DD151668A1 - Magnetischer kreis, insbesondere fuer drosselspulen und schweisstransformatoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Kreis, insbesondere fuer Drosselspulen und Schweisstransformatoren, bei dem jeder Schenkel und jedes Joch aus je einem Magnetbandwickel bestehen, und die Magnetbandwickel der Schenkel zugleich elektrischer Kreis sind. Durch die Erfindung soll erreicht werden, dass die Herstellungskosten, besonders aber die Materialkosten weiter gesenkt werden, wobei gleichzeitig die Abmessungen zu verringern und die magnetischen- und Waermeverluste zu reduzieren sind. Gemaess der Erfindung sind daher nicht nur die Magnetbandwickel der Schenkel, sondern auch die der Joche sowohl magnetischer als auch elektrischer Kreis, wobei die Magnetbandwickel der Schenkel und Joche magnetisch in Reihe geschaltet sind und die Oberspannungswicklung entweder aus einer Haelfte der Magnetbandwickel der Schenkel und Joche besteht, waehrend die Unterspannungswicklung aus der zweiten Haelfte der Magnetbandwickel der Schenkel und Joche gebildet ist, oder aber aus koaxial zu den Magnetbandwickeln der Schenkel und Joche angeordneten weiteren Magnetbandwickeln, die ebenfalls magnetisch in Reihe geschaltet sind. -Fig. 1-

Description

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Dipl.-Ing. Fritz Wandel . EV 53/79

Titel der Erfindung

Magnetischer Kreis, insbesondere für Drosselspulen und Schweißtransformatoren

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Kreis, insbeson-r dere für Drosselspulen und Schvseißtransformatoren, bei dem jeder Schenkel und jedes Joch aus je einem Magnetbandwickel bestehen, und die Magnetbandwickel der Schenkel zugleich elektrischer Kreis sind»

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei elektrotechnischen Apparaten, die mit einem magnetischen Kreis versehen sind, erfolgt mittels magnetischer Felder auf elektrische Energien oder elektrische Informationen ein Einfluß«, Während beim Transformator oder bei der Drosselspule die Einflußnahme durch gezielte Veränderung der charakteristischen. Größen wie Spannung, Strom, Impedanz U₀ä« geschieht, erfolgt die Einflußnahme auf elektrische Informationen ζ_βΒ» beim Mikrophon durch Wandlung der Elektroenergie in mechanische Energie ο In allen Fällen wird durch den fließenden Strom als Träger der Elektroenergie oder der Elektroinformation ein Magnetfeld aufgebaut, das durch eine sinnvolle Kopplung zu anderen Baugruppen die Elektroenergie überträgt

Stromes und zur Beherrschung der auftretenden Nebenwirkungen, wie Erwärmung, mechanische Kräfte u_oa_e "besitzen elektrotechnische Apparate mit magnetischen Kreisen mindestens eine Wicklung bzw. Spule, wobei diese als Hauptbestandteil die Strombahn aus Leitermaterial, Isoiieranordnungen zur Beherrschung der elektrischen Spannungen und konstruktive Vorkehrungen zur Gewährleistung der Leiteranordnung und der Leiterkühlung enthalten«,

Während die Wicklungen bzw. Spulen allgemein aus Kupfer- oder Aluminiumdraht als Leitermaterial hergestellt werden, wird der den magnetischen Kreis bildende Magnetkern mit Rücksicht auf Wirbelstromverluste aus dünnen, gegeneinander isolierten, insbesondere geschichteten Blechlamellen aufgebaute Da die Herstellung geschichteter Magnetkerne nicht nur umständlich und zeitraubend ist, sondern die Schenkel dieser Magnetkerne nur annähernd mit rundem Querschnitt ausführbar sind, was besonders bei Hochspannungstransformatoren unerwünscht und gefährlich ist, ist es nach der DE-PS 1 050 893, 21 d 2, 48 bereits bekannt, sowohl die Schenkel als auch die Joche von Magnetkernen aus Blechband im Wickelverfahren herzustellen«.

Unabhängig davon, ob nun der den magnetischen Kreis bildende Magnetkern aus geschichteten Blechen besteht oder aber aus Blechband im Wickelverfahren hergestellt wird, hat sich gezeigt, daß unter Berücksichtigung der zusätzlich erforderlichen den elektrischen Kreis bildenden Wicklungen bzw« Spulen die Herstellung von elektrotechnischen Apparaten, die Magnetkerne mit Wicklungen bzw» Spulen besitzen, mit einem beträchtlichen Herstellungs- und Materialaufwand verbunden ist„ Um diese Nachteile bei einer Drosselspule zu vermeiden, bei der der magnetische Kreis aus einem lamellierten, rohrförmigen Stabkern besteht, ist es gemäß der DD-PS 132 821, H 01 F, 37/00 auch schon bekannt, den lamellierten und rohrförmigen Stabkern durch die Wicklung der Drosselspule zu bilden, die aus dünnem Blech mit ferromagnetischen Eigenschaften besteht. Sie ist in Form einer Bandspule hergestellt, wobei die Bänder-

breite der Leiter gleich ist der Länge des Stabkernes, und wirkt zugleich als Magnetkern· Damit ist zwar für Drosselspulen', die einen lameliierten, rohrförmigen Stabkern besitzen, 'eine Lösung bekannt, durch die der Herstellungs- und Materialaufwand gesenkt werden kann, für elektrotechnische Apparate, insbesondere Drosselspulen und Schweißtransformatoren, bei denen der magnetische Kreis durch einen aus Schenkeln und" Jochen bestehenden Magnetkern gebildet wird, hat diese bekannte Lösung jedoch noch keinen entscheidenden Einfluß auf die Senkung der Herstellungskosten, insbesondere aber auf die Materialkosten. Bei diesen elektrotechnischen Apparaten dienen die Joche der den magnetischen Kreis bildenden Magnetkerne ausschließlich zur Führung des magnetischen Flusses, so daß sich für den elektrotechnischen Apparat außerdem nicht nur verhältnismäßig große Abmessungen ergeben, sondern auch relativ große magnetische- und WarmeVerluste«

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei elektrotechnischen Aijparaten mit einem magnetischen Kreis, der aus einem aus Schenkeln und Jochen bestehenden Magnetkern gebildet ist, die Herstellungskosten, besonders aber die Materialkosten weiter zu reduzieren, wobei gleichzeitig der umbaute Raum zu verkleinern ist und die magnetischen- und Wärmeverluste zu verringern sind ο

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Kreis, insbesondere für Drosselspulen und Schweißtransformatoren, bei dem jeder der Schenkel sowie jedes der Joche aus je einem Magnetbandwickel bestehen, zu schaffen, indem sowohl durch Ausbildung der Schenkel als auch der Joche im wesentlichen auf eine eigene Wicklung oder Spule für den fließenden Strom als Träger der zu übertragenden Energie verzichtet werden kann»

Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß neben den Magnetbandwickeln der Schenkel auch die Magnetbandwickel der Joche sowohl magnetischer als auch elektrischer Kreis sind, wobei die Magnetbandwickel der Schenkel und Joche magnetisch in Reihe geschaltet sind, und die Oberspannungswicklung vorzugsweise entweder aus einer Hälfte der Magnetbandwickel der Schenkel und Joche besteht, während die Unterspannungswicklung aus der zweiten Hälfte der Magnetbandwickel der Schenkel und Joche gebildet ist, oder aber aus koaxial zu den Magnetbandwickeln der Schenkel und Joche angeordneten weiteren Magnetbandwickeln, die ebenfalls magnetisch in Reihe geschaltet sind«

Damit sowohl für die Unterspannungswicklung als auch für die Oberspannungswicklung gleiche Wicklungsdurchmesser entstehen, das ist für die Ausbildung des magnetischen Kreises von Bedeutung, bei dem die OberSpannungswicklung aus einer Hälfte der Magnetbandwickel der Schenkel und Joche besteht, während die Unterspannungswicklung aus der zweiten Hälfte der Magnetbandwickel der Schenkel und Joche gebildet ist, sind die Magnetbandwickel, die zugleich Unterspannungswicklung sind, in sich oder untereinander parallel geschaltet und die Magnetbandwickel, die zugleich Oberspannungswicklung sind, in Reihe geschaltete Unabhängig von der Schaltung ist es jedoch erforderlich, zwischen den Magnetbandwickeln der Joche der beiden Hälften eine Hauptisolation vorzusehen_c

Während bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des magnetischen Kreises die eine Stromzuführung am als Außenanschluß dienenden Ende'einer jeden aus einem Magnetbandwickel bestehenden Unterbzw· Oberspannungswicklung vorgesehen ist, ist die andere Stromzuführung zwecks Verringerung der Stromwärmeverluste an einer optimalen als Innenanschluß dienenden Stelle zwischen Anfang und Ende der Magnetbandwickel vorgesehene

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die magnetisch in Reihe geschalteten Magnetbandwickel der Schenkel und Joche sowie die koaxial dazu angeordneten Magnetbandwickei in axialer Richtung auch geteilt sein, was beispielsweise bei

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größeren Leistungen erforderlich sein kann. Dann ist .jedoch in dem. jeweils durch die Teilung gebildeten Spalt eine Isolation vorzusehen*

Bei dem so ausgebildeten magnetischen Kreis bestehen die Ecken am Übergang eines jeden Magnetbandwickels, der jeweils einen Schenkel bildet, zum jeweiligen Magnetbandvi/ickel, der jeweils ein Joch bildet oder zu diesem gehört, vorteilhaft aus Eckteilen, die aus geschichteten Blechen zusammengesetzt sind» Dabei entspricht sowohl die Breite als auch die Höhe der Eckteile dem Durchmesser der Magnetbandwickel, die die Unterspannung swicklung und die koaxial dazu angeordnete Oberspannung swicklung bilden» Zwischen den Eckteilen und den Magnetbandwickeln ist ebenfalls eine¹ Isolation vorzusehen, die vorzugsweise aus Isolierscheiben besteht,

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Sind bei dem erfindungsgemäßen magnetischen Kreis die Oberspannung s- und Unterspannungswicklung koaxial zueinander angeordnet, so können auch die inneren, die Schenkel und Joche bildenden Magnetbandwickel zugleich^rdie Oberspannungswicklung und die koaxial dazu angeordneten Magnetbandwickel zugleich die Unterspannungswicklung sein·

Dadurch, daß nunmehr der gesamte magnetische Kreis, also nicht nur die Schenkel^sondern auch die bisher ausschließlich zur Führung des magnetischen Flusses erforderlichen Joche sowohl magnetischer Kreis als auch elektrischer Kreis sind, besteht aber trotzdem auch die Möglichkeit, die.koaxial zur Unterspannung swicklung angeordnete Oberspannungswicklung aus elektrischem Leitermaterial herzustellen. Die Unterspannungs« wicklung besteht aber auch hierbei aus den Magnetbandwickeln,

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des'magnetischen Kreises vermeidet die bereits'vorhandene Isolierschicht auf dem Magnetband Windungskurzschlüsse und gewährleistet, daß bei einem Stroiüfluß durch den Magnetbandwickel ein magnetischer Fluß entsteht, dessen Große von der Anzahl der Windungen des Magnetbandwickels abhängte

Im Vergleich zu den bisher "bekannten Ausführungen, bei denen jede Windung einer Wicklung bzw. Spule den gesamten Magnetfluß umschloß, verringert sich jetzt der umschlossene Magnetfluß bei jeder Windung des Magnetbandwickels, die näher zu seiner Achse liegt. Das bedeutet, die Windungsspannung ist nicht mehr wie bisher konstant, was bei der Auslegung des erfindungsgemäßen magnetischen Kreises zu beachten ist·

Da nunmehr die magnetischen Nichtleiter Kupfer und Aluminium durch Eisen ersetzt werden, wird der Stromfluß größer_o Das ist ebenfalls bei der Auslegung zu berücksichtigen und bedeutet, daß·der erfindungsgemäße magnetische Kreis besonders für elektrotechnische Apparate mit hohem induktiven Widerstand, wie z.B. Drosselspulen und Schweißtransformatoren, geeignet ist©

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen. näher erläutert werden* In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Figo 1 $ einen magnetischen Kreis, der zugleich elektrischer Kreis ist und bei dem die Unterspannungs~ wicklung aus einer Hälfte der Magnetbandwickel der Schenkel und Joche und die Oberspannungswicklung aus der zweiten Hälfte der Magnetbandwickel der Schenkel und Joche gebildet ist,

Pig. Zi den Schnitt A-A nach Figo 1,

Fig. 3: einen magnetischen Kreis, bei dem gegenüber Figo 1 die Oberspannungswicklung aus koaxial zu den Magnetbandwickeln, die die Unterspannungswicklung bilden, angeordneten Magnetbandwickeln besteht, wobei die Magnetbandwickel magnetisch jeweils in Reihe geschaltet sind.

Figo 1 zeigt einen magnetischen Kreis, der zugleich elektrischer Kreis ist» Dabei bestehen sowohl die Schenkel 1;1· als auch die bisher ausschließlich zur Führung des magnetischen.

Flusses dienenden Joche 2;2* aus Magnetbandwickeln 3;3^! sowie 4-;4'· Während die eine Hälfte des magnetischen Kreises, also der Magnetbandwickel 3 des Schenkels 1 und die Magnetbandwickel 4 der bisherigen Joche 2 die Unterspannungswicklung 5 bilden, wird die Oberspannungswicklung 6 durch den Magnetbandwickel 3^f des zweiten Schenkels 1' und durch die Magnetbandwickel 4¹ der bisherigen Joche 2^! gebildete Die Ecken ^dieses magnetischen Kreises sind durch Eckteile 7 gebildet, die aus geschichteten Blechen bestehen» Während die sich gegenüberstehenden Magnetbandwickel 4-;4^f der bisherigen Joche 2;2^f, also die Oberspannungswicklung 6 von der Unter—. Spannungswicklung 5 durch eine Hauptisolation 8 voneinander isoliert sind,* erfolgt die Isolierung der Magnetbandwickel 3;3^f sowie 4;4^f gegen die Eckteile 7 durch Isolierscheiben 9ο Wie in Verbindung mit Fig· 2 ersichtlich ist, erfolgt die eine Stromzuführung am als Aaßenanschluß 10 dienenden Ende der aus den Magnetbandwickeln 3*;4-* bestehenden Oberspannung swicklung 6 und die andere Stromzuführung an einer optimalen als InnenanschluB 11 dienenden Stelle zwischen Anfang und Ende der Magnetbandwickel 3*;4-*ο Obwohl das aus Figo 2 nicht weiter hervorgeht, ist in analoger Weise der Außenanschluß 10 sowie der Innenanschluß 11 auch an den Magnetbandwickeln 3 »4- vorgesehen, die die Unterspannungs~ wicklung bilden«, Die aus der Fig. 1 ersichtlichen Schaltverbindungen 12 der Magnetbandwickel 3';^' realisieren eine Reihenschaltung, die Schaltverbindungen 13 der Magnetbandwickel 3*4- eine Parallelschaltung, so daß ein Transformator, der vorzugsweise ein Schweißtransformator sein kann, mit einera Übersetzungsverhältnis von J,Ά entsteht* Selbstverständlich sind auch andere Unterteilungen der Magnetbandwickel 3?3^ι;4-;4' möglich, so daß auch Übersetzungsverhältnisse von 2, 3» 4, 5i 6 usw. realisierbar sindo

Während boi dem magnetischen Kreis nach Figo 1 die Magnet-"bandwickel 3;3^!; 4;4*, also die, die sowohl die Unterspannung swicklung 5 als auch die Oberspannungswicklung 6 bilden, gemeinsam magnetisch in Reihe liegen, ist aus der Figo 3 ©in magnetischer Kreis ersichtlich, bei dem zusätzlich und zwar

koaxial zu den Magnetbandwickein 3»3* j4-;4-^f der Fig. 1 weitere Magnetbandwickel 14-}14-* angeordnet sind, die ebenfalls magnetisch in Eeihe geschaltet sind und die überspannungswicklung 6 bilden« Demzufolge besteht der magnetische Kreis gemäß Fig. 3 sowohl aus magnetisch in Reihe geschalteten Magnetbandwickeln 14I14¹, die die Oberspannungswicklung 6 bilden und aus ebenfalls magnetisch in Reihe geschalteten Magnetbandwickeln 3;^zl·» die die Unterspannungswicklung 5 bilden. Bei dieser Ausbildung des magnetischen Kreises entspricht die Breite und Höhe der Eckteile 7 dem Durchmesser der Magnetbandwickel 3;4-;Ή»Ή^ι, die die Unterspannungswicklung 5 und die koaxial dazu angeordnete Oberspannungswicklung 6 bilden. Wie weiterhin Fig, 3 entnommen werden kann, sind die magnetisch in Reihe geschalteten, bisher ausschließlich als Joch dienenden Magnetbandwickel 4 gemeinsam mit den Magnetbandwickeln 14-' in axialer Richtung geteilt. In dem dadurch entstandenen Spalt 15 ist eine Isolation 16 vorgesehen. Werden auch die Schenkel 1 in axialer Richtung geteilt, so ist ebenfalls in dem dann, entstehenden Spalt eine Isolation vorzusehen« Auch bei diesem magnetischen Kreis sind die Magnetbandwickel 3»4 sowie 14-514-¹ gegen die Eckteile 7 durch Isolierscheiben 9 isoliert.

Durch die Erfindung wird somit ein magnetischer Kreis bereitgestellt, der in,seiner Gesamtheit, also auch im Bereich der bisherigen Joche zugleich elektrischer Kreis ist. Das aber bedeutet, daß die Herstellungskosten, besonders aber die Materialkosten erheblich reduziert werden,, Gleichzeitig ergeben sich somit aber auch geringere Abmessungen für den Transformator oder die Drosselspule. Gleichzeitig werden die magnetischen- und Wärmeverluste verringert©

Die geringere elektrische Leitfähigkeit der Magnetbandwickel im Vergleich zu den bisherigen Kupfer oder Aluminiumwicklungen führt zu keiner Erhöhung der Kurzschlußverluste, weil der für den Strom wirksame Leiterquerschnitt-(Magnetband-, dicke mal Magnetbandbreite) so groß gewählt werden kann, daß die Stromdichte ausreichend klein wird. Durch bedarfsweise

Parallelschaltung zweier oder mehrerer Windungen "beim Wickeln der Magnetbandwickel läßt sich die Stromdichte noch weiter erniedrigen·

Claims (1)

1. - 'IU

   Erfindungsanspruch

   1. Magnetischer Kreis, insbesondere für Drosselspulen und Schweißtransformatoren, "bei dem jeder der Schenkel sowie jedes Joch aus Magnetbandwickel bestehen, und die Magnetbandwickel der Schenkel zugleich elektrischer Kreis sind, gekennzeichnet dadurch, daß neben den Magnetbandwickeln (3»3^f) der Schenkel (1;1*) auch die Magnetbandwickel (4-;4-') der Joche (2;2*) sowohl magnetischer als auch elektrischer Kreis sind, wobei die Magnetbandwickel (3;3^t;^zJ-;^zi-¹) der Schenkel (1i1^s) und Joche (2J2*) magnetisch in Reihe geschaltet sind, und die Oberspannungswicklung (6) vorzugsweise entweder aus einer Hälfte der Magnetbandwickel (3*;4^!) der Schenkel (1¹) und Joche (4¹) besteht, während die Unterspannungswicklung (5) aus der zweiten Hälfte der Magnetbandwickel (3;4) der Schenkel (1) und Joche (4) gebildet ist, oder aber aus koaxial zu den Magnetbandwickeln Oi^) der Schenkel (1) und Joche (2) angeordneten weiteren Magnetbandwickeln (14J14·¹), die ebenfalls magnetisch in Reihe geschaltet sinde,

   Magnetischer Kreis nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei einer Ausbildung des magnetischen Kreises, bei der die eine Hälfte der Magnetbandwickel (3¹J^') der Schenkel (1') und Joche (2^!) zugleich die Oberspannungswicklung (6) und die zweite Hälfte der Magnetbandwickel (354) der Schenkel (1) und Joche (2) zugleich die Unterspannung swicklung (5) ist, die Magnetbandwickel (3;4-)» die zugleich Unterspannungswicklung (5) sind, in sich oder untereinander parallel geschaltet und die Magnetbandwickel (3^!;4-^f), die zugleich Oberspannungswicklung (6) sind, in Reihe geschaltet sind«,

   Magnetischer Kreis nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen den Magnetbandwickeln (4-J4·¹) der Joche (2;2')'öer beiden Hälften eine Hauptisolation (8) vorgesehen ist«

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   4» Magnetischer Kreis nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß die eine Stromzuführung am als Außenan— schloß (10) dienenden Ende einer jeden aus einem Magnetbandwickel (3>3^t*^;^^f) bestehenden Unter- bzw«, Überspannung swicklung (5;6) und die andere Stromzuführung vorzugsweise an einer optimalen, als Innenanschluß (11) dienenden Stelle zwischen Anfang und.Ende der Magnetbandwickel (3»3^l;4;4^f) vorgesehen ist»

   5· Magnetischer Kreis nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die magnetisch in Reihe geschalteten Magnetbandwickel (3;3^! »4;4·*) der Schenkel (1;1^f) und der Joche (2j2*) sowie die koaxial dazu angeordneten Magnetbandwickel (14;14') in axialer Sichtung geteilt sind und daß in dem jeweils durch die Teilung gebildeten Spalt (15) eine Isolation (16) vorgesehen ist·

   Magnetischer Kreis nach Punkt 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß die Ecken am Übergang eines jeden Magnetbandwickels (3»3^!)> eier jeweils einen Schenkel (1 ;1^f) bildet, zum jeweiligen Magnetbandwickel (4;4^!), der jeweils ein Joch (2;2') bildet oder zu diesem gehört, aus Eckteilen (7) bestehen, die aus geschichteten Blechen.zusammengesetzt sind.

   7« Magnetischer Kreis nach Punkt 1 und 2 sowie 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Breite und die Höhe der Eckteile (7) dem Durchmesser der Magnetbandwickel (3i4-;1'4}14^f) entspricht, die die Unterspannungswicklung (5) und die koaxial dazu angeordnete Oberspannungswicklung (6) bilden,,

   8« Magnetischer Kreis nach Punkt 1 bis 7> gekennzeichnet dadurch j daß zwischen den Eckteilen (7) und den Magnetbandwickeln (3s3* t'+'t¹+¹ ;'14;14^! ) 'Vorzugsweise Isolierscheiben (9) vorgesehen sind*

   9« Magnetischer Kreis' nach Punkt 1 sowie 4 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß bei koaxialex¹ Anordnung der Magnetband-

   Wickel (3;4·) die inneren^ die Schenkel (1) und Joche (2) bildenden Magnetbandwickel (3j4-) zugleich die Oberspannung-swicklung und die koaxial dazu angeordneten Magnetbandwickel (14-; 14*) zugleich die Unterspannungswicklung sind«

   Magnetischer Kreis nach Punkt 1 sowie 4- bis 6 und 8, gekennzeichnet dadurch, daß die koaxial zur Unterspannungswicklung (5) angeordnete OberSpannungswicklung (6) aus elektrischem Leitermaterial besteht, während die Unterspannung swicklung (5) durch die Magnetbandwickel (3*4·) der Schenkel (1) und Joche (2) gebildet ist»

   Hierzu JLSeiten Zeichnungen