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Magnetischer Kreis für Dreiphasentransformatoren Die Erfindung betrifft
magnetische Kreise für D@re.iphasentransformatoren, insbesondere solche, deren Magnetbleche
orientierte Kristalle enthalten.
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Derartige Bleche werden bekanntlich durch Kaltwalzen .und geeignete
thermische Behandlung aus Ferrosiliziumblechen hergestellt, wobei durch das Walzen
die Orientierung der Kristalle erfolgt und die magnetischen Eigenschaften der Bleche
in Walzrichtung verbessert werden. Daher müssen zur Erzielung bester Wirkung die
magnetischen Kraftlinien in allen Punkten eines magnetischen Kreises zur Walzrichtung
der Bleche parallel verlaufen.
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Übliche Formen magnetischer Kreise aus nicht orientierten Blechen
sind bei orientierten Blechen nicht verwendbar, weil dann in einem großen Teil des
magnetischen Kreises die magnetischen Kraftlinien zur Walzrichtung der Bleche nicht
parallel laufen.
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Es sind bereits magnetische Kreise für Dreiphasentransformatoren bekannt,
die ebenfalls aus kaltgewalzten und somit orientierten Blechen bestehen. Diese Kreise
sind aber aus dir-ei einzelnen Kreisen derart zusammengesetzt, daß jeder Spulenkern
aus zwei nebeneinanderliegenden Teilen besteht. Bei dieser Ausbildung sind entweder
schädliche Luftspalte zwischen den Kernteilen vorhanden, oder die Kernteile müssen
durch eine besondere Formgebung der Einzelkreise hzw. durch zusätzliche magnetische
Füllkörper möglichst dicht miteinander verbunden werden, wobei trotzdem Trennfugen
zwischen den Teilen verbleiben.
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Die Erfindung geht einen neuen Weg und schafft einen magnetischen
Kreis für Dreiphasentransformatoren, bei: dem dieser aus Blechen gebildet ist, von
denen mindestens ein Teil in Form eines Flächenwinkels gefaltet ist, dessen Scheitel
im Kernkreis des Schenkels eingeschlossen ist und parallel zu dessen Mittelachse
liegt, während ein anderer Teil in der Verlängerung dieses Scheitels zur Bildung
von zwei Teilstücken gespalten ist, die, in eine zum Scheitel senkrechte Ebene umgelegt,
in dieser einen Teil des Joches bilden.
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Nähere Einzelheiten und weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der
nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor, in welchen
beispielsweise Ausführungsformen und die Herstellung solcher magnetischen Kreise
dargestellt sind. Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 einen Querschnitt durch einen
Kern eines magnetischen Kreises gemäß der Erfindung, Fig.2 eine perspektivische
Ansicht eines Blechelements, welches gemäß der Erfindung geformt ist, Fig.3 eine
Ansicht des Bleches vor der Faltung öc4,er.,Biegung zu dem Teil nach Fig. 2, Fig.
4 eine perspektivische Ansicht eines gemäß der Erfindung aus einzelnen Blechelementen
gebildeten Kreises, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Teiles des Magnetkreises,
Fig.6 eine schematische Darstellung, welche die Blechbearbeitung zur Herstellung
von Elementen des magnetischen Kreises zeigt, Fig.7 undi 8 perspektivische Ansichten
abgewandelter Ausführungen ziu derjenigen nach Fig. 5, Fig. 9 eine schematische
Darstellung, die den Weg der magnetischen Flüsse in einem magnetischen Kreis gemäß
der Erfindung zeigt, Fig.10 ein Vektord:iagramm der magnetischen Flüsse, Fig. 11
eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsabwandlung zu Fig. 2, Fig. 12
bis 15 perspektivische Darstellungen, welche die Herstellung eines magnetischen
Kreises in einer anderen abgewandelten Ausführungsart erkennen lassen.
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Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Aufstapelung von Blechen T, die unter
einem Flächenwinkel von 120° gebogen oder gefaltet sind .und deren Scheitel in H
liegt. Die Bleche T haben orientierte Kristalle, deren Orientierungsrichtung parallel
zu .dem Winkelscheitel verläuft. Die Breite H-G oder a,'jedes Blechflügels kann,
wie dargestellt, unterschiedlich sein, damit ein ausreichend gefüllter Kernquerschnitt
erreicht werden kann. Fig.1 zeigt als Beispi- eine angenähert kreisförmige Form.
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Fig.2 zeigt ein aus dem in Fig.3 dargestellten Blechstreifen gebogenes
Blech zur Herstellung eines
Kernelementes, wie es schematisch in
Fig. 4 dargestellt ist. Bei der Herstellung wird von einem in Fig. 3 dargestellten
Blech ausgegangen, in dem ein Teil von Punkt in bis Punkt 3 und von Punkt st bis
Punkt 4 gespalten ist. Die Punkte m, n, 3 und 4 liegen auf der Längsachse
des Bleches, wobei der Abstand zwischen den Punkten 3 und! 4 der Höhe des zu bildenden
Kernes entspricht, während die Länge der aufgespaltenen Teile 3 und m bzw. 4 und
za vorzugsweise etwa die halbe Länge der Jochzweige ausmacht.
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Die Blechteile, die beiderseits .der Einschnitte liegen, werden senkrecht
zur Scheitellinie H abgebogen. Darauf wird dts Blech längs der Linie H gebogen oder
gefaltet, so daß die Blechebenen den in Fig. 1 gezeigten Öffnungswinkel von 120°
bilden.
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Die Verfahrensschritte können gleichzeitig oder auch in einer von
der angegebenen Art abgeänderten Weise ausgeführt weedien.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, erhält man nach der Formung des Bleches ein
Element, bei dem die umgelegten Streifenteile 1-3 und 2-3 sowie 5-4 und 6-4 mit
ihren innenliegenden Kanten einen Winkel von 60° einschließen. Mit Blechelementen
dieser Art wird, wie Fig. 4 zeigt, ein magnetischer Kreis zusammengesetzt. Dabei
bilden die Elementmittelteile drei Teilkerne 1"1, 1V2, N3, während die unten und
oben abgebogenen Teile jeweils annähernd die Hälfe der Länge eines Jochelementes
C 1 bis C 6 bilden.
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Die unteren undioberen Joche bilden in diesem Falle ein gleichseitiges
Dreieck, das verschiedene Vorteile, insbesondere aber die folgenden hat: Gleichheit
der Teile, welche den magnetischen Kreis bilden minimales Gesamtgewicht der Joche;
minimaler Halbmesser des durch die Jochecken verlaufenden Kreises; gleiche magnetische
Verhältnisse in den drei Phasen des magnetischen Kreises.
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Der im Scheitel H gebildete Flächenwinkel kann natürlich auch einen
von 120° unterschiedlichen Wert haben, wodurch sich für die Joche auch gleichschenklige,
rechtwinklige oder andere beliebige Dreiecksformen ergeben.
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Der vollständiige Magnetkreis wird" durch eine entsprechende- Aufstapelung
aus Blechen gemäß der Erfindung hergestellt, wie es beispielsweise in Fig. 1 gezeigt
ist. In Fig. 5 ist eine solche Aufstapelung aus erfindungsgemäß geformten Blechen
in drei Absätzen gezeigt, wodurch der Kern N 1 und jeweils die halben Joche Cl und
C3 gebildet sind.
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Die äußeren Enden eines solchen Blechstapels sind vorzugsweise zur
Herstellung einer verzahnten oder d'achziegelartigen Verbindung mit den .Gegenelementen
gestaltet, damit sich. an .den Stoßsitel.len einwandfreie magnetische Verhältnisse
ergeben. Den verschiedenen aufeinanderfolgenden Blechen des. Stapels ist zu diesem
Zweck von vornherein die geeignete Länge gegeben.
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Eine derartige verzahnte oder dachziegelartige Verbindiung kann verschiedenartig
gestaltet und an verschiedenen Stellen des magnetischen Kreises vorgesehen sein.
Nach Fig. 5 wird die Verbindung in. den Jochelemcnten in der Jochmitte hergestellt.
In Fig. 7, die eine Abwandlung der Verbindung zeigt, sind die Enden der Bleche gestaffelt.
Die Verbindung der Bleche braucht, wie vorher bereits erwähnt, nicht in der Mitte
der Joche erfolgen, sondern kann auch an anderen Stellen vorgenommen werden.
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Nach Fig.8, die eine weitere Ausführungsform zeigt, liegt wenigstens
eine Verbindung, di.e aus einer Verzahnung J 1 und J 2 besteht, in dem Kern N 1.
Bei dieser Anordnung ist jedes Teilblech nach Fig.2 in zwei oder auch drei Teile
unterteilt. Gegebenenfalls kann dann bei dieser Ausführung jedes Jochelement, z.
B. C1 oder C3, über die ganze Länge des Joches aus einem Stück bestehen.
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Nach einer anderen Ausführung kann man auch gerade magnetische Verbindungen
benutzen, die stumpf aneinanderstoßen. In diesem Falle besteht der magnetische Kreis
aus mehreren Teilen, die an dien Verbindungsstellen zusammengedrückt gehalten werden.
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Erfindungsgemäß kann die Formgebung und die Aufstapelung der Bleche
in verschiedener Weise ausgeführt werden, wobei es möglich ist, mehrere Einzeloperationen
gleichzeitig auszuführen.
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In Fig. 6 ist eine derartige Herstellungsweise gezeigt. Bei dieser
Herstellung wird in an sich bekannter Weise ein Blechband von der Breite 2a in übereinanderliegenden
Windungen aufgewickelt, bis ein rechtwinkliger Rahmen von der Dicke e gebildet ist.
Der dann starr festgehaltene Rahmen erhält oben und unten zwei Einschnitte oder
Schlitze 3-m-3' und 4-n-4' in der mittleren Rahmenebene parallel zu der Ebene A-B-C;
darauf wird er durch zwei Schnitte in den Ebenen X-X und Y-Y senkrecht zu der Ebene
A-B-C auseinandergeschnitten.
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Die Rahmenteile sind dann voneinander getrennt, und nachdem sie unter
dem erwähnten Winkel von 120° umgebogen sind, bilden sie die Elemente nach Fig.2.
DieseElemente werden dann in der angegebenen dachziegelartigen Verbindung aufgestapelt.
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Nach einer anderen Ausführungsart gemäß den Fig. 12 bis 15 wird der
magnetische Kreis aus einem in Fig. 12 gezeigten Band gewickelt.
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In einem solchen Band werden Einschnitte 1-2-3 und 4-5-6-7 usw. an-gebracht.
Das Blech erhält darauf dien genannten Flächenwinkel von 120° zwischen dien Punkten
3 und 4 und über den Punkt 7 hinaus. Darauf werden die Teile 1-3 und 2-3 sowie die
Teile 4-5, 6-7 .und 4-7 .umgelegt, so daß man den Anfang eines Teilelementes, wie
es in Fig. 13 dargestellt ist, erhält. In dieser Figur sind in vollen Linien die
Teile des effektiv gebildeten Magnetkreises dargestellt und in gebrochenen Linien
die Teile dieses Kreises, die noch gebildet werden müssen, um die elementare Form
des Kreises zu erhalten.
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Von Punkt 7 ausgehend, der in Fig. 13 schon erreicht ist, wird die
Ausbildung des Kreises, wie in Fig. 14 gezeigt ist, in den Abschnitten 7-8-11 und
darüber hinaus fortgesetzt. Die Darstellung nach Fig. 14 ist gegenüber Fig. 13 im
Uhrzeigersinne um 120° um die vertikale Achse des Magnetkreises gedreht. Außerdem
sind die Teile 8-9 und 10-11 in der bereits beschriebenen Weise so umgelegt worden,
daß das Blechende 9 das Ende 2 und das Blechende 10 das Ende
1
berührt, wodurch teilweise das Teilelement in 1-10 und 2-9 gebildet ist.
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Die gleiche Maßnahme ist bezüglich der Einschnitte 12-13-14-15 fortzusetzen,
wie es Fig. 15 zeigt. In Fig. 15 ist der magnetische Kreis um weitere 120° um die
senkrechte Achse gedreht. Von Punkt 11 ausgehend (Fig. 14) wird die Faltung und
Umlegung dies Bleches in 11-12-15 fortgesetzt, wobei: das Ende 13 des Streifens
12-13 mit dem Ende 6 des Streifens 7-6 zur Berührung kommt. Die Dicke des Magnetkreises
beginnt sich schon an den Berührungsstehlen mit dien Teilen 4-5 ,u.nd 15-14 zu verdoppeln.
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Auf diese Weise nimmt die Dicke .des magnetischen Kreises nach und
nach zu.
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Man erhält auf diese Weise aus einem fortlaufenden Band, welches nirgends
in Querrichtung vollständig
geschnitten ist, einen magnetischen
Kreis, bei dem sich ungünstig auswirkende Verbindungsstellen wesentlich vermindert
sind.
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Um auf einem derartigen magnetischen Kreis die gewünschten Wicklungen
zur Herstellung des Transformators anzubringen, kann es vorteilhaft sein, die Wicklungen
direkt um die so gebildeten Kerne zu spulen. In gewissen Fällen kann es aber bequemer
sein, die Kerne in einer senkrechten Ebene zu unterteilen, damit sie in vorbereitete
Spulen eingesteckt werden können.
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Es kann auch vorteilhaft sein, die Spu.lung durch direkte Wicklung
.um die auf einen umlaufenden Dorn angebrachten Kerne herzustellen.
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Die Fig. 9 und 10 zeigen den Weg der magnetischen Flüsse im Kreis
und ein Vektordiagramm dieser Magnetflüsse. Die Magnetflüsse sind .mit dem Buchstaben
F bezeichnet, der mit den Merkzeichen des jeweils betrachteten Teiles des magnetischen
Kreises gekennzeichnet ist. Hierdurch ist die Verbindung zu einem der drei Kerne
N1-N2-N3 und dem einen der sechs Jochzweige C 1-C 2-C 3-C 4-C 5-C 6 erkennbar.
Die Flüsse FC4 z. B. stellen die Flüsse in dem Jochzweig C4 dar.
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Das Vektordiagramm nach Fig. 10 zeigt, daß die Magnetflüsse F C in
jedem Jochzweig im der Größe gleich sind. Für sie gilt
wobei FN der Magnetfluß im Kern ist.
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In den magnetischen Kreisen nach den Fig.5, 7 und 8 ist der Querschnitt
S C der Joche gleich der Hälfte des Querschnittes der Kerne SN. Daraus folgt, daß
die magnetische Induktion B C in den Jochen um 15% höher ist als die in den Kernen,
da ja
In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Induktion BC in den Jochen zu vermindern,
indem der Querschnitt der Joche vergrößert wird. Dies kann man d'adarch erreichen,
indem entweder zusätzliche Bleche in die Joche eingeführt werden oder auf andere
Weise ihre Stärke vergrößert wird', beispielsweise durch Verwendung breiterer Bleche
als in den Kernteilen.
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Fig.ll zeigt in einer analogen Darstellung zur Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel
eines gemäß der Erfindung hergestellten Teilbleches, dessen Jochteile
C 1-C 2-C 3-C 4 von der Breite l größer sind als die Halbbreite a
des Kernteiles. Wenn es angebracht ist, wird der nach der Erfindung hergestellte
magnetische Kreis nach der Herstellung einem Ausglühen unterworfen, welches die
inneren Spannungen des Bleches zum Verschwinden bringt und dazu führt, optimale
Werte für die Permeabilität bzw. Kleinstwerte für die Energieverluste im Magnetkreis
zu erhalten.
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Die Bleche werden gewöhnlich mit einem Anstrich versehen, welcher
neben ausreichender elektrischer Isolation sie miteinander verklebt, wodurch die
mechanische Festigkeit dies Magnetkreises vergrößert und beim Betrieb das Bmummgeräusch
des Transformators vermindert wird.