个罐与紧固器件连接。因此，整个罐必须由机械稳定的材料、例如钢制成。然而，这增加了电气设备的自重。然而，尤其在铁路应用中，紧凑、轻便的结构是期望的。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种开篇所提及的类型的电气设备，在该电气设备中，有源部件的重力不会通过整个罐引入到紧固器件中。

本发明通过以下方式解决该技术问题：有源部件仅在端盖处与罐机械连接，并且端盖支撑在紧固器件上，其中，中间部分由轻质材料制成。

在本发明的意义上，轻质材料是自重比钢低两倍的任何材料。钢具有7.85-7.87g/cm

在本发明的范畴中，有源部件通过罐的端盖与紧固器件连接。因此，在本发明的范畴中，有源部件的高重力仅通过端盖引入到紧固器件中。中间部分的机械应力在本发明的范畴中被避免。这使得能够使用由轻质材料制成的中间部分并且因此减少了根据本发明的电气设备的自重。

在此，可磁化的材料被理解为诸如铁之类的铁磁材料。

在本发明的范畴中，绕组装置的绕组优选地彼此同心地布置。绕组装置的外绕组例如设计为针对比更靠内布置的次级绕组更高的电压的初级绕组，反之亦然。除了初级和次级绕组之外，每个绕组装置还可以具有其他绕组、例如辅助运行绕组、阶梯绕组或类似绕组。

有利地，承载框架具有两个纵向支架，两个横向支架在这两个纵向支架之间延伸，其中，每个端盖支撑在横向支架之一上。在本发明的扩展方案中，紧固器件被设计为承载框架，该承载框架在其结构方面简单并且因此可以成本有利地制造。纵向支架和横向支架必须具有必要的机械强度，以便将根据本发明的电气设备可靠地例如保持在轨道车辆上。因此，承载框架例如由作为纵向支架和横向支架的钢型材支架组成。

在本发明的一种优选的变型中，芯具有两个彼此平行地延伸的芯柱，所述芯柱分别被绕组装置包围，其中，芯柱通过下磁轭和上磁轭彼此连接。以这种方式形成闭合的磁路。

因此，在本发明的该变型中，两个绕组装置例如总共设置有四个绕组，其中，每两个绕组彼此同心地布置并且包围芯的共同柱作为芯部段。在此例如是内部的低压绕组和包围该低压绕组的高压绕组。芯还具有另一个柱，其同样被低压或高压绕组包围。两个低压和高压绕组在此例如串联连接。分别延伸通过两个绕组装置之一的芯柱因此彼此平行地定向。罐的中间部分的内壁在整个圆周上依照相应的绕组装置的外绕组的外轮廓设计。

应当理解，在本发明的范畴中，也可以设置三个或更多个柱，其中，每个柱配备有由两个或更多个绕组组成的绕组装置。

有利地，下磁轭和上磁轭分别通过间隔保持件与下端盖和上端盖连接，其中，间隔保持件布置在相应的端盖的内部中。芯优选地由相互面状地贴靠的铁片组成，所述铁片彼此夹紧。为了夹紧铁片，设置压力框架，该压力框架布置在上、下磁轭处。每个压力框架具有两个压力支架，其布置在磁轭的两侧上。配备有绕组的夹紧螺栓用于夹紧该压力支架。

下磁轭和上磁轭以其夹紧框架优选地支撑在间隔保持件上和/或机械紧固到间隔保持件上，使得在铁路变压器的水平布置时磁轭保持在相应端盖的内部体积的中间位置中。

根据在这方面的扩展方案，布置在相应端盖的内部中的每个间隔保持件与布置在相应端盖外部的紧固板连接。这种结构已被证明是机械稳定的，同时简单且成本有利。

在此合适的是，每个紧固板与紧固器件、即例如与承载框架的横向支架连接。

有利地，端盖也适配于布置在其内部容积中的有源部件部段。根据本发明的扩展方案，罐还在其中间部分之外、至少在其内部设计方面不仅紧靠到外绕组的外轮廓。更确切地说，罐还被设计为与有源部件的其他部段形状互补，这些部段同样确定了有源部件的外轮廓。

上磁轭和下磁轭与相应的压力框架一起定义了有源部件的外轮廓，该外轮廓不由绕组定义。虽然绕组定义了通常柱形的外轮廓，但是有源部件的其余外轮廓与此有很大偏差。因此，罐与这种略微复杂的外轮廓的形状互补的适配被限制为，形成盒形的包络。这意味着，罐在其设计方面并没有仿照每个螺钉或每个螺栓构造，而是仿照具有盒形和部分倒圆形的轮廓的整个部段构造。该盒形轮廓因此界定了允许以耐电压的方式容纳所述有源部件部段的内部空间，但同时将罐的内部容积限制到最小。

有利地，端盖由金属或金属合金制成。特别优选的是，端盖由钢制成。钢具有高的机械强度。

合适地，端盖分别盒形地设计。盒形设计可以成批地实现。在本发明的该变型中，省去了对相应的个性化制造的有源部件的适配。以这种方式可以节省进一步的成本。

有利地，至少一个端盖具有观察窗和/或手开口。根据本发明的该扩展方案，可以容易地制造和维修电气设备。

电气设备优选地是铁路变压器。

在本发明的一种优选的变型中，芯具有两个芯柱，其通过上磁轭和下磁轭彼此连接，其中，每个芯柱延伸通过中空体并且被绕组装置包围。

有利地，中间部分具有两个平坦地设计的法兰部段，每个中空体在这两个法兰部段之间延伸，其中，每个法兰部段与端盖之一的法兰部段机械可拆解地连接，并且在面向彼此的法兰部段之间布置有密封器件。中间部分和端盖必须以流体密封的方式彼此连接，以便可靠地防止绝缘液体从罐中不期望地逸出。法兰连接特别适用于此。因此有利的是，中间部分在其两个端面上形成从外轮廓沿径向方向成直角向外延伸的法兰部段。在该扩展方案的范畴中，端盖形成了相应的法兰部段，该法兰部段正好与中间部分的两个法兰部段之一相对置。因此，法兰部段可以相互对接并且相互挤压，其中，密封器件、例如在圆周上封闭地环绕的O型环确保绝缘液体不能逸出。挤压例如可以借助螺纹连接实现，其中，其螺钉突伸穿过通孔到法兰部段中并且嵌接到锁紧螺母中。

根据在这方面的扩展方案，至少一个端盖针对紧固器件的横向支架形成用于限制在轴向方向上的运动的支座，端盖放置在该横向支架上。在此，紧固器件合适地设计为承载框架。紧固器件优选地包括两个横向支架。横向支架之间的距离适配于罐在纵向方向上的尺寸。在此，至少一个端盖形成、优选地两个端盖分别形成支座，该支座与相应的横向支架的窄侧配合精确地相对置。因此，除了紧固到横向支架上外，支座也限制罐在轴向方向上的运动。

附图说明

本发明的其他合适的设计方案和优点是以下参照附图对本发明的实施例的描述的主题，其中，相同的附图标记指代作用相同的部件，并且其中

图1示出了根据本发明的电气设备的实施例，

图2示出了根据图1的没有罐的电气设备，

图3示出了根据图1的电气设备的后端盖的内部视图，

图4示出了根据图1的电气设备的前端盖的内部视图，并且

图5以立体视图从下方相应地示出了根据图1的电气设备。

具体实施方式

图1以立体视图示出了电气设备的实施例，其中，电气设备设计为铁路变压器1。铁路变压器1具有罐2，该罐也可被称为壳体，该罐包括中间部分3、后端盖4和前端盖5。中间部分3具有界定圆柱形的内空腔的两个管部段6和7。在此，管部段6和7在轴向方向或纵向方向上延伸。管部段6、7的两个端面分别形成法兰部段8、9。在此，每个法兰部段8或9都平坦地设计，并且以其分别面朝端盖的外表面位于在径向方向上延伸的平面内。

为了与中间部分连接，每个端盖4、5还具有对应于法兰部段8或9地设计的法兰部段10和11。以这种方式，法兰部段8和10或9和11正好彼此相对置，其中，在法兰部段10和11中形成通孔，法兰部段9和11或8和10可以通过该通孔彼此拧紧。端盖4、5盒形地设计并且具有背对相应的法兰部段的端壁12，其中，侧壁13在端壁12和法兰部段10或11之间延伸。后端盖4在角部处倒角，以便具有尽可能小的内部容积。前端盖具有带倒角的端壁12。这也有助于使端盖适配于有源部件在该区域中的设计并且因此减少罐2或相应的端盖5的内部容积。

每个端盖4和5具有在图1中示出为打开的手孔14，该手孔可以利用未示出的闭锁板闭锁。密封器件确保闭锁板和侧壁13之间必要的流体密封的连接，手孔14形成在该侧壁中。

布置在水平位置中的铁路变压器还具有紧固器件33，其在图1中设计为承载框架33。在其结构方面简单设计的承载框架33具有两个彼此平行地延伸的纵向支架34，两个横向支架35在这两个纵向支架之间延伸，该横向支架也彼此平行地布置。

罐2以其端盖4和5搁置在横向支架35上，其中，每个端盖4、5以平坦的下侧放置在横向支架上。每个横向支架35设计为中空型材支架并且具有两个向上和向下指向的平坦的宽侧和两个向前和向后指向的窄侧。平坦的下侧放置在横向支架35的平坦的上部宽侧上，从而相应的端盖4、5和相应的横向支架35彼此面状地贴靠。斜面从端盖的下侧延伸到法兰部段10或11。该斜面与相应的横向支架35的窄侧相对置并且因此形成支座。罐2在承载框架上的轴向运动因此受到限制。

可以看到，除了横向支架之外，纵向支架34也由中空型材组成。紧固螺栓36也在直角方向上从纵向支架34突出，该紧固螺栓用于将承载框架紧固到未示出的轨道车辆上。

图2示出了根据图1的没有罐2的铁路变压器1，以便看到布置在罐中的有源部件18。布置在罐2中的有源部件18具有两个绕组装置19和20，其分别具有彼此同心地布置的绕组。因此，每个绕组装置19和20具有外部的初级绕组和与初级绕组同心地布置的内部的次级绕组。此外，在初级绕组的内部中设置有同心地布置的辅助传动绕组。芯25的芯柱24延伸通过每个绕组装置，其中，两个平行的芯柱24通过下磁轭26和上磁轭27彼此连接，从而形成在圆周上闭合的磁路。芯25由彼此面状贴靠的铁片组成，其通过夹紧框架在下磁轭26和上磁轭27处彼此挤压。然而，夹紧或彼此挤压相互面状贴靠的铁片对于本领域技术人员是已知的，因此在此在这点上不需要更详细地讨论。

由压力框架和磁轭组成的结构放置在间隔保持件40上，该间隔保持件又紧固到承载框架33的横向支架35上。在此，间隔保持件40布置在端盖4或5内，这将在后面更详细地解释。

利用这种结构，有源部件18的重力仅通过芯25和间隔保持件40引入到承载框架33中。避免了将力引入到罐2的中间部分中。

图3以立体图从内部示出了端盖4。可以看到，端盖具有用于插入套管和其他连接件的通孔45。此外，又可以看到手开口14。端盖4还形成平坦的下侧42，在该下侧中，端盖面状地放置在横向支架35的上部的宽侧上。斜侧43以倾斜于下侧43延伸的壁的型式从下侧42向外延伸。斜侧相对于横向支架35形成支座并且因此防止罐2在承载框架33上的不期望的轴向移动。

间隔保持件40布置在端盖4的内部中。还可以看到，端盖4的法兰部段10具有通孔。

图4以立体图示出了端盖5，在此尤其可以看到，布置在端盖5内部的间隔保持件40与加强件17固定连接，其中，加强件17又与横向支架35固定连接。以这种方式，间隔保持件40现在可以通过合适的连接、例如螺纹连接或其他机械连接与夹紧框架或有源部件的上或下磁轭连接，从而提供横向支架和铁路变压器的有源部件之间的固定连接。有源部件的自重力因此通过芯25、必要时通过夹紧框架引入到间隔保持件40中并且通过紧固件14引入到保持框架33的横向支架35中。

图5以立体图从下方示出了铁路变压器1。可以看到，保持框架的横向支架35彼此相距一定距离，该距离允许罐2能够以这样的方式放置在承载框架33上，使得法兰部段8和10或9和11布置在横向支架35之间。在此，倾斜部段43贴靠在相应的横向支架35的窄侧处，从而该倾斜部段43形成支座，以便防止罐2的轴向运动。此外可以看到，横向支架35具有一组四个通孔44，以便将加强件17与横向支架35固定连接。例如通过合适的螺纹连接实现连接，从而提供在铁路变压器1的罐2和承载框架33之间的位置固定的机械连接。