Wechselstrom-Transformator
Transformatoren herkömmlicher Bauart, namentlich solche mit Leistungen bis zu einigen zehn oder hundert kVA werden vorzugsweise als Kern- oder Manteltyptransformatoren mit aktiven Eisenkörpern gebaut, bei denen die einzelnen Bleche oder Blechgruppen ineinander verschachtelt angeordnet sind. Das Verschachteln der Bleche bei Transformatorkernen für kleinere Leistungen ist vor allem aus mechanischen Gründen (stabiler Aufbau, geringe Geräuschentwicklung), aber auch zur Erzielung eines minimalen Leerlaufstroms zweckmässig. Indessen zeigt es sich, dass die Herstellung eines solchen Transformators wegen des grossen Lohnkostenanteils beim Aufbau des Eisenkerns, namentlich wenn die einzelnen Bleche in die Spulenbohrung eingefügt und gegeneinander verschachtelt werden müssen, relativ teuer zu stehen kommt.
Weiter ist es üblich, die Wicklungen nur auf einen Teil der aktiven Eisenlänge aufzusetzen. Dies hat zur Folge, dass die Spulen in radialer Richtung relativ grosse Abmessungen erhalten, wobei bei gleichen Spannungsund Leistungsdaten ein relativ grosses Wicklungsgewicht resultiert. Zudem reduziert sich die Dauerbelastbarkeit infolge der Wicklungskonzentration und der daraus folgenden geringen Kühlfläche erheblich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Wechselstromtransformator zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile vermeidbar sind. Der erfindungsgemässe Wechselstromtransformator ist gekennzeichnet durch einen Magnetkern, der aus mindestens zwei, die Schenkel des Magnetkerns bildenden Blechpaketen aufgebaut ist, die durch lösbare Laschen miteinander verbunden sind, und durch eine auf die nutzbare Länge jedes der Schenkel aufgeteilte, aus einer Anzahl Einzelspulen aufgebaute Primär- und Sekundärwicklung.
Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Transformatoren gehen aus der Zeichnung hervor. Darin zeigt
Fig. 1 einen Transformator mit einem aus zwei Lförmigen Blechpaketen mit ungleich langen Schenkeln bestehendem Magnetkern,
Fig. 2 eine Ausführungsvariante mit einem aus vier gleichen Blechpaketen aufgebauten Magnetkern und einer die optimale Ausnützung des Wickelraumes im Kern erläuternden Spulenanordnung, und
Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante mit einem im Grundriss polygonförmigen Magnetkern und zwei beispielsweisen Spulenanordnungen und Blechpaketformen.
In Fig. 1 sind mit 1 und 2 die beiden Blechpakete des Magnetkerns bezeichnet, die an den Stossstellen 3, 3' stumpf gegeneinander gestossen und mittels Laschenpaaren 4, 5 (von denen jeweils nur eine Lasche sichtbar ist) miteinander verbunden sind. Die einzelnen Laschen sind (in nicht gezeigter Weise) zweckmässig so gestaltet, dass die Stossstellen unter einer angemessenen Vorspannung stehen, um Streuverluste und Brummgeräusche in annehmbaren Grenzen zu halten. Mit 7, 8, 9 und 10 sind je auf einem Schenkel der Blechpakete 1 und 2 aufgesetzte, schematisch gezeigte Spulen bezeichnet, die in geeigneter Weise zu Primär- und Sekundärwicklungen schaltbar sind. Die Spulen sind auf bekannte Art auf dem bezüglichen Schenkel lösbar fixiert.
Die Hauptvorteile eines auf diese Weise aufgebauten Transformators sind folgende: Da sich die Blechpakete 1 und 2 nach dem Stanzen der Bleche weitgehend mechanisiert oder automatisiert stapeln und konfektionieren lassen (Vernieten, Schleifen der Stossstellen, Lackieren etc.), können bereits bei der Kernherstellung lohnintensive Arbeitsgänge vermieden werden. Die Laschenpaare 4, 5 werden vorteilhaft bereits bei der Herstellung der Blechpakete auf den bezüglichen End blechen der Pakete aufgesetzt. Die Fertigmontage des Transformators besteht anschliessend noch im Aufstecken und Fixieren der Spulen 7-10 auf den Schenkeln der Blechpakete 1 und 2, dem lösbaren Verbinden der Blechpakete mittels der zweckmässig eine gewisse Vorspannung auf die Stossstellen ausübenden Laschen 4, 5 und dem Schalten der Wicklungsenden bzw.
Einführen derselben in bekannte Klemmelemente. Die Laschen 4, 5 werden zweckmässig erst nach der Bearbeitung der Stossstellen 3, 3' der Blechpakete und eventuell durch Punktschweissen auf den beidseitigen Endblechen, die vorteilhaft etwas stärker als die übrigen Kernbleche gewählt werden, aufgesetzt. Infolge des vereinfachten Montagevorgangs des Transformators, bei dem nur Einzelteile ohne Nacharbeit zusammengesteckt oder geschraubt werden müssen, sind Beschädigungen an den normalerweise empfindlichen Spulen praktisch ausgeschlossen. Der Montagevorgang selbst lässt sich durch geeignete Spann- und Schraubeinrichtungen weitgehend mechanisieren.
Bei einem der Bauform nach Fig. 1 entsprechenden Transformator konnte, bei gleichen Spannungs- und Belastungsverhältnissen und gleicher Umgebungstemperatur das Gewicht des Magnetkerns um ca. 50 O/o und dasjenige des Wicklungskupfers um ca. 300/0 gegenüber einem herkömmlich aufgebauten Kern- oder Manteltyptransformator gesenkt werden.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der vier gleichgestellte Blechpakete 21, 22, 23, 24 zu einem gleichschenkligen Magnetkern zusammengefügt sind. Die einzelnen Blechpakete sind in bereits beschriebener Weise mit je einem, das eine Paketende gabelförmig überragenden Laschenpaar 21', 22', 23', 24', von dem jeweils nur eine Lasche sichtbar ist, ausgerüstet. Da in dieser Figur eine Möglichkeit zur optimalen Ausnützung des vom Kernaufbau gebotenen Winkelraumes gezeigt werden soll, ist eine diesem Erfordernis entsprechend gestaltete Wicklungsbestückung der einzelnen Schenkel dargestellt. Die auf dem Schenkel 24 sitzenden, im Schnitt schematisch gezeigten Wicklungen 25-27 können entweder auf einem gemeinsamen Spulenkörper aufgebracht sein oder es können hierfür drei Einzelspulen 25, 26 und 27 vorgesehen sein.
Eine optimale Ausnützung der gezeigten quadratischen Wicklungs öffnung ergibt sich bei der Anordnung von je gleich abgestuften Spulensätzen auf allen vier Schenkeln 21-24, wie dies durch die Umrissdarstellung der Spulen 28, 29, 30 auf den Schenkeln 21-23 gezeigt ist.
Zur Verbesserung der Kühlungsverhältnisse und damit zur Erhöhung der Dauerbelastbarkeit der Wicklung bei gegebener Spulenform braucht nur die Schenkellänge angemessen grösser gewählt zu werden.
Die bei der Ausführungsform nach Fig. 1 erzielbaren Vorteile lassen sich auch bei der Bauform nach Fig. 2 erzielen. Es versteht sich, dass bei beiden Magnetkernbauarten Wicklungen verschiedener Gestalt aufgesetzt werden können.
Eine weitere Form des erfindungsgemässen Transformators ist in Fig. 3 gezeigt, wobei der eine eine sechseckige Wicklungsöffnung 30 begrenzende und auch aussen ein Sechseck beschreibende Magnetkern in der obern und in der untern Bildhälfte aus verschieden gestalteten Elementen aufgebaut und mit unterschiedlich geformten Spulen bestückt ist. Mit 31 ist ein zwei Sechseckseiten überspannendes Blechpaket bezeichnet, das an Stossstellen 32, 33 stumpf an den Nachbarpaketen 34, 35 anstösst. Die V-Form des Blechpaketes 31 gestattet, ähnlich wie bei den Blechpaketen 1 und 2 in Fig. 1, von beiden Schenkelenden her Wicklungs spulen 37, 37' aufzusetzen. Würde der ganze, in Fig. 3 gezeigte Magnetkern aus Paketelementen 31 aufgebaut, so wären deren drei dazu notwendig.
Der Magnetkern kann indessen auch aus sechs Elementen der mit 34, 35 bezeichneten Bauform aufgebaut sein oder gemischt aus V- und stabförmigen Paketelementen bestehen. Die einzelnen Blechpakete sind wiederum mit Laschenpaaren 38 verbunden, und die unter einem Winkel von 1200 zur innenliegenden Blechpaketwand stehenden Stossflächen sind genau plan geschliffen. Zur Vermei dung von magnetischen Kurzschlüssen wird an den Stossstellen (auch bei den Ausführungen nach den Fig. 1 und2) zweckmässig eine möglichst dünne Isoliereinlage eingesetzt.
Hinsichtlich der Wicklungsbestückung gilt grundsätzlich das bei den andern Ausführungsformen gesagte.
Jeder der Schenkel kann mit gleichgrossen Spulen 37, 37' ausgerüstet sein, wobei die Wickelöffnung 30 relativ schlecht ausgenützt ist, aber gute Kühlvoraussetzungen geboten werden. Die Schenkel können aber auch un gleich grosse Spulen 39, 40 aufweisen, die abwechslungsweise auf den einzelnen Paketelementen sitzen, oder zur optimalen Ausnützung des Wickelraumes auch mit, ähnlich wie in Fig. 2 gezeigten, abgesetzten
Spulen ausgerüstet sein.
Aus der Beschreibung der drei gezeigten Aus führungsformen lässt sich ohne weiteres ableiten, dass der Grundriss des vom Transformatorkern um schriebenen innern Wickelraums nicht nur quadratisch oder sechseckig, sondern jede Polygonform besitzen und auch rund sein kann. In letzterem (nicht dargestellten)
Fall ist ein Kernaufbau möglich, bei dem ein Eisenband zu einem Ring gewickelt ist, wobei die einzelnen Windungen gegeneinander verankert sind. Dieser Ring braucht im Prinzip nur durch zwei Radialschnitte geöffnet zu werden, um einen Abschnitt des Ringes herauszuheben, der das Aufsetzen der Spulen auf den Kern ermöglicht.