Transformator oder Drosselspule mit im oberen Teil stark abgeflachter Str om-Spannungs-Kennlinie. <B>'</B> In bestimmten Fällen ist verlangt, dass die Strom-Spannuugis-Kennlinie von Trans- formatoren oder Drosselspulen anfänglich steil ansteigt und nach einem scharfen Knick nur noch wenig oder überhaupt nicht mehr zunehmen :soll.
Der Verlauf der Kennlinie soll auch den jeweiligen Betriebsbedinigungen in einfacher Weise .angepasst werden können.. Derartige Bedingungen liegen beispielsweise bei mechanischen Stromrichtern vor, deren periadisch betätigte Kontakte durch beson dere Mittel von Schaltfeuer entlastet sind.
Solche Mittel sind Seha,ltdrosseln, das heisst in der Nähe des Stromnulldurchganges ent- sättibte Drosselspulen, s:augdrosselühnliche Transformatoren (vergl. Patent Nr. 225052), gesteuerte Entladungsstrecken auf der Wech- selstromseite ,des, Haupttransformators (vergl. Patent Nr.<B>2117222)</B> usw.
In allen diesen F'äl'len kommt es darauf an, dass; der vom den periodis!oh betätigten Kontakten zu schalten & Reststrom so klein wie möglich (kleiner als 1 Amp.) ist.
Infolgedessen muss man für Schaltdrosseln und saugdrossel- ähnliche Transformatoren, aber auch für die Haupttrans,fommatoren-insbesondere bei An- Ordnung -der Schaltfeuer entlastenden Mittel (gesteuerte Entladungsstrecken, SchaltdTos- sel'n) auf der WechselAroms:eite des Haupt- transTormMors - hochwertiges, ma"-;
netis@ches Material vorsehen.
Um Kennlinien von der verlangten Form zu erhalten, stellt man in bekannter Weise den Transfoirmfato@rkern nicht aus üblichem Trans.- formatorblech,sondern aueschliesslich aus einem besonderen Werkstoff mit hoher An- fangspermeabilität her.
Solche Werkstoffe sind in evs:ter Linie bestimmte Nickel-Eisen- legierungen, deren Magnetisierungsikennlinie an sich schon die gewünschte Form besitzt, d'ae heisst sie steigt zuerst sehr Aeil,
fast senkrecht an und verläuft nach einem scharfen Knick nahezu waagrecht weiter. Je nach der Zusammensetzung der gewählten Legierung tritt -der Zustand der Sättigung. der früher oder später, b@ei- spielsweise bei 8500 oder bei 16 000 G ein. Es gibt auch Werkstoffe, deren Sätfigungs- punkt noch tiefer, bei etwa 4000 G, liegt.
Der angestrebte Zweck wird mit einer Nickel-Eisenlegierung als Kernba.ustoff voll kommen erreicht. Weben des hohen Preises solcher Legierungen werden aber die Kosten für den Kern untragbar hoch, wenn es sich um grosse Leistungen oder Stückzahlen handelt. Auch sind manche Sonderwerkstoffe nicht in Blechtafeln normaler Grösse, son dern nur in schmalen 'Streifen erhältlich.
Die Anfertigung grosser Kerne ist daher umsländ- lich und verursacht zusätzliche Kosten.
Die Kernbleche können auch aus geengne- ten .Silizium-Eisenlegierungen anstatt aus Nickel-Eisenlegierungen beistehen. In diesem Falle besitzt die Kennlinie die gewünschte Form nur annähernd, aber die Kosten für den Kern sind schon ganz wesentlich niedriger.
Auch der Gedanke, Sonderwerkstoffe nicht allein, sondern in Verbindung mit Drocselspuile wie üblich aus Trausformatorblech zum Aufbau der Kerne zu verwenden, ist bekannt.
So sollen bei Man teltransformatoren die Innenkerne. die .die Wicklungen tragen, in .der tanzen Länge aus einer magnetisch hochwertigen Nickel-Eisen- legierung und die Aussenjoche aus gewöhn lichem Transfo,rmatorbl,ech bestehen.
Aus Preiegmünden erhalten die Innenkerne einen kleinen Querschnitt, während der der Aussen- joche gross gehalten werden kann. :Die Innen kerne solcher Transformatoren enthalten aber immer noch viel von dem hochwertigen Werkstoff, so dass auch hier die Kosten für die Kerne verhältnismässig hoch werden.
Da, ferner kein Luftspalt vorgesehen ist und die Abmessungen des Innenkernes nicht ohne weiteres geändert werden können, so ist die Forderung der Regelbarkei:t der Kennlinie nicht erfüllt.
Es wurde schliesslich noch vorgeschlagen. den Kern eines Transformators oder einer
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lierzustel.len <SEP> und <SEP> in <SEP> den <SEP> Teilen <SEP> inner lialb <SEP> der <SEP> 'icklungen <SEP> Q,uerschnitaverengu-n gen <SEP> in <SEP> Verbindung <SEP> mit <SEP> Luftspalten <SEP> vorzu sehen. <SEP> In <SEP> der <SEP> Figg. <SEP> '? <SEP> ist <SEP> die <SEP> hierbei <SEP> erreichte
<tb> Strom-Spa:
nnungs,-Kennlinie <SEP> dargestellt <SEP> und
<tb> zum <SEP> Vergleich <SEP> in <SEP> der <SEP> F'ig. <SEP> 1 <SEP> diejenige <SEP> cines
<tb> TranLsformators <SEP> oder <SEP> einer <SEP> Drossel <SEP> mit <SEP> Luft
<tb> spalt <SEP> in <SEP> gewöhnlicher <SEP> Bauart. <SEP> Man <SEP> sieht. <SEP> dass
<tb> der <SEP> obeil>. <SEP> Teil <SEP> der <SEP> neuen <SEP> Kennlinie <SEP> nach
<tb> Fig. <SEP> ? <SEP> zwar <SEP> einen <SEP> viel <SEP> geringeren, <SEP> aber <SEP> immer
<tb> noch <SEP> merklieben <SEP> Ans-tiet, <SEP> besitzt.
<tb>
Die <SEP> Erfindung <SEP> bezieht <SEP> sich <SEP> auf <SEP> einen
<tb> Transformator <SEP> oder <SEP> eine <SEP> Drosselspule <SEP> mit <SEP> im
<tb> obern <SEP> Teil <SEP> stark, <SEP> abgeflachter <SEP> Strom-Span nunäs-Kennli:riie <SEP> und <SEP> mit <SEP> einem <SEP> Kern, <SEP> der
<tb> zum <SEP> Teil <SEP> aus <SEP> üblichem <SEP> Transformatorenblech,
<tb> zum <SEP> Teil <SEP> aus <SEP> Sonderwerkstoffen <SEP> mit <SEP> hoher
<tb> Anfaai.gsperineal>ilität <SEP> und <SEP> scharfem <SEP> Sätt:i.
gu:ugsknic@ <SEP> zusammengesetzt <SEP> ist. <SEP> Hierbei <SEP> he stehen <SEP> der <SEP> Erfindung <SEP> gemäss <SEP> nur <SEP> geringe,
<tb> innerhalb <SEP> der <SEP> Wield,unigen <SEP> angeordnete <SEP> Teile
<tb> des <SEP> Kernes <SEP> in <SEP> der <SEP> Form <SEP> von <SEP> Einsa-tz:stiicken
<tb> < i-us <SEP> Sonderwerkstoffen. <SEP> Demnach <SEP> besteht,
<tb> hierbei <SEP> der <SEP> Kern <SEP> der <SEP> -Hauptsache <SEP> ,nach <SEP> aufs
<tb> üblichem <SEP> TranGforma.forenblech, <SEP> während
<tb> nur <SEP> ein <SEP> Teil <SEP> in <SEP> der <SEP> Form <SEP> kleiner <SEP> Einsatz stücke <SEP> aus <SEP> ma""n.etisch <SEP> hochwertigen <SEP> Werk stoffen <SEP> her@-,estellt <SEP> ist.
<SEP> Es <SEP> können <SEP> auch <SEP> Ein satzstii,ckcj <SEP> verwendet <SEP> werden, <SEP> die <SEP> nicht <SEP> aus
<tb> einem, <SEP> sondern <SEP> a.u(s <SEP> min.de.stens <SEP> zwei <SEP> Sonder "verkstoffen <SEP> mit <SEP> verschiedenen <SEP> magnetischen
<tb> Eigenschaften <SEP> beiste@lien. <SEP> Die <SEP> Sättigungspunkte
<tb> dieser <SEP> Sonderwerkstoffe <SEP> sind <SEP> vorzugsweise
<tb> derart <SEP> g(lwählt. <SEP> dass <SEP> zwischen <SEP> ihnen <SEP> die <SEP> he triel)c"mässi,g- <SEP> verlande <SEP> Induktion <SEP> des <SEP> Haupt kernes <SEP> liegt. <SEP> Mai) <SEP> kann <SEP> schliesslich <SEP> für <SEP> den
<tb> Hauptkern <SEP> eine <SEP> besondere <SEP> Silizium-Eisen le@@icr@ng <SEP> lind <SEP> für <SEP> die <SEP> Einsatzstück <SEP> e <SEP> eine
<tb> Nickel-Eisenlegjerung <SEP> verwenden.
<tb>
Fig. <SEP> 3a. <SEP> 31) <SEP> bezw. <SEP> 4a, <SEP> 41) <SEP> zeigen <SEP> beisp:el,s weise <SEP> den <SEP> Verlauf <SEP> di:@rStroni <SEP> Spannuni <SEP> s-Kenn linie <SEP> von <SEP> Drosselspulen. <SEP> ohne <SEP> und <SEP> mit <SEP> Luft spalt, <SEP> die <SEP> mit <SEP> Kern-Einsatzstücken <SEP> gemäss
<tb> Fig. <SEP> .i <SEP> bezw. <SEP> 10 <SEP> aasgestattet <SEP> sind. <SEP> In <SEP> den
<tb> Fi--. <SEP> :@ <SEP> biq <SEP> 9 <SEP> sind <SEP> Ausführungsbeispiele <SEP> von
<tb> Kernen <SEP> mit <SEP> Einsatz@stüAen <SEP> aus <SEP> einem <SEP> So@n derwerkstof <SEP> f <SEP> Ja.rge.stellt, <SEP> während <SEP> die <SEP> Fig. <SEP> 10
<tb> die <SEP> V <SEP> erwendumb <SEP> von <SEP> Einsatzstücken <SEP> aus <SEP> zwei verschiedenen .Sonderwerkstoffen zeigt.
Es sind mit 1 .die aus Transformatoren- oder hochlegiertem Silizium-Eisenblech zusam- mengessetzten Hauptkerne, mit 2 und 3 die Einsatzstücke aus Sonderwerkstoff und mit 4 die Z'6 icklungen bezeichnet.
Die Arnord@nunig :gemäss der Erfindung wirkt in der Weise, dass zunächet bei schwa- eh@en Feldern -de Kerninduktion auch in den Teilen mit verengtem Querstlinitt sowie in den EinGatzstücken ,gering bleibt.
Im benach barten Luftraum bildet sich bei kleinen Luftspalten ein verschwindend ,geringes und selbst bei grossen Luftspalten kein nennen3- wertes Luftfeld aus.
Daher führt das Ein- satzsrfiück pTaktiseh,den gesamten Fluss. Dies bleibt auch bei steigendem Feld so lange be stehen, bis im. Ein@s:
atzstück Sättigung, bei einem bestimmten Werkstoff beispielsweise bei 16 000 G, eintritt. Bis dahin ist der er- fo@rderliche Erregerstrom bering und die Kennlinie zeigt den anfänglich geradlinigen ,steilen Anstieg.
Bei einer weiteren Zunahme des Feldes kann aber der mit erreichter Sät- tigu.ug im. Einsatzstück vorhandene Fluss nicht mehr weiter ansteigen. Der gesamte weitere Flüss wird daher in den Luftraum neben leim Einsatzstück abgedrängt, und die Kennlinie steigt wie bei einer Luftdrossel nur noch langsam an.
Der Verlauf der Kennlinie einer Drosselspule ohne und mit Luftspalt, die einen Kern gemäss' der Fiig. 5 besitzt, ist in -den Fig. 3a und 3b gezeigt. Hier ist die Kennlinie einer bleichen Drossel, aber mit einem Eisenkern gewöhnlnicher Bauart, ge strichelt dargestellt. Die vollen Linien 1, 2 und 3 gelten bei Verwendung gleich hoher, aber verschieden breiter Einsatzstüclke.. Die untere Linie (1)
ergibt sich bei schmalen und die obere (3) bei breiten Einsatzstücken.
Aus der Fig. 3a ist ersichtlich, da.ss ein nahezu waagrechter Verlauf des obern Teils der Kennlinie zu erreichen ist (Linie 3). Es kann aber stören, da.ss der Knick nicht mehr scharf ausgeprägt ist. Um diesen Nachteil zu vermeiden, verwendet man einen Kern von der in; der Fig. 10 gezeigten Form mit Ein satzstücken, die verschiedene magnetische Eigenschaften besitzen.
Man wählt für das Einsatzstück 2 einen Werkstoff, dessen Sätti- gwngspunkt BZ über der Induktion Blt liegt, die betriebsmässig im Hauptkern vorhanden sein soll. Dagegen werden die Einsatzstücke 3 aus einem Werkstoff hergestellt, dessen Sättigungspunkt B3 unteir der Induktion Bk liegt.
Die Summe der Querschnitte q2 und q3 der Einsatzstücke kann kleiner als,der Quer- echnirtt qk des Hauptkernes sein.
Zweckmässig macht man sie aber gleich gross, aleo q. + q, = qk. Die Werte von B, und & sind durch die Wahl der entsprechenden Werk stoffe bestimmt. Der Querschnitt qk ist mit der vorgeschriebenen Grösse de Hauptkernes ,gegeben.
Legt man fest, welchen Wert Bl, bei Eintritt der Sättigung in den Einsatzstücken erreichen sioll., so kann man q, und q3 aus den Beziehungen
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bestimmen:. Die Fig. 4a und 4b zeigen die Kennlinien dieser Kernanordnung ohne und mit Luftspalt. Hierbei gelten die Linien 1, 2 und 3 für verschiedene Verhältnisse von q;
und qs. Wird der Luftspa.Lt auf fas klein6t- mögliche Mass verringert, so erhält man Kennlinien mit scharf ausgeprägtem Knie und mit einem kaum noch ansteigenden obern Teil entsprechend den Mabonetislerunb kenn- linien der für die Einsatz-stücke vorgesehenen Werksitoffe. Einen ähnlichen Verlauf besitzt auch die
Kennlinie eines Kernes gemäss Fig. 6 mit Längs- und; Querluftspalten, wenn die ersteren so gering gehalten werden, wie es aus 11.erstellunigsgründen möglich ist.
Der w@itts,chaftliche Vorteil der neuen Kernförmen für Trausfoirmatoren oder Dros selspulen mit besonderem Kennlinie fliegt darin, dass' ,der Aufwand .an magnetisch ho@ch- werti.gen,
teueren Baustoffen wegen der Kleinheit der Einsatzstücke verhältnismässig gering ist. Insbesondere bei den in den Fiig. 8 und 9 gezeigten Kernen kommt man mit einem Mindestmass hiervon aus.
Diaher ver- ursaacht auch ein Auswechseln von Einsatz- stücken keine erheblichen Kosten. Gei-enüber dem Bekannten besteht noch der Vorteil" dass man die Form der Strom- Spannnngs-Kennlinie weitgehend beeinflus sen kann.
Dies erfolgt durch die angegebenen -littel, auss,erd,em durch Vergrössern oder Ver- ringern des Luftspaltes, gebebenenfalls bi. N u:1.1, Austausch der Ei.nsatzstü cke ="-egen solche von andern Abmessungen und verschie den hohen Sättigungspunkten oder Verändern der Teilquerschnitte.
Man kann daher die Kennlinie bei der Inbetriebsetzung oder bei nachträglichen Änderungen der Betriebyver- hältnisse den geforderten Betriebs@bed,ini-,u,n- gen anpaissen, .ohne dass Änderungen \ am Hauptkern oder an den Wicklungen erforder lich sind.
Dagegen müssen Transformatoren oder Drosselspulen mit besonderer ennlinie in bekannter Ausführung in der Regel um getaut oder gegen neue ausgetauscht werden. %venn sie den gestellten Anforderungen nicht oder nicht mehr entsprechen.
Bei Kernen gemäss der Erfindung ist es wichtig, dass auftretende Streuflüsse sehr ge ring bleiben. Daher soll nach Möglichkeit die bekannte Regel erfüllt sein, wo.naeh für jeden Teil des Kraftlinienweges genau so viel erregende Amperewindungen aufzuwenden sind wie zu seiner hlagnetis.ierun:g, erforder- lich sind.
Genau kann diese Vorschrift natür lich nur für einen .einzigen Punkt der Kenn linie eingehalten werden, der zweclzmässig im obern flachen Teil liegen soll und dessen Lage sehr wesentlich .durch die Höhe und Breite der Eino.atzstucke oder durch die Grösse der Querluftspalte (Fig. d) bestimmt wird.
Wie ,schon vorgeschlagen, kann der durch die Querschnittverenbungen entstehende Raum zwecks besserer Ausnützung mit zur Unter- bringung der Wicklungen verwendet werden (Fig. 9). Dies trägt ausserdem in an sich be kannter Weise zur Erfüllung der ange(Yebe- nen Vorschrift bei, und zwar in Verbindung mit einer passenden Wahl der Höhe der Ein satzstücke.
Der gezeigte Aufbau kann auch bei d:rei- schenkligen Kernen von Transformatoren oder Drosselspulen für Drehstrombetrieb An wendung finden. Wie bekannt, werden hierbei die @ocllquei.schnitte vergrössert. uni die Un- (11leiehheit der Erregerströme in den einzelnen Phasen zu verringern.
An Stelle der in den Fig. 5 biss 10 gezeig ten Kernformen kann man auch andere, bei spielsweise Ringkerne. vorsehen, da seich auch bei diesen Einsatzstiicken der beschriebenen Art verwenden lassen.
Transformatoren oder Drosselspulen ge mäss der Erfindung können ausser für die in der @esc-hreibungsei.nleitung angeführten Ge biete beispielsweise bei magnetischen Ver- stärllern, und bei Steuertransformatoren für .dio Gitt.eripannung von Stromrichtern vor teilhaft; benutzt werden.