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Transformator mit künstlicher Kühlung
Künstliche Kühlung, also ein Kühlverfahren mit Zwangsumlauf des Kühlmittels wird bisher im allgemeinen nur bei grösseren Transformatoren verwendet, weil der Aufwand für die zusätzliche Apparatur sonst zu sehr ins Gewicht fällt. Es ergibt sich dabei aber die unangenehme Sachlage, dass die ordnungsgemässe Funktion eines relativ grossen Apparates an das einwandfreie Arbeiten der viel kleineren Zusatzapparatur gebunden ist.
Es wurde nun bereits eine Anordnung vorgeschlagen, die eine künstliche Kühlung eines Transformators ermöglicht, ohne dass deswegen eine Hilfsapparatur mit verhältnismässig dünndrahtiger Wicklung mit grosser Störanfälligkeit in Kauf genommen werden muss.
Nach diesem Vorschlag wird ein Drehstromtransformator mit räumlich zyklisch symmetrischer Anordnung der Schenkel und sternförmigem Joch ausgeführt, wobei das Jochstück eine Ausnehmung zwecks Aufnahme eines Kurzschlussläufers besitzt. Der Läufer wird dabei vom Joch her drehfeldartig durchflutet und kann einen Ventilator oder ein Schleuderrad antreiben. Die Funktion dieser Anordnung steht völlig ausser Zweifel, dagegen verteuert die notwendige räumliche Anordnung der Einzelschenkel, sowie der komplizierte Jochaufbau die Konstruktion so sehr, dass der wirtschaftliche Erfolg problematisch bleibt.
Die im nachstehenden beschriebene Anordnung ergibt im wesentlichen alle Vorteile der vorbekannten Lösung, erreicht aber den gleichen Effekt auf wesentlich billigere Weise, nämlich unter Beibehaltung der üblichen flachen Kernbauart des Drehstromtransformators, also der Anordnung der drei Schenkel in einer Ebene.
Es existiert nämlich bei jedem normal gebauten Drehstromtransformator in der Nähe der Schnittlinie zwischen der mittleren Ebene des mittleren Schenkels und der Mittelebene des oberen oder unteren Joches, beide Ebenen normal zur Schichtung von Schenkel und Joch, je eine Zone, die annähernd drehfeldartige magnetische Durchflutung bei erregtem Transformator aufweist. Es handelt sich dabei zwar um ein unsymmetrisches Drehfeld, das aber bekanntlich immer in zwei verschieden grosse, gegenläufige symmetrische Drehfelder zerlegt werden kann.
Wird also um eine Achse parallel zu der vorerwähnten Schnittlinie eine Bohrung quer durch das Joch mit geeignetem Durchmesser vorgesehen, so kann diese als Bohrung eines Motorständers betrachtet und benützt werden. Ein in dieser Bohrung angeordneter Kurzschlussläufer wird also mit einer Drehzahl entsprechend der Synchrondrehzahl von 3000 Umdrehungen pro Minute bei 50 Perioden umlaufen und kann zum Antrieb eines Ventilators oder zur Ölförderung benützt werden.
Schon die übliche Ausführung eines Kurzschlussrotors mit gegossenem Käfig ist derart robust, dass er als Störungsquelle praktisch nicht in Frage kommt. Man kann aber noch weiter gehen und den Läufer in diesem Fall, da an dem Motor hinsichtlich Anzugsmoment keine Forderungen gestellt werden, als massiven Wirbelstromläufer (verdickte Welle) ausführen, was den Herstellungskosten zugute kommt. Auch hinsichtlich Luftspalt zwischen Läufer und Bohrung kann die Auslegung grosszügiger, also mit mehr Sicherheit gegen Lagerverschleiss erfolgen, als dies sonst bei kleinen Asynchronmotoren zweckmässig ist. Die vom Motor zu liefernde mechanische Leistung ist sehr bescheiden und beträgt höchstens 1-2% der Transformator-Nennleistung.
Rechnet man den Anteil der Magnetisierungsströme bei einem normalen Motor dieser Grösse mit 50%, beim Transformator mit 1O (" so ergibt sich unter der Annahme des vorangeführten Leistungsverhältnisses für die Leerlaufströme das Verhältnis von zirka l : 10. Während also die Vergrösserung des Luftspaltes bei einem Einzelmotor beispielsweise eine Erhöhung des Leerlaufstroms auf 100% mit sich bringt und damit eine entsprechend reichlicher Dimensionierung der Wicklung erzwingt, ergibt zwar auch die Vergrösserung des Luftspaltes zwischen Jochbohrung und Läufer wohl einen höheren Bedarf an Magnetisierungsamperewindungen. Dieser Stromanteil fällt aber gegenüber dem Leerlaufstrom des Transformators kaum, gegen- über seinem Laststrom überhaupt nicht ins Gewicht.
Für die Lagerung des Rotors werden zweckmässigerweise Pendelkugellager verwendet ; die Lagerböcke können bei entsprechender konstruktiver Auslegung gleichzeitig zur Wicklungsstützung herangezogen werden. Bei luftgekühlten Transformatoren ist für die Kugellager die übliche Fettschmierung vorzusehen, bei 01-
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transformatoren dient die Ölfüllung gleichzeitig als Schmiermittel.
Der Mehraufwand für einen derartigen Transformator bleibt sowohl bezüglich Material-, als auch Fertigungskosten sehr bescheiden, gegenüber der Normalausführung. Andererseits gestattet die forcierte Luft-bzw. Ölströmung eine beachtliche Erhöhung der spezifischen Oberflächenbeanspruchung der aktiven Transformatorenteile (Kern und Wicklung) für die Verlustabfuhr, so dass man mit kleineren Gesamtabmessungen bei gleicher Leistung durchkommt, was sich im Endeffekt als Verbilligung des gesamten Transformators auswirkt.
Grundsätzlich ist auch bei Einphasenstreutransformatoren mit mittlerem Streuschenkel dieselbe Anordnung verwendbar. Bekanntlich sind Primär-, Sekundär-und Streufluss bei einem derartigen Transformator gegeneinander phasenverschoben, so dass in der Nähe der vorerwähnten Schnittzone ebenfalls ein unsymmetrisches Drehfeld auftritt, wobei allerdings Form und Grösse dieses Drehfeldes in hohem Masse von der Belastung des Transformators abhängen. Bei leerlaufendem Transformator wird der Rotor praktisch nur vom Primärfeld durchflutet und kann in diesem Wechselfeld kein Drehmoment entwickeln, also auch nicht anlaufen. Es muss vielmehr wenigstens kurzzeitig Sekundärstrom abgenommen werden, damit das phasenverschobene Streufeld auftritt und weiters damit das vorerwähnte unsymmetrische Drehfeld entsteht.
Auf diese Art einmal in Umlauf versetzt, dreht sich der Kurzschlussrotor bekanntlich auch unter dem Einfluss eines reinen Wechselfeldes, also auch bei leerlaufendem Transformator weiter.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Drehstromtransformator mit in einer Jochausnehmung untergebrachtem für Ventilatoroder Schleuderradantrieb bestimmtem Kurzschlussläufer, dadurch gekennzeichnet, dass dabei ein normal gebauter Drehstromtransformator mit Anordnung der drei Schenkel in einer Ebene Verwendung findet, wobei zur Aufnahme des Rotors in einer Bohrung geeigneter Grösse die drehfeldartig durchflutet Zone in der Nähe der Schnittlinie zwischen der Mittelebene des mittleren Schenkels und der Mittelebene des oberen oder unteren Joches ausgenützt wird.