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Symmetrischer Drehstrom-Kerntransformator und Verwendung des Transformators als Streutransformator Die vorliegende Erfindung betrifft einen symmetrischen Drehstrom-Kerntransformator aus kaltgewalzten Blechen mit magnetischer Vorzugsrichtung sowie die Verwendung des Transformators als Streutransformator.
Es sind symmetrische Drehstrom-Kerntransformato- ren bekannt, deren Eisenkern aus dem Tempeltyp mit Anordnung der Säulen im Dreieck und gewickelten Ring- jochen abgeleitet sind. Die runden Säulen sind hierbei evolventenförmig geblecht und die Joche im Dreieck gewickelt. Die Verspannung des Kerns erfolgt mit in den Säulen geführten Zugbolzen. Bei diesen Transformatoren werden wohl symmetrische magnetische Verhältnisse im Eisenkern erzielt.
Dagegen weist der Eisenkern, wenn auch in geringerem Masse als bei klassischen, drei- oder fünfschenkligen, überlappten, ebenen Eisenkernen, Partien auf, in welchen die Flussrichtung von der Walz- richtung abweicht und damit zusätzliche Verluste verursacht. Zudem ist die Herstellung der Evolventenble- chung aufwendig und es müssen beim Zusammenbau der Säulen und Joche zwecks Verkleinerung der Luftspalte Stossfugeneinlagen vorgesehen werden.
Es sind ferner symmetrische Drehstrom-Kerntrans- formatoren bekannt, die einen sogenannten Y-Kern aufweisen. Dieser besteht aus drei C-förmigen Bandkernen, deren abgewickelte Teile als Joche radial in der Art des Buchstabens Y zusammengefügt sind. Da der Fluss über alle drei oberen und unteren Stossfugen der Joche verläuft, müssen die Enden der C-förmigen Kerne entsprechend unter 120 bearbeitet, z.B. gefräst werden, damit zur Verkleinerung der Luftspalte alle Jochquer- schnitte stumpf aneinander anliegen. Die C-förmigen Kerne müssen zur Halterung radial eingespannt werden, was schwierig durchführbar ist.
Als weiterer Nachteil besteht die Notwendigkeit, beim Herstellen der Wicklung die C-förmigen Kerne mitzudrehen, da die Wicklung nicht separat hergestellt und über den Kern auf den Schenkel geschoben werden kann.
Zweck der Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu vermeiden. Erfindungsgemäss ist der DrehstromKerntransformator dadurch gekennzeichnet, dass die Joche dreier aus zwei U-förmigen, längs einer horizon- talen Schnittebene zusammengefügten Kernen bestehender Bandwickelkerne deltaförmig angeordnet sind, wobei je zwei in ihrer Längsrichtung aneinanderstossende Schenkel zur Aufnahme mindestens einer Wickelspule vorgesehen sind.
Die Verwendung des Drehstrom-Kerntransformators als Streutransformator ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer zur horizontalen Schnittebene der deltaförmig angeordneten Joche parallelen Ebene Streubleche angeordnet sind und dass die auf jedem Schenkelpaar vorgesehenen Wickelspulen mehrteilig ausgebildet sind.
Die Erfindung wird anschliessend anhand von Figuren beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines Transformatorkernes mit schematisch dargestellten Wicklungen, Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch einen Kern ge- mäss Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht einer Ausführungsform als Streutransformator, Fig.4 eine Draufsicht auf Streubleche des Streutransformators gemäss Fig. 3.
Der in Fig. 1 dargestellte Eisenkern weist drei Bandwickelkerne 1 auf, die deltaförmig, d.h. längs den Seiten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind. Jeder Bandwickelkern 1 ist längs einer horizontalen Schnittfläche 7 in zwei U-förmige Kernteile 3 und 5 aufgeschnitten, um das Aufbringen der Wickelspulen zu ermöglichen. Zum Zusammenziehen der U-förmigen Kernteile 3 und 5 sind ein Spannband 17 und ein Spannschloss 19 vorgesehen. Die magnetische Vorzugsrichtung, d.h. die Walzrichtung der die Bandwickelkerne 1 bildenden kaltgewalzten Blechstreifen verläuft in deren Längsrichtung.
Jeder Bandwickelkern 1 weist demnach ein oberes und unteres Joch 9 bzw. 11 und zwei Schenkel 13 und 15 auf. Je ein Schenkel 13 bzw. 15 benachbarter Bandwickelkerne stossen in Längsrichtung der Schenkel aneinander und bilden gemeinsam einen Schenkel des Transformatorkerns. Auf diesen Schenkeln ist jeweils eine nur schematisch dargestellte Wicklung 21 mittels eines Spulenkörpers aufgebracht. Hierbei kann selbstverständlich die Wicklung aus mehreren Röhren- und/
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oder Scheibenwicklungen bzw. der Spulenkörper aus mehreren, in Längsrichtung der Schenkel nebeneinander angeordneten, scheibenförmigen Spulenkörpern bestehen.
Um die Verwendung im wesentlichen kreisförmiger Spulen zu ermöglichen und eine günstige Ausnützung der Querschnittsfläche im Innern der Spulen durch die Kerne zu erzielen, weisen die aneinander liegenden Schenkel 13, 15 im Querschnitt (Fig. 2) eine unter 60 angeschrägte Seitenfläche 23 auf, so dass die Schenkel 13 und 15 mit ihren Seitenflächen stumpf aneinander liegen. Diese Anschrägung kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass zum Wickeln der Bandkerne 1 Blechstreifen mit fortlaufend geringerer Breite verwendet werden.
Hierbei werden die Kerne so gewickelt, dass die einen Kanten der Bleche, nämlich die Aussenkanten des zusammengestellten Kerns, in einer Ebene liegen. Diese Wik- kelart erschwert den Wickelvorgang nur unwesentlich.
Zur Halterung der deltaförmig angeordneten Bandwickelkerne 1 sind eine obere und eine untere Press- platte 25 bzw. 27 vorgesehen, die beide in Längsrichtung der Schenkel 13, 15 auf die Joche 9 bzw. 11 drük- ken. Zur Erzeugung des Längsdruckes sind die beiden Pressplatten 25, 27 durch einen zentralen Zugbolzen 29 verbunden. Die Pressplatten 25 und 27 können beispiels- vveise kreisförmig oder auch angenähert dreieckförmig sein und aus einem Isoliermaterial bestehen. Die untere Pressplatte 27 kann zudem mit einem nicht dargestellten Sockel zum Befestigen des Transformators versehen sein oder als Sockel ausgebildet sein.
Auf der oberen Press- platte können Anschlussklemmen zur Verbindung der Wicklungen mit einem speisenden Netz und einem Verbraucher wie auch zum Verbinden von Wicklungen unter sich angeordnet sein. Für grosse und entsprechend schwere Kerne kann es zweckmässig sein, mehrere Zugbolzen vorzusehen, die beispielsweise zwischen je zwei Wickelspulen auf der Aussenseite der Bandwickelkerne 1 angeordnet werden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, verläuft im beschriebenen Drehstromtransformator der magnetische Fluss in jedem Kernquerschnitt in Richtung der magnetischen Vorzugsrichtung, insbesondere auch in der Übergangspartie von den Schenkeln 13, 15 zu den Jochen 9, 11. Die Verkettung der magnetischen Kreise ist hierbei elektromagnetisch. Dadurch reduzieren sich die Eisenverluste nahezu auf den Wert der Epsteinproben und können bei der Verwendung entsprechender Blechsorten beispielsweise den niederen Wert von 1 W/kg für den Leistungsbedarf bei einer Induktion von 15 kG erreichen.
Es ist deshalb möglich, die Leerlaufverluste im Vergleich zu Transformatoren mit ebenen Eisenkernen um etwa 40% und im Vergleich zu Transformatoren mit gewickelten Jochen und evolventenförmig geblechten Säulen um etwa 20 j0 herabzusetzen.
Der beschriebene Drehstromtransformator weist alle Vorteile der bekannten, aus dem Tempeltyp abgeleiteten, symmetrischen Transformatoren auf. Insbesondere ist dem Umstand Rechnung getragen, dass der Fluss in einem Schenkel gleich der Differenz der Flüsse in den anstos- senden Jochabschnitten ist, dass also die Jochflüsse um den Faktor j/3 kleiner als die Schenkelflüsse sind und demnach die Joche mit kleinerem Querschnitt ausgelegt werden können. In der beschriebenen Anordnung ist der Querschnitt der Joche 50% kleiner als derjenige der Schenkel, so dass sich eine wesentliche Materialersparnis ohne nachteilige elektromagnetische Auswirkungen ergibt.
Darüberhinaus kann die magnetische Induktion wesentlich, z.B. von 12 kG auf 16 kG erhöht werden, da der magnetische Fluss überall vollständig in der magnetischen Vorzugsrichtung verläuft. Die benötigte Win- dungszahl pro Volt reduziert sich proportional zur Ver- grösserung der Induktion, so dass sie entsprechend um etwa 25% herabgesetzt werden kann, wodurch auch die Kupferverluste wesentlich geringer werden.
Das Gesamtgewicht eines beschriebenen Drehstromtransformators lässt sich in einer Ausführungsform für 800 VA um etwa 35% gegenüber dem Gesamtgewicht eines konventionellen Drehstromtransformators senken.
Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Drehstromtransformators liegt darin begründet, dass seine Wickelspulen zu einem überwiegenden Teil mit der Umluft frei in Verbindung stehen. Dadurch wird eine wesentlich bessere Kühlung als bei den bekannten Transformatoren mit ebenen Kernen erzielt.
Ferner weist der beschriebene Drehstromtransforma- tor den Vorteil auf, dass nur drei Luftspalte vorhanden sind statt deren sechs bei den bekannten symmetrischen Bauarten. Diese Luftspalte können zudem sehr gering gehalten werden, da es verhältnismässig einfach ist, den Bandwickelkern in zwei U-förmige Hälften zu teilen und die Schnittflächen mit einer Toleranz von etwa 5 #t zu schleifen. Schliesslich werden für den Aufbau des beschriebenen Drehstromtränsformators in vorteilhafter Weise Kerne eines einzigen Typs benötigt, deren Herstellung sehr einfach ist und die in einfacher Weise gehaltert werden können.
Der beschriebene Drehstromtransformator ist wegen der vollständig symmetrischen Anordnung der magnetischen Kreise vorteilhaft als Drehstrom-Streutransforma- tor verwendbar. In Fig. 3 ist die Ansicht einer derartigen Ausführungsform dargestellt.
Der Aufbau des Transformatorkerns entspricht der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung. Es sind wiederum drei Bandwickelkerne 1 mit ihren Jochen deltaförmig angeordnet, wobei jeder Bandwickelkern 1 aus zwei U-för- migen Kernteilen 3, 5 zusammengesetzt ist, die längs der horizontalen Schnittfläche 7 aufeinanderstossen. Die drei Bandwickelkerne 1 sind durch die beiden Pressplatten 25 und 27 zusammengehalten, wobei zur Erzeugung des axialen Druckes der zentrale Zugbolzen 29 vorgesehen ist.
In einer Horizontalebene der Bandwickelkerne 1 sind mehrere Streubleche 35 angeordnet, die sich innerhalb des von den Schenkeln 13, 15 begrenzten Raumes erstrecken und deren Schnittform aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die Streubleche 35 sind mittels Muttern 37 auf dem zentralen Zugbolzen 29 eingespannt.
Je zwei Schenkel 13 und 15 benachbarter Bandwik- kelkerne 1 bilden wiederum einen gemeinsamen Schenkel für eine Wickelspulenanordnung. Wie in Fig. 3 für einen der Schenkel gezeigt ist, ist die Wickelspule eines Schenkels in beispielsweise zwei Teil-Wickelspulen 39 und 41 aufgetrennt. Die Länge der Wickelspulen bzw. die Höhe, in welcher die Streubleche 35 angebracht sind, richtet sich nach der gewünschten Verteilung der Ge= samtwicklung eines Schenkels auf die beiden Teil-Wickel- spulen 39 und 41.
Zur Verbindung der Wicklungen der Wickelspulen 39 und 41 können auf der oberen Press- platte 25 Anschlussklemmen angeordnet werden.
Der beschriebene Streutransformator weist den Vorteil auf, dass seine magnetischen Kreise vollständig symmetrisch sind und dass sein Aufbau sehr einfach ist.
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Symmetrical three-phase core transformer and use of the transformer as a scatter transformer The present invention relates to a symmetrical three-phase core transformer made of cold-rolled sheets with a preferred magnetic direction and the use of the transformer as a scatter transformer.
Symmetrical three-phase core transformers are known, the iron core of which is derived from the temple type with an arrangement of the columns in a triangle and wound ring yokes. The round columns are braided in an involute shape and the yokes are wrapped in a triangle. The core is braced with tension bolts in the pillars. With these transformers, symmetrical magnetic conditions are probably achieved in the iron core.
In contrast, the iron core, albeit to a lesser extent than in classic, three- or five-legged, overlapped, flat iron cores, has sections in which the flow direction deviates from the rolling direction and thus causes additional losses. In addition, the production of the involute sheet metal is complex and butt joint inserts must be provided when assembling the columns and yokes in order to reduce the air gaps.
Symmetrical three-phase core transformers are also known which have a so-called Y core. This consists of three C-shaped tape cores, the unwound parts of which are joined together as yokes radially in the manner of the letter Y. Since the river runs over all three upper and lower butt joints of the yokes, the ends of the C-shaped cores have to be machined under 120, e.g. be milled so that all yoke cross-sections are butt against each other to reduce the air gap. The C-shaped cores have to be clamped radially for support, which is difficult to do.
Another disadvantage is the need to rotate the C-shaped cores when producing the winding, since the winding cannot be produced separately and pushed over the core onto the leg.
The purpose of the invention is to avoid the disadvantages mentioned. According to the invention, the three-phase core transformer is characterized in that the yokes of three strip winding cores consisting of two U-shaped cores joined together along a horizontal cutting plane are arranged in a delta shape, with two legs each abutting in their longitudinal direction being provided to accommodate at least one winding reel.
The use of the three-phase core transformer as a scatter transformer is characterized in that scatter plates are arranged in a plane parallel to the horizontal sectional plane of the delta-shaped yokes and that the winding coils provided on each pair of legs are constructed in several parts.
The invention is then explained, for example, with reference to figures. 1 shows an isometric view of a transformer core with schematically illustrated windings, FIG. 2 shows a horizontal section through a core according to FIG. 1, FIG. 3 shows a view of an embodiment as a scatter transformer, FIG. 4 shows a plan view of scatter plates of the scatter transformer according to Fig. 3.
The iron core shown in Fig. 1 has three tape winding cores 1 which are delta-shaped, i. are arranged along the sides of an equilateral triangle. Each tape winding core 1 is cut open along a horizontal cut surface 7 into two U-shaped core parts 3 and 5 in order to enable the winding spools to be attached. To draw the U-shaped core parts 3 and 5 together, a tensioning strap 17 and a turnbuckle 19 are provided. The preferred magnetic direction, i.e. the rolling direction of the cold-rolled sheet metal strips forming the tape winding cores 1 runs in their longitudinal direction.
Each tape winding core 1 accordingly has an upper and lower yoke 9 and 11 and two legs 13 and 15. One leg 13 or 15 of adjacent tape winding cores each abut one another in the longitudinal direction of the legs and together form one leg of the transformer core. A winding 21, shown only schematically, is applied to each of these legs by means of a coil former. Here, of course, the winding can consist of several tubes and /
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or disc windings or the coil formers consist of several disc-shaped coil formers arranged next to one another in the longitudinal direction of the legs.
In order to enable the use of essentially circular coils and to achieve a favorable utilization of the cross-sectional area in the interior of the coils by the cores, the adjacent legs 13, 15 in cross-section (FIG. 2) have a side surface 23 which is beveled at 60 so that the legs 13 and 15 are butt against each other with their side surfaces. This bevel can be achieved, for example, by using sheet metal strips with continuously smaller widths for winding the tape cores 1.
Here, the cores are wound in such a way that one of the edges of the sheets, namely the outer edges of the assembled core, lie in one plane. This type of winding makes the winding process only insignificantly difficult.
To hold the tape winding cores 1 arranged in the form of a delta, an upper and a lower pressure plate 25 and 27 are provided, which both press in the longitudinal direction of the legs 13, 15 on the yokes 9 and 11, respectively. To generate the longitudinal pressure, the two pressure plates 25, 27 are connected by a central tension bolt 29. The press plates 25 and 27 can, for example, be circular or also approximately triangular and consist of an insulating material. The lower pressing plate 27 can also be provided with a base, not shown, for fastening the transformer, or it can be designed as a base.
Connection terminals for connecting the windings to a feeding network and a consumer, as well as for connecting windings to one another, can be arranged on the upper press plate. For large and correspondingly heavy cores, it can be useful to provide several tension bolts, which are arranged, for example, between two winding spools on the outside of the tape winding cores 1.
As can be seen from Fig. 1, in the three-phase transformer described, the magnetic flux in each core cross-section runs in the direction of the preferred magnetic direction, in particular also in the transition area from the legs 13, 15 to the yokes 9, 11. The interlinking of the magnetic circuits is electromagnetic. As a result, the iron losses are almost reduced to the value of the Epstein samples and can, for example, reach the lower value of 1 W / kg for the power requirement at an induction of 15 kG when using the corresponding types of sheet metal.
It is therefore possible to reduce the no-load losses by around 40% compared to transformers with flat iron cores and by around 20 j0 compared to transformers with wound yokes and involute-shaped laminated columns.
The three-phase transformer described has all the advantages of the known symmetrical transformers derived from the temple type. In particular, account is taken of the fact that the flux in one leg is equal to the difference between the fluxes in the adjoining yoke sections, i.e. that the yoke fluxes are smaller by a factor of j / 3 than the leg fluxes and the yokes are therefore designed with a smaller cross section can. In the arrangement described, the cross-section of the yokes is 50% smaller than that of the legs, so that there is a substantial saving in material without adverse electromagnetic effects.
In addition, the magnetic induction can significantly, e.g. can be increased from 12 kG to 16 kG, since the magnetic flux runs completely in the preferred magnetic direction everywhere. The required number of turns per volt is reduced proportionally to the increase in induction, so that it can be reduced accordingly by about 25%, which also significantly reduces the copper losses.
The total weight of a three-phase transformer described can be reduced in one embodiment for 800 VA by about 35% compared to the total weight of a conventional three-phase transformer.
Another advantage of the three-phase transformer described is based on the fact that its winding spools are largely freely connected to the circulating air. This results in significantly better cooling than with the known transformers with flat cores.
Furthermore, the three-phase transformer described has the advantage that only three air gaps are present instead of six in the known symmetrical designs. These air gaps can also be kept very small, since it is relatively easy to split the tape winding core into two U-shaped halves and to grind the cut surfaces with a tolerance of about 5 #t. Finally, cores of a single type are advantageously required for the construction of the three-phase transformer described, the manufacture of which is very simple and which can be held in a simple manner.
The three-phase transformer described can be used advantageously as a three-phase leakage transformer because of the completely symmetrical arrangement of the magnetic circuits. In Fig. 3 the view of such an embodiment is shown.
The structure of the transformer core corresponds to the arrangement shown in FIGS. 1 and 2. There are again three tape winding cores 1 with their yokes arranged in a delta shape, each tape winding core 1 being composed of two U-shaped core parts 3, 5 which abut one another along the horizontal cutting surface 7. The three tape winding cores 1 are held together by the two pressure plates 25 and 27, the central tension bolt 29 being provided for generating the axial pressure.
In a horizontal plane of the tape winding cores 1, a plurality of diffuser plates 35 are arranged, which extend within the space delimited by the legs 13, 15 and whose sectional shape can be seen in FIG. The spreading plates 35 are clamped onto the central tension bolt 29 by means of nuts 37.
Two legs 13 and 15 of adjacent tape winding cores 1 in turn form a common leg for a winding reel arrangement. As shown in FIG. 3 for one of the legs, the winding reel of one leg is separated into, for example, two partial winding reels 39 and 41. The length of the winding bobbins or the height at which the scattering plates 35 are attached depends on the desired distribution of the total winding of one leg on the two partial winding bobbins 39 and 41.
To connect the windings of the winding spools 39 and 41, connection terminals can be arranged on the upper press plate 25.
The leakage transformer described has the advantage that its magnetic circuits are completely symmetrical and that its structure is very simple.
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