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.
AC transformer
Transformers of conventional design, namely those with outputs of up to a few tens or hundreds of kVA, are preferably built as core or jacket-type transformers with active iron bodies, in which the individual sheets or groups of sheets are nested in one another. The nesting of the sheets in transformer cores for smaller powers is mainly useful for mechanical reasons (stable structure, low noise development), but also to achieve a minimum no-load current. However, it has been shown that the production of such a transformer is relatively expensive because of the large proportion of labor costs involved in building the iron core, especially when the individual sheets have to be inserted into the coil bore and nested against one another.
It is also customary to place the windings on only part of the active iron length. The consequence of this is that the coils have relatively large dimensions in the radial direction, with the result that the winding weight is relatively large with the same voltage and power data. In addition, the long-term load capacity is reduced considerably as a result of the winding concentration and the resulting small cooling surface.
The object of the present invention is to create an AC transformer in which the disadvantages mentioned can be avoided. The alternating current transformer according to the invention is characterized by a magnetic core, which is made up of at least two laminated cores forming the legs of the magnetic core, which are connected to one another by detachable tabs, and by a primary coil divided over the usable length of each of the legs and made up of a number of individual coils. and secondary winding.
Embodiments of transformers according to the invention are shown in the drawing. In it shows
1 shows a transformer with a magnet core consisting of two L-shaped laminated cores with legs of unequal length,
2 shows an embodiment variant with a magnetic core made up of four identical laminated cores and a coil arrangement which explains the optimum utilization of the winding space in the core, and FIG
3 shows a further embodiment variant with a magnet core which is polygonal in plan and two example coil arrangements and laminated core forms.
In Fig. 1, 1 and 2 denote the two laminated cores of the magnetic core, which are butt against each other at the joints 3, 3 'and are connected to one another by means of pairs of tabs 4, 5 (of which only one tab is visible). The individual tabs are expediently designed (in a manner not shown) in such a way that the joints are pretensioned appropriately in order to keep scatter losses and humming noises within acceptable limits. With 7, 8, 9 and 10 each on a leg of the laminated cores 1 and 2, schematically shown coils are referred to, which can be switched in a suitable manner to primary and secondary windings. The coils are releasably fixed on the leg in question in a known manner.
The main advantages of a transformer constructed in this way are as follows: Since the laminated cores 1 and 2 can be stacked and assembled in a largely mechanized or automated manner after the sheet metal has been punched (riveting, grinding of the joints, painting, etc.), wage-intensive operations can already be carried out during the core production be avoided. The pairs of tabs 4, 5 are advantageously placed on the relevant end sheets of the packs during the manufacture of the laminated stacks. The final assembly of the transformer then consists of plugging and fixing the coils 7-10 on the legs of the laminated cores 1 and 2, the detachable connection of the laminated cores by means of the tabs 4, 5, which expediently exerts a certain preload on the joints, and the switching of the winding ends or .
Introducing the same into known clamping elements. The tabs 4, 5 are expediently placed on the two-sided end sheets, which are advantageously chosen to be somewhat stronger than the other core sheets, only after the joints 3, 3 'of the laminated core have been machined and possibly by spot welding. As a result of the simplified assembly process of the transformer, in which only individual parts have to be plugged together or screwed without reworking, damage to the normally sensitive coils is practically excluded. The assembly process itself can be largely mechanized using suitable clamping and screwing devices.
In a transformer corresponding to the design according to FIG. 1, with the same voltage and load conditions and the same ambient temperature, the weight of the magnetic core was about 50% and that of the winding copper about 300/0 compared to a conventionally constructed core or jacket type transformer be lowered.
In Fig. 2, an embodiment is shown in which four equivalent laminated cores 21, 22, 23, 24 are joined together to form an isosceles magnetic core. In the manner already described, the individual laminated cores are each equipped with a pair of tabs 21 ', 22', 23 ', 24' protruding from one end of the pack in a fork-shaped manner, of which only one tab is visible. Since this figure is intended to show a possibility for optimal use of the angular space offered by the core structure, a winding assembly of the individual legs designed in accordance with this requirement is shown. The windings 25-27, which are seated on the leg 24 and are shown schematically in section, can either be applied to a common coil body or three individual coils 25, 26 and 27 can be provided for this purpose.
Optimal utilization of the square winding opening shown results from the arrangement of identically graduated coil sets on all four legs 21-24, as shown by the outline representation of the coils 28, 29, 30 on the legs 21-23.
To improve the cooling conditions and thus to increase the long-term load capacity of the winding for a given coil shape, only the leg length needs to be selected to be appropriately larger.
The advantages that can be achieved with the embodiment according to FIG. 1 can also be achieved with the design according to FIG. It goes without saying that windings of different shapes can be attached to both types of magnet core.
Another form of the transformer according to the invention is shown in Fig. 3, the one of a hexagonal winding opening 30 delimiting a hexagon on the outside and also describing a hexagon magnetic core in the upper and lower half of the image is made up of differently designed elements and equipped with differently shaped coils. A laminated core spanning two hexagonal sides is denoted by 31, which is butt against the neighboring cores 34, 35 at joints 32, 33. The V-shape of the laminated core 31 allows, similar to the laminated cores 1 and 2 in Fig. 1, from both leg ends winding coils 37, 37 'to put on. If the entire magnetic core shown in FIG. 3 were constructed from package elements 31, three of them would be necessary for this.
The magnetic core can, however, also be made up of six elements of the design designated 34, 35 or consist of a mixture of V- and rod-shaped package elements. The individual laminated cores are in turn connected with pairs of tabs 38, and the abutting surfaces at an angle of 1200 to the inner laminated core wall are ground precisely flat. To avoid magnetic short circuits, an insulating insert that is as thin as possible is expediently used at the joints (also in the case of the versions according to FIGS.
With regard to the winding assembly, what has been said for the other embodiments applies in principle.
Each of the legs can be equipped with coils 37, 37 'of the same size, the winding opening 30 being used relatively poorly, but good cooling conditions are provided. The legs can, however, also have reels 39, 40 of unequal size, which sit alternately on the individual package elements or, for optimal use of the winding space, also with offset, similar to that shown in FIG
Be equipped coils.
From the description of the three embodiments shown, it can readily be deduced that the layout of the inner winding space circumscribed by the transformer core is not only square or hexagonal, but can have any polygon shape and can also be round. In the latter (not shown)
In this case, a core structure is possible in which an iron band is wound into a ring, the individual turns being anchored to one another. In principle, this ring only needs to be opened by two radial cuts in order to lift out a section of the ring which enables the coils to be placed on the core.