Schaltdrossel für Kontaktumformer. Bekanntlich lassen sich mit Schaltdros seln, das sind Drosseln mit einem hochwer tigen Eisenkern, der sich bereits bei kleinen Strömen sättigt, mechanische Stromrichter grosser Leistung bauen. Die Wicklung die ser Drosseln, die den vollen Nennstrom zu führen hat, ist deshalb von besonderer Be deutung, weil sie die Grösse und damit den Preis des hochwertigen ferromagnetischen Materials bestimmt. Ausserdem hat es sich ergeben, dass diese Wicklung eine möglichst kleine Luftinduktivität besitzen muss.
Man hat die Wicklung von Schaltdrosseln bislang wie andere Wicklungen elektrischer Apparate aus isolierten Leitern aufgebaut, insbesondere hat man bei grossen Leistungen einzelne, auf den Umfang des Magnetkernes verteilte Wicklungsscheiben parallel geschal tet.
Erfindungsgemäss wird eine Verbesserung dadurch erzielt, dass die Wicklung aus der geometrischen Form des Magnetkernes ange- passten Formstücken aufgebaut ist. Diese Formstücke bestehen vorteilhaft aus massi vem, gegossenen oder geschmiedeten Leiter material, für das in erster Linie Kupfer oder Aluminium in Betracht kommt. Die Form stücke können insbesondere U-förmig ausge führt sein mit verschränkten Seiten, die durch aufschraubbare Deckel mit den Nach barwindungen verbunden werden.
In der Zeichnung ist eine Windung der Wicklung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt. 1 ist der Boden, 2 und 3 die Sei tenwände eines U-förmigen, gegossenen Kupferstückes, dessen Seitenwände 2 und 3 nach vorn, bezw. nach hinten aus der Zei chenebene herausgeschränkt sind. Nach Ein legen des Bandkernes in dieses U-Profil wer den die Deckel 4 und 5 mit Hilfe der Schrauben 6 und 7 aufgeschraubt. Die Schrauben 8 und 9 verbinden die Windung mit den beiden benachbarten. Statt aus Kupfer kann die Wicklung auch aus Alumi- nium oder einem andern Material gefertigt werden.
Insbesondere ist es bei gegossenen Formstücken möglich, Kühlrippen mit anzu giessen:, die gleichzeitig zur Stromleitung dienen und auf diese Weise, insbesondere beim Anblasen der Drosseln durch ein Kühl gebläse oder beim Einbau in eine Kühl flüssigkeit, eine ausgezeichnete Kühlung der Wicklung und des Eisenkernes bieten. Ent sprechend der geometrischen Form der Band kerne können die innern Teile der Wicklung mit geringerem Querschnitt ausgeführt sein als die äussern. Insbesondere kann an der Innenseite eine Stromdichte gewählt werden, die zum Beispiel 5 A/mmz (bei Kupfer) über schreitet. Durch reichlichere Bemessung der Wicklungsteile an der Aussenseite lassen sich die Gesamtverluste trotzdem in erträglichen Grenzen halten.
Um den Raumbedarf für die Isolation des 14labnetkernes gegen die Wick lung klein zu halten, kann man den Magnet kern mit einem geschlossenen, elektrisch iso lierenden, jedoch die Wärme möglichst gut leitendem Mantel umgeben. Dieser Mantel kann zum Beispiel aus zwei ineinander ver schachtelten, kreisförmigen U-Profilen aus hitzebeständigem Isolierstoff, z. B. Glimmer oder keramisches Material, bestehen. Man kann auch den Kern gegen die Wicklung durch einen Luftspalt isolieren. In diesem Fall lagert man den. Kern zweckmässiger- @veise auf Stützen, die zur Vergrösserung des Kriechweges isoliert durch die Wicklungs teile nach aussen geführt sind.
Im allgemei nen wird man mehrere Windungen auf dem Kern nebeneinander anordnen und sie elek trisch in Reihe schalten.
Die soeben beschriebene Ausführungs form der Schaltdrosselwicklung weist fol gende Vorteile auf 1. Infolge des grösseren Leiterfüllfaktors kann der Durchmesser der üblichen Band kerne für das Magnetmaterial kleiner ge wählt werden. Dies bringt eine Einsparung des wertvollen Magnetmaterials mit sich.
2. Mit der Verringerung des Durch messers der Bandkerne verringert sich gleich zeitig der Magnetisierungsstrom der Dros- seln. Dieser Strom muss von den Kontakten ein- und ausgeschaltet werden. Insbesondere bei grossen Leistungen bedeutet eine Verrin gerung dieses Stromes eine fühlbare Ent lastung der Kontakte und bietet daher Mög lichkeiten, die Konstruktion der Umformer einfacher zu gestalten.
3,. Es ist üblich, mechanische Strom richter in Störungsfällen durch Kurzsehlie.- ssen vor Beschädigung zu schützen. Die Wicklung der Schaltdrosseln ist daher häu figer Kurzschlussbeanspruchungen ausge setzt. Die Ausführung als massive Wicklung gewährleistet eine grosse Kurzschlussfestig- keit.
4. Führt man die Wicklung aus Voll kupfer oder dergleichen mit aufschraubbaren Deckeln aus, so lässt sich die Wicklung jeder zeit auf bequeme Weise von dem Bandbern entfernen. Dies hat Vorteile bei Beschädigun gen der Drosseln oder bei Xnderungen des Magnetkernes, z. B. mit Rücksicht auf ge änderte Betriebsbedingungen.
5. Zur Verringerung des Materialauf wandes und des Magnetisierungsstromes ist es erwünscht., die Schaltdrosseln so klein wie möglich auszuführen. Dies hat hohe Bean spruchungen und damit hohe Temperatur der Wicklung zur Folge. Die beschriebene Wick lung kann so ausgelegt werden, dass sie für hohe Temperaturen, z. B. grösser als 100", dauerfest ist.
f. Die Wicklung aus Vollkupfer oder dergleichen bedingt erhöhte Wirbelstrom- verluste, anderseits jedoch aus dem gleichen Grunde eine Verringerung der Luftindukti- vität, welche insbesondere in gewissen Schal tungen der Umformer von entscheidender Be deutung ist.
7. Die beschriebene Wicklung ermöglicht eine einfache Haltekonstruktion für die Drosseln. Ein besonderer Schutzkäfig für die mechanisch empfindlichen Bandkerne fällt fort.
B. Da die Schaltdrosselkerne mit Rück sieht auf den Magnetisierungsstrom vorzugs weise aus Bandkernen hergestellt werden, be deutet das Aufbringen der Wicklung aus einzelnen isolierten Leitern eine erhebliche Wickelarbeit. Diese fällt beider beschriebenen Wicklung grösstenteils fort.
Mit Vorteil wendet man die beschriebene c Wicklung auch bei den sogenannten Ein schaltdrosseln an, bei denen man mit Rück sicht auf geringen Magnetisierungs.strom den. innern Wicklungsraum möglichst ganz mit der Wicklung ausfüllt und bei denen dann eine Windungszahl kleiner als 5 bei grossen Umformern zweckmässigerweise gewählt wird.
Man kann auch einzelne Teile der Wick lung mit Kanälen für eine Kühlflüssigkeit versehen. Die bei Schaltdrosseln notwendigen Vorerregerwicklungen ordnet man bei der vorstehend beschriebenen Wicklung zweck mässigerweise ausserhalb der Hauptwicklung, z. B. in der Achse an. Um bei einem even tuellen Auseinanderbau der Drosseln auch die Vorerregerwicklung leicht entfernen zu kön nen, führt man letztere mit wenig, insbeson dere mit einer Windung bei entsprechend vergrössertem Strom aus. Die einzelnen: Wicklungselemente können daher ausgebil det sein, dass sie gleichzeitig als mecha nische Befestigung dienen.
Insbesondere wird man die einzelnen Drosseln eines Umformers unter Zwischenschaltung von Isolierstücken gegeneinander verschrauben können, so dass man ohne zusätzliche Haltekonstruktionen einen in sich konstruktiv festen Drosselsatz erhält. Die Abstände der Drosseln und Wick lungen voneinander können so gewählt wer den, dass z. B. mit einem Lüfter auf dem Innern der Drosseln durch die Schlitze und Kühlrippen. Luft nach aussen geblasen wer den kann.
Der Nachteil der Vollkupferwicklung liegt vor allem darin, dass die Erhöhung ihres Widerstandes durch Wirbelströme beein trächtigt ist. Diese Erhöhung spielt an sich darum keine entscheidende Rolle, weil die Verluste der Schaltdrosseln an sich gering sind. Will man jedoch die Verluste beson ders klein halten, so kann man die Form stücke vorteilhaft derart aus einzelnen, von einander isolierten Teilen aufbauen, dass die Stromdichte in: jedem dieser Teile angenähert gleich ist. Dazu ist es notwendig, dass jeden Teilleiter sich etwa auf der gleichen Länge an der innern und an der äussern Seite de: Formstückes befindet.
Man erhält auf diese Weise ähnliche Leitergebilde, wie sie bereite für elektrische Maschinen vorgeschlagen. sind (Röbelstab). Zur Verringerung des Wider standes ist es ebenfalls möglich, die Deckel mit den U-Stücken zu verschweissen oder hart zu verlöten.
Unter Umständen ist es auch möglich, die Formstücke aus elastischen Kupferbändern aufzubauen, die auf einen Rahmen aufgelegt werden. Auch in diesem Falle ergibt sich der Vorteil, dass die Formstücke bereits vor dem Zusammenbau der geometrischen Form des Magnetkernes derart angepasst sind, dass der Wickelraum bestens ausgenutzt ist.
Um den Eisenkern von der Wicklung zu isolieren, kann man ihn mit einem hitze beständigem Band, z. B. Glasband, um wickeln und mit hitzebeständigem Lack tränken.
Switching choke for contact converter. It is well known that switching throttles, which are chokes with a high-quality iron core that saturates even with small currents, build mechanical converters of high performance. The winding of these chokes, which have to carry the full rated current, is of particular importance because it determines the size and thus the price of the high-quality ferromagnetic material. It has also been found that this winding must have the lowest possible air inductance.
The winding of switching reactors has so far been constructed from insulated conductors like other windings of electrical apparatus, in particular individual winding disks distributed over the circumference of the magnetic core have been switched parallel for large powers.
According to the invention, an improvement is achieved in that the winding is constructed from shaped pieces that are adapted to the geometric shape of the magnetic core. These fittings are advantageously made of solid, cast or forged conductor material, for which copper or aluminum is primarily considered. The shaped pieces can be in particular U-shaped leads out with crossed sides, which are connected by screw-on lid with the after barwindungen.
In the drawing, one turn of the winding according to the invention is shown for example. 1 is the bottom, 2 and 3, the ten walls Be a U-shaped, cast copper piece, the side walls 2 and 3 to the front, respectively. are pushed out of the drawing level to the rear. After a put the tape core in this U-profile who the covers 4 and 5 with the help of screws 6 and 7 are screwed on. The screws 8 and 9 connect the turn with the two adjacent ones. Instead of copper, the winding can also be made of aluminum or another material.
In particular, with cast fittings it is possible to cast cooling fins, which also serve to conduct electricity and in this way offer excellent cooling of the winding and the iron core, especially when the chokes are blown by a cooling fan or when installed in a cooling liquid . Corresponding to the geometric shape of the band cores, the inner parts of the winding can be designed with a smaller cross-section than the outer. In particular, a current density can be selected on the inside that exceeds, for example, 5 A / mmz (for copper). With more extensive dimensioning of the winding parts on the outside, the total losses can still be kept within tolerable limits.
In order to keep the space required for the insulation of the 14labnetkernes from the winding small, the magnet core can be surrounded by a closed, electrically insulating jacket that conducts heat as well as possible. This coat can, for example, made of two nested, circular U-profiles made of heat-resistant insulating material, for. B. mica or ceramic material exist. You can also isolate the core from the winding with an air gap. In this case it is stored. Core expediently on supports that are isolated through the winding parts to increase the creepage distance to the outside.
In general, several windings will be arranged next to one another on the core and connected electrically in series.
The embodiment of the switching inductor winding just described has the following advantages 1. Due to the larger conductor filling factor, the diameter of the usual tape cores for the magnetic material can be selected smaller. This saves valuable magnetic material.
2. With the reduction in the diameter of the tape cores, the magnetizing current of the chokes also decreases. This current must be switched on and off by the contacts. Particularly with high powers, a reduction in this current means a noticeable relief of the contacts and therefore offers possibilities to make the construction of the converter simpler.
3 ,. It is common practice to protect mechanical converters from damage in the event of a fault by means of short-sighted connections. The winding of the switching chokes is therefore exposed to frequent short-circuit loads. The solid winding design ensures high short-circuit strength.
4. If the winding is made of solid copper or the like with screw-on covers, the winding can be conveniently removed from the ribbon at any time. This has advantages when damaging the throttles or when changing the magnetic core, eg. B. with regard to changed operating conditions.
5. To reduce the cost of material and the magnetizing current, it is desirable. To make the switching reactors as small as possible. This results in high stresses and thus a high temperature of the winding. The winding described development can be designed so that it is suitable for high temperatures, eg. B. greater than 100 ", is durable.
f. The winding made of solid copper or the like causes increased eddy current losses, but on the other hand, for the same reason, a reduction in the air inductivity, which is particularly important in certain converter circuits.
7. The winding described enables a simple support structure for the chokes. A special protective cage for the mechanically sensitive tape cores is omitted.
B. Since the switching inductor cores with back looks on the magnetizing current preference, be made from tape cores, the application of the winding of individual insulated conductors indicates a significant winding work. This is largely omitted in the winding described.
The described c winding can also be used with advantage in the so-called switch-on chokes, in which the. fills the inner winding space as completely as possible with the winding and in which a number of turns smaller than 5 is expediently selected for large converters.
You can also provide individual parts of the winding with channels for a cooling liquid. The pre-exciter windings necessary for switching chokes are arranged in the winding described above appropriately outside the main winding, e.g. B. in the axis. In order to be able to easily remove the pre-excitation winding in the event that the chokes are disassembled, the latter is carried out with little, in particular with one turn, with a correspondingly increased current. The individual winding elements can therefore be designed so that they also serve as mechanical fastening.
In particular, the individual chokes of a converter can be screwed against one another with the interposition of insulating pieces, so that a structurally fixed choke set is obtained without additional holding structures. The distances between the chokes and windings from each other can be chosen so that z. B. with a fan on the inside of the chokes through the slots and cooling fins. Air can be blown to the outside.
The main disadvantage of the full copper winding is that the increase in its resistance is impaired by eddy currents. This increase does not play a decisive role because the losses of the switching reactors are inherently low. However, if you want to keep the losses particularly small, you can build the shaped pieces advantageously from individual, isolated parts that the current density in: each of these parts is approximately the same. For this it is necessary that each sub-conductor is approximately the same length on the inside and on the outside of the fitting.
In this way, one obtains conductor structures similar to those proposed for electrical machines. are (Röbelstab). To reduce the resistance, it is also possible to weld the cover to the U-pieces or to solder them.
Under certain circumstances, it is also possible to build the fittings from elastic copper strips that are placed on a frame. In this case, too, there is the advantage that the shaped pieces are already adapted to the geometric shape of the magnetic core before assembly in such a way that the winding space is optimally used.
To isolate the iron core from the winding, it can be covered with a heat-resistant tape, e.g. B. glass ribbon to wrap and soak with heat-resistant paint.