DE2145129A1 - Geteilter kernblechschnitt fuer transformatoren - Google Patents

Description

• Geteilter Kernblechschnitt für Transformatoren Die Erfindung bezieht sich auf einen geteilten Eernblechschnitt gemäß Hauptpatent ( Hauptpatentanmeldung 2I39oIo. 3 vom 4.8.1971 ..........) r bei dem der Kernblechschnitt bzw.
• das Kernblech in einer äußeren Rahmen-oder Mante lform mit einem oder mehreren Innenteilen in vorzugsweise Doppel-T - Form vorliegt und wobei sich die Trennfuge bzw.
• Restluftspalte ( siehe Definition im Hauptpatent ) zwischen Innen-und Außenteil befinden Der Kernblechschnitt dieser grundsätzlichen Form ist aus der Entwicklung längs- oder quergeschachtelter Kerne von induktiven Vorschaltgeräten für Entladungslampen her bekannt Allerdings muss man hier einschränkend beachten, daß es sich bei diesen Geräten lediglich und ausschließlich um die Gestaltung von ferromagnetischen Kernen oder Kreisen mit sich aus gegebenen Kennlinienvorschriften der Betriebvinduktivitäten über der anstehenden Spannung ( L = i(UD) und damit zugleich aus dem gewollten Verlauf der Strom/Spannunga-Kennlinie ( 1 = f (UD) ergebenden mono-,bi-oder poliplazierten Betriebs luftspalten handelt ; mit welcher Maßnahme ausschließlich der diese Beziehungen kontrollierende Verlauf der Magnetisierungskennlinie B = f(H) überhaupt bestimmbar und skalar einstellbar werden kann Die Betriebsluftspalte (siehe Definition im Hauptpatent ) sind hier zwingend erforderlich und in der einfachen, zweifachen bzw. mehrfachen Anordnung verwendet worden Diese kennlinienbedingten n Betriebsluftspalte " ( im Gegensatz zu den durch unvermeidliche mechanisch und stanztechnisch hervorgerufenen"Restluftspalten " ) mit ihren endlichen geometrischen Werten der magnetischen (Luftspalt-) Weglängen dieser Schnitte bzw. Kernbleche präsentieren sich daher bei gegebener Kennlinie des luftspatSosen Ferromagnetikums derselben geometrischen Form als Stellglieder für 1.) den Wert der Betriebsinduktanz 2.) den Verlauf der Betriebsinduktanz über der anstehenden Spannung, Anders ist jedoch die Aufgabe, die sich die Erfindung gestellt hat. Es geht hier um die Züchtung optimaler Ubertragungsbedingungen für induktive (elektromagnetische ) Energiewandler ( Transformatoren, Übertrager, Strom-und Spannungswandler ) , die elektrische Energie aus gegebener, anstehender Spannungsebene in andere gewollte Spannungsebenen zu übertragen (transformieren ) haben.
• Vorstehend präsentiert sich hierbei die Forderung nach möglichst hoher -nicht mehr finiter- PrimAr-Quer-Induktanz im Verhältnis zum primären Nennlast-Widerstand der Anordnung.
• Es ist daher anzustreben, diesen Wert der PrimEr-Quer-Induktanz nach unendlich ( O) gehen zu lassen . Dies ist aus der Sicht des zugehörigen ferromagnetischen Kreises umso besser möglich, je kleiner die Summe der Effektivwerte der magnetischen Weglängen der "Restluftspalte " und damit auch die Summe der über diesen stehenden Magnetomotorischen Teilkräfte ( --Mpannungen ) wird.
• Das Vorhandensein von"RestluBtspalten n in geteilten Magnetkreisen oder geteilten Kernblechen ist geometrischmechanisch gegeben und unvermeidbar. Der Einfluß dieser "Restluftspaltef auf den Wert des magnetischen Widerstandes des Magnetkreises hängt jedoch nicht von ihrem geometrischen Wert ( der geometrischen magnetischen Weglänge des Luftspaltes ) ab , sondern von seinem magnetischen Effektivwert.
• Aus den Maxwell-Gleichungen folgt, daß der Wert der magnetischen Teilwiderstände an Unstetigkeitsstellen der (magnetischen ) Permeabilität eines beliebig gestalteten Magnetkreises sich anschreiben läßt mit Diese Relation gilt für feldstärkeäquipotentialen StX g .Sie stellt also einen Sonderfall dar ( und zwar den nach Maxwell ungünstigsten, eben gerade wegen des feldstärkeäquipotentialen Verlaufs der Stoßflächen ) aus der Summe der geometrisch möglichen Stoß-Flächen ( beliebig oder unendlich vielen lagen der Stoß-Ebenen ) Der generell zu erwartende Wert des magnetischen Geilwiderstandes an solchen Unstetigkeitsstellen der relativen Permeabilität läßt sich mit Einführung des Neigungs winkels n e( n der Trennflächen gegen eine Äquipotentialfläche der magnetischen Feldstärke darstellen mit Daraus ist abzulesen, daß der Einfluß des Restluftspaltes an einer beliebigen Stoßstelle der magnetischen Permeabilität nach Null geht, wenn Winkel ß nach 9o Grad geht Man kann auch folgern, daß sich die anteilige magnetomotorisihe Spannung an derartigen Stoßstellen um den Faktor cos2 α verringert oder auch , daß die magnetische Feldstärke nur orthogonal zur Trennfläche ansteht Da außerdem die relative Permeabilität des Ferromagnetikums in quer zur "Textur ( quer zur Walzrichtung des Bleches ) liegender Magnetisierungsrichtung--Je nach Silizierungsgrad und Walzverfahren » nur 1/3 bis 1/5 ihres Wertes in Texturrichtung beträgt, läßt sich durch Verlegen der Restluftspaltflächen oder -Ebenen in die geometrische Längsrichtung der Joche únd dadurch erzielte Verdrehung der Hauptfeldstärkerichtung um 9o Grad in die Texturrichtung der Jochverläufe, eine Verminderung der anteiligen magnetischen Widerstände der Jochabschnitt auf 1/3 bis 1/5 ihrer sonstigen Werte erzielen. Dabei muß durch geeignete geometrische Anordnung der Trennflächen feldstärke#äquipotentialen eiltrennflächen vorgebeugt werden , damit das angestrebte Ergebnis nicht verwässert wird , Mit MMK $ll.dl läßt sich somit einsehen, daß die über den Jochlängen anstehenden Teilbeträge der Gesamt-MMK des Magnetkreises sich auf die beschriebene Weise mindern lassen und damit bei unverändertem Fluß eine günstige Verminderung des Erregungsaufwndes erzielbar wird Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
• In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben.
• Es zeigen Fig. 1 einen Kernblechschnitt, bestehend aus einem äußeren Mantel 2 und einem Innenkern 1 Wie die Zeichnung erkennen läßt ragt der Innenkern 1 mit beiden pilzförmig gestalteten Enden 1'und 1tt weit in die Joche 2a,2b des geschlossenen Rahmens 2 hinein , wobei die Innenflanken (la,1b) als Begrenzungsstege für das Wickelkupfer des Transformators etc.
• ausgebildet sind, so daß hier besondere Spulenkörperflansche für die Wicklung beim Bewickeln entfallen können Die Die gebildeten Restluftspalte (siehe Definition, Auslegung, Berechnungen etc im Hauptpatent ) 3,31 zwischen den Enden 1',1'des Innenteils 1 und den Jochteilen 2a,2b; 2a',2b' des äußeren Rahmens 2 können kreis-, parabel-,hyperbelförmig oder auch logarithmischexponentiell-, oder sonstwie beliebig gekrümmt aber auch gerade , wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 angedeutet ist , sein Die Außenkanten des Blechrahmens 2 werden zwecks Erzielung einer besseren Kühlung (Luft, Öl ) des ransformators sinus-, mäander-, halbkreisbogen-bzw. trapezförmig oder ähnlich gewellt bzw. geformt geschnitten Auf diese Weise kann man bei der Wahl von einem sinusförmigen Konturenverlauf die wirksame Oberfläche gegenüber einer glatt geschnitten Kontur (ebene Kontur ) auf den doppelten Wert ve vergrößern. Der thermische Effekt ( verbesserte Anpassung an das Kühlmittel wie Luft Ö1, etc.) ist beim Gegenstand dieser Erfindungsausführung größer als bei allen bisher bekannten Ausführungsformen, bei denen zOB. besonders geformte Hüllen, Ableitbleohe etc, verwendet wurden.
• Mit 4,4t sind Löcher, bzw. Ausnehmungen bezeichnet, die in der magnetisch neutralen Mittellinie des Schnittes angeordnet sind.
• Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schnittes kann in der bereits im Haupt patent genannten Ausgestaltung der Relation der Querschnitte von Joch/und/oder Rückschlußschenkelund / oder Eantelquerschnitte zum Kern-oder Zungenquerschnitt liegen, . Anstatt den Mantel-oder Jochquerschnitt gleich der Hälfte des Kernquerschnittes zu machen, können diese Relationen verschieden gewählt werden, wie es aus der Fig, 1 auch ersichtlih ist.

Claims (5)

1. PATENT- (SCHUTZ) -ANSPRUCHE
2. 9 Geteilter Kernblechschnitt für Transformatoren gemaß Hauptpatent ( Hauptpatentanmeldung P 2 139 o10o3 vom 4.8.1971 . .) , bei dem der Kernblechschnitt bzw. das Kernblech aus einer äußeren Rahmen-oder Mantelform mit einem oder mehreren Kernteilen in vorzugsweise Doppel- T- Form besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kernteil (1) etwa pilzförmig weit in die Jochteile ( 2a,2b) des Rahmenteils (2) hineinragt, so daß Restluftspalte-Trennflächen ( 3,3' ) zwischen Joch und Kern entstehen, die vorzugsweise orthogonal zu einer bquipotentialfläche von magnetomotorischer Kraft ( und magnetischer Feldstärke ) verlaufen 2.
3. Geteilter Kernblechschnitt nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Plußverlauf über die Re B tluftspalt-2rennflächen (3,3') und im Nachbarbereich somit innerhalb der geometrisch quer zur Texturrichtung verlaufenden Joche (2a,2b) weitgehend in Texturrichtung gezwungen wird, so daß eine deutliche Verringerung der anteiligen magnetischen Widerstände der vier Jochteile (2a,2a'; 2b.2bt) bewirkt wird 3.
4. Geteilter Kernblechschnitt nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Restluftspalt-Trennlinien (3,3') in der jeweiligen einzelnen Blechebene über die Begrenzungskanten des Innenkern hinausreichen und zwar vorzugsweise bis an die inneren Begrenzungskanten ( 2c,2d; 2c',2d') der Rückschlußschenkel heran-oder auch über diese hinwegreichen ortetzung -Patentansprüche 44 Geteilter Kernblechschnitt nach Anspruxh 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Restluftspalt-2rennflächen- bzw.-Trennlinien (3,3t) vorzugsweise in die geometrische Mitte der Jochbreite gelegt sind.
5. 5. Geteilter Kernblechschnitt nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Restluftspalt-Trennlinien ( 3,3') orthogonal zu einer Äquipotentialfläche der magnetischen Joch-Feldstärke verlaufen und die Restluftspalt-Trennflächen (3,3') auf diese Weise zu Ebenen werden 6o Geteilter Kernblechschnitt nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Restluftspalt-Trennlinien ( 3,3') zu Kreis-, Parabel-,Hyperbel-oder ähnlichen Bögen abgewandelt werden oder aber logarithmischen, exponentiellen oder anders gekrümmten Verlauf erhalten, so daß die Restluftspallt-Trennflächen zu eindimensional gebriimmten Flächen werden0 7. Geteilter Kernblechschnitt nach Anspruch 1-#,6 dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflanken (1a,lb) der pilzförmigen Enden des Kernteils (1) als Begrenzungsstege für das Wickelkupfer dienen, so daß auch besondere Spulenkörperflansche entfallen können 8o Geteilter Kernblechschnitt nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkern (1) mit der Spulenwicklung durch die pilzförmige Ausbildung seiner Enden (1',1") bis in die Form der Innenflanken(la,lb) hinein, automatisch zwangsorientiert und im Rahmen festverriegelt werden Fortsetzung Patentansprüche . . . 9. Geteilter Kernblechschnitt nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Halterung der Armierungsteile der kompletten, fertigen Kerne notwendigen Aussparungen (4,4') für Schrauben, Nieten, oder für ähnliche Spannelemente in der magnetisch neutralen Kern-und /oder Joch-Zone angebracht werden, wodurch das Autreten magnetischer Störungszonen innerhalb des aktiven Ferromagnetikume weitgehend vermieden ist 10. Geteilter Kernblechschnitt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Verbesserung der Kühlung die Außenkanten der Rahmenbleche (2) ganz oder teilweise sinus-,mäander-, halbkreiebogen-, trape zförmig oder ähnlich geschnitten sind0 Leerseite