DE1563186A1

DE1563186A1 - Kern- und Wicklungsanordnung

Info

Publication number: DE1563186A1
Application number: DE19661563186
Authority: DE
Inventors: D Entremont Rfanklin Randolph
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-05-27
Filing date: 1966-04-27
Publication date: 1969-09-11
Also published as: US3353132A; BE681409A; GB1152186A

Description

Anmelder^General Electric Company, Schenectady, New York, N.Y. USA

Kern- und Wicklungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Kern- und Wicklungsanordnung, insbesondere Transformatorkerne mit streuflußunterdrückenden Wicklungen.

Viele Transformatoren, zum Beispiel Meßwandier, sind oft in der Nähe von anderen Leitungen geschaltet. Bekanntlich erzeugt ein in unmittelbarer Nähe eines Magnetkerns sich befindender stromführender Leiter einen elektromagnetischen Fluß in einem derartigen Kern. Dieser Fiuß bewirkt, daß der dem Leiter am nächsten liegende Abschnitt eine andere und gewöhnlich höhere Flußdichte aufweist, als wenn sich der Leiter in größerem Abstand vom Kern befinden würde. Dieser äußere Fluß wird gewöhnlich Streufluß genannt. Es ist ersichtlich, daß }e größer der durch den Leiter fließende Strom ist und je näher sich der Leiter am Kern befindet, desto größer der im Kern verlaufende Streufluß ist. Der Streufluß neigt dazu, den Strom zu vergrößern, der zur Erzeugung des normalen Flusses für den Betrieb des Kerns in einem Transformator notwendig ist.

In einem Meßwandler kann der Streufluß von einem benachbarten Leiter ernsthaft die Genauigkeit des Meßwandlers beeinträchtigen. Zum Beispiel erhöht ein Ansteigen des Erregerstroms das Verhältnis und den Phasenwinke !fehler des Meßwandlers. Das trifft besonders zu, wenn der benachbarte Leiter einen sehr hohen Strom führt, zum Beispiel von 20000 A. Daraus ist ersichtlich, daß besonders für Meßwandier ein Magnetkern benötigt wird, dessen Aufbau zusammen mit der Wicklung den Streufluß in derartigen Kernen reduziert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kern- und Wicklungsanordnung anzugeben, die den Streufluß von benachbarten Leitern reduziert. Weiter soll der Fluß in allen Teilen des Kerns gleich sein, wenn ein derartiger Kam einem Streufluß von

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benachbarten Leitern ausgesetzt ist. Ferner soll eine lokale Sättigung des Kerns in der Nähe benachbarter Leiter vermieden werden.

Ein Magnetkern gemäß der Erfindung ist mit fiußunterdrückenden HÜfswicklungen versehen. Diese HÜfswicklungen sind um den Kern gewickelt und so geschaltet, daß ein Strom durch die Wicklungen fließt,"der eine magnetomotorische Kraft im Kern erzeugt, die der den Streufluß verursachenden magnetomotorischen Kraft entgegengesetzt ist.

Eine Kern- und Wicklungsanordnung zur Reduzierung des Streuflusses von benachbarten Leitern mit einem Kern und darum gewickelten betriebsfähigen Spulen ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch um den Kern gewickelte flußunterdrUckende Wicklungen, die so gewickelt und verbunden sind, daß ein in ihnen von einem benachbarten Leiter verursachter Stromfluß eine magnetomotorische Kraft im Kern erzeugt, die entgegengesetzt zu der den Streufluß im Kern verursachenden magnetomotorischen Kraft ist.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen lameliierten Manteikern mit sich auf ihm befindenden flußunterdrückenden Wicklungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen lameliierten Ringkern mit sich auf ihm befindenden flußunterdrückenden Wicklungen gemäß der Erfindung; und

Fig. 3 den Einfluß der flußunterdrückenden Wicklung gemäß der Erfindung auf einen Ringkern wie von Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Mantelkern 10 abgebildet. Der Kern 10 weist Wicklungsschenkel 12,14 und Jochteiie 16,18 auf, die einen geschlossenen Magnetkern in bekannter Weise bilden. Der Kern 10 ist mit einer normalen Primär- und Sekundärwicklung (nicht abgebildet) versehen, so daß während des Betriebs des Kerns 10 als Transformator ein normaler Fluß im Magnetkern 10 im Uhrzeigersinn erzeugt wird, der durch die Pfeile 20 in den Jochteilen 16,18 angedeutet ist. Die normale Primär- und Sekundärwicklung um den Kern 10 ist nicht abgebildet, um das Verständnis der Zeichnung zu erleichtern, da derartige Wicklungen bekannt sind.

Ein stromführender Leiter 22 befindet sich in der Nähe des Kerns 10. Es ist ersichtlich, daß bei einem Stromfluß im Leiter 22 in Richtung aus der Zeichenebene, was üblicherweise durch einen Punkt 24 dargestellt ist, ein Fluß um den Leiter 22 im Gegenuhrzeigersinn erzeugt wird. Dieser Fluß ist durch die mit Pfeilen versehenen Flußlinien

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dargestellt. Wenn der Strom in der entgegengesetzten Richtung fließen sollte, d.h. zur Zeichenebene hin, würde der erzeugte Fluß in der entgegengesetzten Richtung verlaufen. Wo der Fluß, der durch die Linien 26 dargestellt ist, in den Kern 10 eintritt, tritt ein Streufluß auf. Es ist ersichtlich, daß der. Streufluß die Flußdichte im Wicklungsschenkel 12 erhöht, während die Flußdichte im Wicklungsschenkel 14 reduziert wird. Das heißt, der Streufluß verläuft im Wicklungsschenkel 12 in der gleichen Richtung wie der normale Fluß und im Wicklungsschenkel 14 entgegengesetzt zum normalen Fluß. Es 1st ersichtlich, daß durch den Streufluß im Wicklungsschenkel 12 ein gegenüber dem normalen Fluß höherer Fluß ist, der, wenn er groß genug ist, tatsächlich den Wicklungsschenkel 12 sättigt. Der Wicklungsschenkel 14 benötigt daher einen größeren A

Erregerstrom, um einen ausreichenden normalen Fluß entgegengesetzt zum Streufluß für den Betrieb des Kerns 10 zu erzeugen.

Um den Streufluß 26 zu reduzieren, sind flußunterdrückende oder kompensierende Wicklungen um den Kern 10 gewickelt. In dem in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel sind zwei flußunterdrückende Wicklungen 28,30 abgebildet. Die flußunterdrückende Wicklung 28 ist um den Wicklungsschenkel 12 gewickelt, während die flußunterdrUckende Wicklung 30 um den Wicklungsschenkel 14 gewickelt ist. Es ist ersichtlich, daß die Wicklungen 28 und 30 entgegengesetzt gewickelt sind, die Wicklung 28 ist von der Stelle 32 ausgehend im wesentlichen im Uhrzeigersinn um den Schenkel 12 gewickelt, während die Wicklung 30 von der Stelle 34 ausgehend im wesentlichen im Gegenuhrzeigersinn um den Wicklungsschenkel 14 gewickelt ist. Es ist ersichtlich, daß der Fluß 26 eine Spannung und einen Strom in der Wicklung 28 erzeugt, die einen Fluß 36 » im Wicklungsschenkel 12 entgegengesetztem Streufluß erzeugen. Es ist ersichtlich, daß der durch die flußunterdrückende Wicklung 28 erzeugte Fluß entgegengesetzt zum Streufluß ist und daher effektiv den Streufluß im Wicklungsschenkel 12 reduziert. In ähnlicher Weise erzeugen die in der Wicklung 30 erzeugte Spannung und Strom einen Fluß im Wicklungsschenkel 14, der entgegengesetzt zum Streufluß in diesem Wicklungsschenkel ist. Es ist daher ersichtlich, daß durch Verwendung der flußunterdrückenden Wicklung 28,30 auf den Wicklungsschenkeln 12,14 im Kern 10 der Streufluß durch einen benachbarten Leiter 22 sehr stark reduziert werden kann.

Die Anfangsenden 32,34 der Wicklungen 28,30 sind miteinander über die Leitung verbunden, während die Enden der Wicklungen 28,30 Über die Leitung 42 miteinander verbunden sind. Es ist daher-ersichtlich, daß die flußunterdrückenden Wicklungen 28,30

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entgegengesetzt zum normalen Fluß im Kern 10 verbunden sind, so daß jede durch den normalen Fluß im Kern 10 in diesen Wicklungen erzeugte Spannung zueinander entgegengesetzt ist und daher keinen Strom in den Wicklungen 28,30 verursacht. Es ist weiter ersichtlich, daß die flußunterdrückenden Wicklungen um den Kern 10 in der abgebildeten Weise angebracht werden können, wodurch der Streufluß effektiv reduziert wird, während gleichzeitig der normale Betrieb des Kerns unbeeinflußt bleibt.

In Fig. 2 ist ein !ameliierter Ringkern 50 abgebildet. Der Kern 50 ist mit einer Primär- und Sekundärwicklung (nicht abgebildet) versehen, um einen normalen Fluß im Kern im Uhrzeigersinn zu erzeugen, was durch die Pfeile 52 angedeutet ist. Ein strom-

* führender Leiter 54 befindet sich in der Nähe des Transformators, wobei der Strom aus

der Zeichenebene herausfließt, was durch den Punkt 56 angedeutet ist. Dieser erzeugt einen Streufluß im Gegenuhrzeigersinn, was durch die mit Pfeilen versehenen Linien 60 dargestellt ist. Flußunterdrückende Wicklungen befinden sich um den Kern 50, um den Sfreufluß im Kern sehr stark zu reduzieren. In Fig. 2 sind die flußunterdrückenden Wicklungen als Wicklungen 62,64 abgebildet, von denen jede im wesentlichen um eine Hälfte des Kerns 50 gewickelt ist. Es ist ersichtlich, daß die Wicklung 62 von der Stelle 66 ausgeht und im Gegenuhrzeigersinn um den Kern 50 bis zum Ende 68 gewickelt ist. Die Wicklung 64 beginnt an der Stelle 70 und ist im Uhrzeigersinn um die andere Hälfte des Kerns bis zum Ende 72 gewickelt. Es ist ersichtlich, daß die Wicklung 62 in ihrem Teil des Kerns 50 einen Fluß 74 im Gegenuhrzeigersinn erzeugt, der entgegengesetzt zum Streufluß in diesem Teil des Kerns 50 gerichtet ist. Die ffußunterdrüdeende Wicklung

' 64 erzeugt einen Fluß 76 in ihrem Teil des Kerns im Uhrzeigersinn. Daher erzeugt [ede

flußunferdrüekende Wicklung 62,64 einen Ffuß rm Kern 50 in einer Richtung, die dem vom stromführenden Leiter 56 erzeugten Streuffuß entgegengesetzt ist. Aus Fig. 2 Ist weiter ersfchffJeh, daß die Anfangspunkte 66,70 der Wicklungen 62,64 durch eimn Leiter 7$ verbunden sind, während die Endpunkte 68,72 der Wickiungert durch einen Letter 80 verbunden sind. Auf diese Weise sind die Wicklungen 62 und 64 derart verbunden/ daß die in den Wicklungen 62,64 durch dm normalen Fluß des Kerns 50 erzeugte« %anrtung#n entgegengesetzt sind und kein Sfrom in den Wicklungen 64,62 durch normaler» Ffuß im Kern 50 ffießf _#

L· Nt weiter ersichtlich, daß an einem Ringkern weitere flüßtmferdVöefeende Wicklungen angebracht werden können, wenn es gewünscht Ut _# Zum Beispiel körtnerf drei ' öder vier ff u$unferdrückende Wick(ungen hirtzygefügf werden, wake? eVei Wicklungen

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ungefähr entlang 120 des Kerns justiert sind, während die vier Wicklungen ungefähr jeweils entlang 90 des Kerns gewickelt sind. In allen Fällen sind die Wicklungen so gewickelt und miteinander verbunden, daß sie einen Fluß im Kern erzeugen, der entgegengesetzt zu irgendeinem Streufluß ist. Sie werden jedoch entgegengesetzt gewickelt, so daß der normale Fluß des Kerns entgegengesetzte Spannungen in den Wicklungen erzeugt, wodurch jeder Stromfluß in den flußunterdrückenden Wicklungen vermieden wird.

In Fig. 3 sind Kurven abgebildet, die die Leistungsfähigkeit der flußunterdrUckenden Wicklungen gemäß der Erfindung bei der Reduzierung des Streuflusses in einem Ringkern durch einen benachbarten Leiter zeigen. Die Versuche wurden mit einem Ringkern ähnlich dem von Fig. 2 durchgeführt, wobei der benachbarte Leiter J

die in Fig. 2 abgebildete Lage einnahm. Die Flußmessungen wurden am Kern vorgenommen, dabei entspricht die 0 -Lage demjenigen Teil des Kerns, der direkt zum Leiter 54 benachbart ist, während die 180 -Lage dem entgegengesetzten Teil des Kerns entspricht, was durch Fig. 2 erläutert wird. Eine Kurve 90 in Fig. 3 zeigt den Streufluß infolge eines benachbarten Leiters ohne flußunterdrückende Wicklung. Es ist ersichtlich, daß in der 0 -Lage der Streufluß im Kern ca. 1600 Gauss/cm für einen Strom von jeweils 1000 A im benachbarten Leiter beträgt. In der 180°-Lage beträgt der Streufluß ca.

600 Gauss/cm für einen Strom von jeweils 1000 A im benachbarten Leiter. Wenn die flußunterdrückenden Wicklungen in der beschriebenen Weise am Kern angebracht sind, ist der Streufluß von einem benachbarten Leiter sehr stark reduziert. Das zeigt eine

Kurve 92 von Fig. 3. Dieser Kurve kann entnommen werden, daß der Streufluß in der ,

0°-Lage auf ca. 800 Gauss/cm für einen Strom von jeweils 1000 A im benachbarten Leiter reduziert worden ist. Ähnlich beträgt in der 180 -Lage der Streufluß weniger als

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200 Gauss/cm für einen Strom von jeweils 1000 A im benachbarten Leiter. Durch die flußunterdrückende Wicklung gemäß der Erfindung wurde also der Streufluß bei den in Fig. 3 angegebenen Versuchen um ungefähr 50% reduziert.

Aus der vorangegangenen Beschreibung der Erfindung ist ersichtlich, daß durch Verwendung von flußunferdrückenden oder kompensierenden Wicklungen der Streufluß in Magnetkernen sehr stark reduziert werden kann.

Patentanspruch

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Claims

25. November 1968 EH/AX P 15 63 186.4 Meine Akte: G-1597

Patentanspruch

Kern- und Wicklungsanordnung mit einem Kern, auf den Transformatorwicklungen und Wicklungen zur Unterdrückung eines von benachbarten, getrennten, stromführenden Leitern hervorgerufenen magnetischen Streuflusses im Kern gewickelt sind, gekennzeichnet durch mindestens zwei streuflußunterdrückende Wicklungen (28,30; 62,64) auf dem Kern (10;50), die einen geschlossenen Stromkreis bilden und so entgegengesetzt gewickelt sind, daß der normale Fluß durch den Kern entgegengesetzte ψ Spannungen in den streuflußunterdrückenden Wicklungen induziert, sowie in dem von

dem Streufluß der benachbarten Leiter (22;54) erfaßten Raum angeordnet sind, wobei der Streufluß der benachbarten Leiter eine solche Spannung und damit einen solchen Strom in den streuflußunterdrückenden Wicklungen induziert, daß im Kern ein Fluß entgegengesetzt zu dem durch die benachbarten Leiter in dem Kern induzierten Streufluß erzeugt wird.

:.I3 Unterlagen (Art.7|}1 Abs.2Nr.1Satz3de8Änderunfl«eM.v.4.9.1967)

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