DE2115574B2

DE2115574B2 - POWER TRANSFORMER FOR MEDIUM FREQUENCY

Info

Publication number: DE2115574B2
Application number: DE19712115574
Authority: DE
Inventors: Herbert 5630 Remscheid. H02m 1-00 Geisel
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1971-03-31
Filing date: 1971-03-31
Publication date: 1973-03-22
Also published as: DE2115574A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungstransformator für Mittelfrequenz, insbesondere zur Speisung von Induktoren für die induktive Erwärmung von Werkstücken oder zur Speisung von Mittelfrequenz-Induktionsöfen, mit insbesondere aus Ferrit bestehenden Kernelementen und flüssigkeitsgekühlten Wicklungsleitern. The invention relates to a power transformer for medium frequency, in particular for feeding Inductors for inductive heating of workpieces or for feeding medium-frequency induction furnaces, with core elements consisting in particular of ferrite and liquid-cooled winding conductors.

Bei einem bekannten Mittelfrequenz-Leistungstransformator dieser Art (französische Patentschrift 513 090) bestehen Primär- und Sekundärwicklung aus nebeneinander angeordneten Scheibenwicklungen, wobei sich Primär- und Sekundärteilwicklungen einander abwechseln. Die Wicklungsleiter werden dabei durch Kupferhohlprofile gebildet, die von Kühlwasser durchflossen sind. Für die magnetische Verkettung der Wicklungen dienen z. B. aus Ferrit bestehende Kernelemente, welche die Wicklungen rahmenartig umschließen. Bei einer anderen bevorzugten Wicklungsärt für Mitteifrequenztransformatoren werden Primär- und Sekundärwicklung aus einlagigen konzentrisch im geringen Abstand voneinander angeordneten Zylinderwicklungen gebildetIn a known medium-frequency power transformer of this type (French patent 513 090), the primary and secondary windings consist of disc windings arranged next to one another, primary and secondary part windings alternate with one another. The winding conductors will be formed by hollow copper profiles through which cooling water flows. For magnetic chaining the windings are used for. B. made of ferrite core elements that make up the windings enclose like a frame. Another preferred type of winding for mid-frequency transformers Primary and secondary windings are made of single-layer concentric with a small distance from each other arranged cylinder windings formed

Ein Hauptproblem, das sich bei solchen Mittelfrequeüz-Leistungstransformatoren stellt, besteht meist in der Aufgabe, die Eisenverhiste möglichstA major problem encountered with such medium frequency power transformers usually consists of the task of ironing out the iron as much as possible

ίο niedrig zu halten.ίο keep it low.

Zur Verringerung der Eisenverluste und damit zur Erreichung eines günstigen Leistungsgewichts des Transformators wird z. B. die im Kern entstehende Verlustwärme durch intensive Kühlung abgeführt.To reduce iron losses and thus to achieve a favorable power-to-weight ratio of the Transformer is z. B. the heat generated in the core dissipated by intensive cooling.

Eine solche Kühlung kann mit Hilfe von Kupferplatten erfolgen, die in gewissen Abständen zwischen den Trafoblechen des Blechpaket des Transformators eingelegt und die an ihren Rändern mit Kühlrohren verlötet sind.Such a cooling can be done with the help of copper plates, which are at certain distances between the The transformer sheets are inserted into the laminated core of the transformer and those on their edges with cooling tubes are soldered.

Die Erfahrung hat nun gezeigt, daß z. B. bei einem 0,35 mm starken Trafoblech, und wenn man Eisenverluste von 100 W/kg zuläßt, bei einem solchen Mittelfrequenztransformator nut einer Betriebsfrequenz von inOkHz eine magnetische Flußdichte von etwa 2000 Gauß erreicht werden kann.Experience has now shown that z. B. with a 0.35 mm thick transformer sheet, and if you have iron losses of 100 W / kg with such a medium-frequency transformer with an operating frequency of inOkHz a magnetic flux density of approx 2000 Gauss can be achieved.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Mittelfrequenz-Leistungstransformator anzugeben, der bei gleicher Leistung wesentlich kleinere Verluste und ein wesentlich kleineres Gewicht aufweist als die üblichen Mittelfrequenzleistungstransformatoren, und aus dem überdies aus einem System von wenigen normierten Transformatoreinheiten auf einfache Weise Transformatoren mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen bzw. unterschiedlicher Nennleistung aufgebaut werden können.The invention is now based on the object of specifying a medium-frequency power transformer, which has significantly lower losses and a significantly lower weight with the same performance than the usual medium frequency power transformers, and from this, moreover, from a system of a few standardized transformer units simple way transformers with different transformation ratios or different Nominal power can be built.

Der Mittelfrequenz-Leistungstransformator gemäß der Erfindung, mit der diese Aufgabe gelöst wird, ist gekennzeichnet durch mehrere mit ihren Wicklungen untereinander elektrisch verbundene, jeweils ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 aufweisende Transformatoreinheiten, welche jeweils zwei voneinander getrennte Wicklungen aufweisen, gebildet durch eine innere Leiterschleife mit zwei ineinander angeordneten, in etwa zylindermantelförmigen Leitern, die an einem Ende durch eine ringförmige Abschlußzone elektrisch miteinander verbunden und an dem von dieser Abschlußzone abgewandten Ende mit Anschlußleitern versehen sind und die an diesem anschlußseitigen Ende mit einem elektrisch isolierenden Teil zu einem mit Kühlmantelanschlüssen versehenen, ringförmigen Gefäß ergänzt sind welches den Transformatorkern enthält, sowie durch eine äußere Leiterschleife mit einem zylindermantelförroigen ersten Leiter, der den äußeren Leiter der inneren Leiterschleife umfaßt, und mit einem zweiten Leiter, der innerhalb des inneren Leiters der inneren Leiterschleife angeordnet ist, wobei die beiden Leiter der äußeren Leiterschleife Kühlkanäle aufweisen, an einem Ende durch eine ringförmige Abschlußzone eletkrisch miteinander verbunden und an dem von dieser Abschlußzone abgewandten Ende mit Anschlußleitern versehen sind.The medium frequency power transformer according to the invention, with which this object is achieved, is characterized by several with their windings electrically connected to one another, each one Transformer units with a 1: 1 ratio, which each have two separate windings, formed by one inner conductor loop with two nested conductors, approximately in the shape of a cylinder jacket, which are connected to one end electrically connected to one another by an annular termination zone and at that of this terminating zone facing away from the end are provided with connecting conductors and on this connection-side End with an electrically insulating part to one provided with cooling jacket connections, The ring-shaped vessel which contains the transformer core is supplemented, as well as by an outer one Conductor loop with a cylindrical shell first conductor, which is the outer conductor of the inner one Conductor loop comprises, and with a second conductor located within the inner conductor of the inner conductor loop is arranged, wherein the two conductors of the outer conductor loop have cooling channels one end electrically connected to one another by an annular closure zone and at that of this terminating zone facing away from the end are provided with connecting conductors.

Die Anwendung von topfartigen Leiterschleifen, d. h. von solchen, die zwei ineinander angeordneten zylindermantelförmige Leiter aufweisen, welche an einem Ende zur Bildung einer »Topfform« miteinander elektrisch verbunden und am anderen Ende zwei Anschlüsse aufweisen, ist zwar bei Drosselspu-The use of cup-like conductor loops, i. H. of those that are two nested Have cylindrical jacket-shaped conductors, which at one end to form a "pot shape" with each other electrically connected and have two connections at the other end, although the choke coil

len (deutsche Auslegeschiift 1 126 023) an sich bekannt, doch steht dort, im Gegensatz zur vorliegendpc Erfindung, die »Topffornyc einer guten Abführung der Verlustwärme entgegen.len (German Auslegeschiift 1 126 023) known per se, but there is, in contrast to the present pc Invention, the »Topffornyc a good dissipation of the heat loss.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Figuren eingehend erläutert.The invention is explained in detail below with reference to the figures.

Die F i g. 1 und 2 zeigen im Schnitt, bzw. teils im Grundriß und im Querschnitt eine Transformatoreiuheit mit zwei elektromagnetisch verketteten Leiterschleifen, die im Prinzip also einen Transformator mit eineoi Übersetzungsverhältnis 1:1 darstelltThe F i g. 1 and 2 show in section, or partly in plan and in cross section, a transformer unit with two electromagnetically linked conductor loops, which are basically a transformer with a transmission ratio of 1: 1

Die eine Leiterschleife besteht aus einem kreiszylindrischen, einen seitlichen Schlitz 1 aufweisenden Mantelleiter 2 aus Kupferblech, der an seinem einen (in F i g. 1 oberen) Ende in eine Endplatte als ringförmige Abschlußzone 3 übergelit, sowie aus einem konzentrisch angeordneten Kupferrohr als Rohrleiter 4, das mit Hilfe einer Gewindemuffe 5 bzw. Mutter 6 mit der Endplatte 3 elektrisch leitend verschraubt ist. Der Mantelleiter 2 und der Rohrleiter 4 sind mit zugehörigen Anschlußlaschen als Anschlußleiter 7, 8 versehen, welche durch eine elektrisch isolierende Zwischenlage 9 voneinander getrennt sind.One conductor loop consists of a circular-cylindrical sheathed conductor 2 made of sheet copper with a lateral slot 1, which at its one end (upper end in FIG. 1) merges into an end plate as an annular closure zone 3, as well as a concentrically arranged copper pipe as a pipe conductor 4 , which is screwed to the end plate 3 in an electrically conductive manner with the aid of a threaded sleeve 5 or nut 6. The sheathed conductor 2 and the pipe conductor 4 are provided with associated connection tabs as connection conductors 7, 8, which are separated from one another by an electrically insulating intermediate layer 9.

Die zweite Leiterschleife weist zwei konzentrische Rohrleiter 10, 11 auf, die im Raum zwischen dem äußeren Mantelleiter 2 und dem inneren Rohrleiter 4 der ersten Leiterschleife angeordnet und mit Hilfe von zylindrischen elektrischen Isolierungen 12. 13 auf Abstand gehauen werden. Die Rohrleiter 10, 11 sind dabei an dem einen (in Fig. 1 unteren) Ende durch einen elektrisch leitenden Böden 14 zur Leiterschleife verbunden, welche an dem anderen (Fig. 2 oberen) Ende durch einen Deckelteil 15 aus elektrisch isolierenden Material zu einem abgeschlossenen ringförmigen Behälter ergänzt ist. Der elektrische Anschluß dieser zweiten Leiterschleife erfolgt über zwei, in der Nähe des Deckelteils 15 mit den Rohrleitern 10,11 verbundenen und durch eine elektrische Isolierung 16 voneinander getrennten Anschlußlaschen als Anschlußleiter 17, 18, die radial durch den seitlichen Schlitz 1 im Mantelleiter 2 hindurch nach außen ragen.The second conductor loop has two concentric pipe conductors 10, 11, which in the space between the arranged outer sheathed conductor 2 and the inner tubular conductor 4 of the first conductor loop and with With the help of cylindrical electrical insulation 12, 13 can be cut at a distance. The pipe ladder 10, 11 are at one end (lower in FIG. 1) through an electrically conductive base 14 to the conductor loop connected, which at the other (Fig. 2 upper) end by a cover part 15 from electrically insulating material is supplemented to form a closed annular container. The electric one This second conductor loop is connected via two, in the vicinity of the cover part 15 with the pipe conductors 10,11 connected and separated from one another by electrical insulation 16 connecting tabs as connecting conductors 17, 18, which radially through the side slot 1 in the sheathed conductor 2 protrude through to the outside.

Zur elektromagnetischen Vei kettung der beiden Leiter dienen mehrere zwischen den Rohrlei tern IO und 11 in dem ringförmigen Behälter der zweiten Leiterschleife in Form eines Stapels angeordnete Ferritringe als Transformatorkern 19, die während des Betriebes von einer Kühlflüssigkeit umspült werden, welche über Kühlmittelanschlüsse 20, 21 durch den Behälter geleitet wird und dabei die in den Ferritringen des Transformatorkerns 19 sowie in der zweiten Leiterschleife cntsteücüuc Veriuftwänne abführt. Zur Kühlung der ersten Leiterschleife sind auf dem äußeren Mantelleiter 2 zwei sich in axialer Richtung erstreckende Kühlrohre 22 angelötet, die im Bereich der Endplatte als Abschlußzone 3 des Mantelleiters 2 durch ein halbkreisförmiges Rohrstück 23 zu einer Küblmittelschleife verbunden sind. Durch den inneren Rohrleiter 4 wird als zusätzliche Kühlung der ersten Leiterschleife gleichfalls eine Kühlflüssigkeit geleitet.For the electromagnetic chaining of the two conductors, several IO conductors are used between the pipelines and 11 arranged in the annular container of the second conductor loop in the form of a stack Ferrite rings as transformer core 19, which are surrounded by a cooling liquid during operation, which is passed through the container via coolant connections 20, 21 and that in the ferrite rings of the transformer core 19 as well as in the second conductor loop cntsteücüuc dissipates Veriuftwänne. To cool the first conductor loop, two are on the outer sheathed conductor 2 in the axial direction extending cooling tubes 22 are soldered on, which in the region of the end plate as a terminating zone 3 of the sheathed conductor 2 are connected by a semicircular piece of pipe 23 to form a Küblmittelschleife. By the inner pipe conductor 4 is also a cooling liquid as additional cooling of the first conductor loop directed.

Mehrere z. B. eine Anzahl η Transformatoreinheiten gemäß den Fig. 1 und 2, können auf einfache Weise dadurch zu einem Transformator mit dem Übersetzungsverhältnis η: 1 zusammengeschaltet weiden, daß man ihre primären Leiterschleifen in Reihe und ihre sekundären Leiterschleifen parallel schaltet. Die F i g. 3 bis 5 zeigen nun eine vorteilhafte Zusammenschaltung von vier identischen Transformatoreinheiten zu einem Transformator mit dem Über-Setzungsverhältnis 4:1. Die Transformatoreinheiten sind dabei zur besseren Übersichtlichkeit nur in den Umrissen, die elektrischen Verbindungen aber im Detail dargestellt. Fig. 4 zeigt die Anordnung im Grundriß, während in den Fig. 3 und 5 ihr primärseitiges bzw. sekundärseitiges Ende im Aufriß dargestellt ist.Several z. B. a number η transformer units according to FIGS. 1 and 2, can be simple Way through this we are interconnected to a transformer with the transformation ratio η: 1, that their primary loops are connected in series and their secondary loops are connected in parallel. The F i g. 3 to 5 now show an advantageous interconnection of four identical transformer units to a transformer with a transformation ratio of 4: 1. The transformer units are only in outline for better clarity, but the electrical connections are in Detail shown. Fig. 4 shows the arrangement in plan, while in Figs. 3 and 5 its primary side or secondary end is shown in elevation.

Die vier Transformatoreinheiten 24 sind mit parallelen Achsen in eine Reihe nebeneinander angeordnet. Ihre primärseitigen Anschlußlaschen 17, 18 (Fig. 3) weisen (im Gegensatz zur Ausführung nach F i g. 2) einen genügend großen Abstand voneinander auf, um zwischen sich gekröpfte Verbindungsstücke 25 aufzunehmen, welche die Laschen 17 der ersten drei Transformatoreinheiten mit den Laschen 18 der jeweils nächsten Transformatoreinheit verbinden. Die Lasche 17 der ersten Transformatoreinheit und Lasche 18 der letzten Transformatoreinheit sind mit winkelförmigen Kontaktstücken 26 verbunden, die als Anschlüsse für die Reihenschaltung dienen. Anschlußlaschen 17, 18, Verbindungsstücke 25 und Kontaktstücke 26, sowie eine Anzahl von plattenförmigen Isolierstücken werden dabei miteinander zu stabilen Paketen verschraubt.The four transformer units 24 are arranged in a row next to one another with parallel axes. Your primary-side connection lugs 17, 18 (Fig. 3) show (in contrast to the embodiment F i g. 2) a sufficiently large distance from one another to allow cranked connecting pieces between them 25 to accommodate the tabs 17 of the first three transformer units with the tabs 18 of the Connect the next transformer unit in each case. The tab 17 of the first transformer unit and Lugs 18 of the last transformer unit are connected to angular contact pieces 26 which serve as connections for the series connection. Connection lugs 17, 18, connectors 25 and Contact pieces 26, as well as a number of plate-shaped insulating pieces are thereby to one another sturdy packages screwed together.

Die Parallelschaltung der sekundärseitigen An-The parallel connection of the secondary

schlußlasche 7, 8 der Transformatoreinheit 24 erfolgt mittels zweier Kupferplatten 27 (siehe F i g. 5), die beiderseits außen an diesen Anschlußlaschen 7, 8 anliegend, mit diesen bzw. mit durch eine elektrisch isolierende Zwischenlage 28 voneinander getrenntenClosing tab 7, 8 of the transformer unit 24 takes place by means of two copper plates 27 (see FIG. 5), the on both sides on the outside of these connecting lugs 7, 8, with these or with an electrically insulating intermediate layer 28 separated from each other

Kontaktstücken 29 zur Bildung von guten eletkrischen Verbindungen verschraubt sind.Contact pieces 29 are screwed to form good electrical connections.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Power transformer for medium frequency, in particular for feeding inductors for inductive heating of workpieces or for Supply of medium-frequency induction furnaces, with core elements consisting in particular of ferrite and liquid-cooled winding conductors, characterized by several with their Windings electrically connected to one another, each with a transmission ratio of 1: 1 Transformer units, each of which has two separate windings, formed by an inner conductor loop with two one inside the other, approximately in the shape of a cylinder jacket Conductors (10, 11) which are electrically connected to one another at one end by an annular terminating zone (14) and to which from this end zone (14) facing away from the end with connecting conductors (17, 18) are provided and at this connection-side end with an electrically insulating part (15) to one with Coolant connections (20, 21) provided, annular vessel are supplemented, which the transformer core (19), as well as by an outer conductor loop with a cylinder jacket-shaped first conductor (2) which comprises the outer conductor (11) of the inner conductor loop, and with a second conductor (4) which is inside the inner conductor (10) of the inner conductor loop is arranged, wherein the two conductors (2, 4) of the outer conductor loop have cooling channels (22, 23), electrically connected to one another at one end by an annular closure zone (3) and provided with connecting conductors (7, 8) at the end facing away from this shut-off zone (3) are.

2. Power transformer according to claim 1, characterized in that it is for a gear ratio n: l has a number η transformer units, each with a primary and a secondary conductor loop, the primary conductor loops forming the transformer input circuit electrically in series, and the secondary conductor loops to form the transformer output circuit are connected in parallel.