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"Eisenkern für einen Hochspannungstransformator niedriger
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Leistung" Die Erfindung betrifft einen Eisenkern für einen Hochspannungstransformator
niedriger Leistung mit aus ebenen weichmagnetischen Blechen zusammengesetzten Jochen
und zwischen den Jochen angeordneten, ebenfalls aus weichmagnetischen Blechen bestehenden
Schenkeln. Als Hochspannungstransformator "für niedrige Leistungen ist dabei ein
Transformator bezeichnet, wie er z.B. in der Röntgentechnik für die Röntgengeneratoren
benötigt wird, d.h. ein Transformator, der kurzzeitig (einige zehntel Sekunden)
Leistungen bis in die Größenordnungen von 150 kW überträgt und der Spannungen von
einigen 100 V auf der PrimärseLte bei Netzfrequenz in eine Spannung in der Größe
von 150 kV transformiert.
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Derartige Eisenkerne werden beispielsweise für die Transformatoren
von Röntgengeneratoren benutzt. Die Schenkel, über die vor der Verbindung mit den
Jochen die Transformatorwicklungen
geschoben werden, bestehen dabei
ebenfalls aus ebenen Blechen und haben einen stufenförmigen Aufbau, d.h. an das
Blechpaket in der Mitte, dessen Bleche die größte Breite haben, schließen sich symmetrisch
Blechpakete mit geringerer Breite an, wobei die Gesamtdicke aller Blechpakete etwa
der Breite des mittleren Blechpaketes entspricht. Die Blechpakete sind relativ scharfkantig,
so daß zur Vermeidung von Beschädigungen der Transformatorwicklung entweder die
Blechkanten abgerundet werden müssen oder Zwischenlagen zwischen den Schenkeln und
den Wicklungen verwendet werden müssen, wodurch der Aufbau noch voluminöser wird.
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Durch Verwendung einer Vielzahl von Blechpaketen mit unterschiedlich
abgestuften Breiten, derart, daß sich ein nahezu kreisförmiger Querschnitt ergibt,könnte
das Volumen zwar verringert und ein stärkeres Knicken der einzelnen Windungen an
den Ubergängen der Stufen vermieden werden, doch würde dadurch die Herstellung wesentlich
verteuert.
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Es sind auch schon Schenkel mit praktisch kreisförmigem Querschnitt
unter Verwendung von Blechen mit nahezu L-förmigen Profil bekannt. Bei der Herstellung
werden zunächst vier L-förmige Bleche mit jeweils den gleichen Profilabmessungen
zusammengesetzt, wobei jedes Blech mit jeweils einer Ebene an die entsprechende
Ebene der benachbarten Bleche angrenzt. In jedes dieser vier L-Profilbleche müssen
dann weitere L-Profilbleche eingelegt werden, deren Abmessungen von innen nach außen
abnehmen, derart, daß sich ein kreisförmiger Querschnitt ergibt. Die Herstellung
dieser Schenkel ist aber sehr teuer.
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Es sind weiterhin Schenkel mit kreisförmigem Querschnitt bekannt,
die aus ebenen oder keilförmigen in radialer Richtung angeordneten Blechen aufgebaut
sind. Die Herstellung dieser Schenkel ist ebenfalls sehr teuer.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Eisenkern der eingangs
genannten Art so auszugestalten, daß der Wickelraum verkleinert und der Aufbau verbilligt
werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bleche
der Schenkel um die Schenkellängsachse gewickelt sind, derart, daß sich ein annähernd
kreisringförmiger Schenkelquerschnitt ergibt.
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Ein Schenkel kann dabei aus einem oder mehreren Blechen gewickelt
sein, wobei die Wicklung spiralartig erfolgen muß, so daß jedes Blech einen anderen
Abstand von der Schenkellängsachse hat als die anderen Bleche. Die Bleche für die
Schenkel dürfen nicht spröde sein, und deshalb müssen Bleche mit einem niedrigen
Siliciumgehalt verwendet werden. Bleche mit niedrigem Siliciumgehalt haben zwar
höhere Wirbelstromverluste, doch fällt dieser Nachteil bei einem Transformator für
einen Röntgengenerator nicht ins Gewicht, weil die Spannungen und die Leistungen,
für die der Transformator ausgelegt ist, immer nur kurzzeitig eingeschaltet sind.
- Die einzelnen Lagen des den Schenkel bildenden Blechwickels werden am besten mit
Hilfe eines für diese Zwecke gebräuchlichen Klebers miteinander verklebt.
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Ein erfindungsgemäß aufgebauter Schenkel ist in der Herstellung nicht
teurer als ein Schenkel mit gestuftem Querschnitt, hat aber einen geringeren Umfang
als dieser. Jede auf einen solchen Schenkel aufgebrachte Windung ist also kürzer
als bei einem Schenkel mit gestuftem Querschnitt, woraus sich eine Verringerung
der für eine Wicklung benötigten Drahtlänge (bei gleicher Windungszahl), des Volumens
und des Gewichtes ergibt.
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Es leuchtet ein, daß der Wiokelradius der Bleche für die Schenkel
nicht beliebig klein gemacht werden kann, so daß im Zentrum eines jeden Schenkels
ein Raum frei bleibt und
sich ein Kreisring-Querschnitt ergibt.
Der frei bleibende Raum kann für die Verbindung der Joche und der Schenkel ausgenutzt
werden, dadurch, daß jedes Joch für jeden Schenkel einen in Richtung der Schenkellängsachse
verlaufenden Durchbruch aufweist, und daß durch den Innenraum der Schenkel und die
Durchbrüche in den Jochen Spannbolzen geführt sind.
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Grundsätzlich könnten die dafür erforderlichen Durchbrüche in den
Jochen durch entsprechende Bearbeitung nach dem Zusammenbau des Joches hergestellt
werden. Eine vereinfachte Herstellung dieser Durchbrüche ergibt sich aber, wenn
nach einer Weiterbildung der Erfindung die Jochbleche, in deren Ebenen die Durchbrüche
liegen, derart geschnitten und geschichtet sind, daß sich die Durchbrüche ergeben.
Bei einem Eisenkern mit drei Schenkeln bedeutet dies, daß die Jochbleche, in deren
Ebene die Durchbrüche liegen, durch vier Pakete gebildet werden, von denen zwei
sich zwischen den Durchbrüchen und zwei an der Stirnfläche der Joche befinden, wobei
die Summe der Längen dieser Pakete vergrößert um die Abmessungen der Durchbrüche
der Länge der Joche entspricht, die sich in einer Ebene außerhalb der Durchbrüche
befinden.
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Grundsätzlich können die Jochbleche genauso miteinander verbunden
werden, wie bei den bekannten Eisenkernen üblich, nämlich durch Vernieten oder Verschrauben.
Eine besonders einfache Herstellung ergibt sich aber nach einer Weiterbildung der
Erfindung, wenn die Jochbleche einzeln miteinander verklebt und mit senkrecht zur
Längsachse der Schenkel und senkrecht zur Längsrichtung der Joche verlaufenden Schweißnähten
miteinander verbunden sind. Die Schweißnähte sollten allerdings nur auf einer der
beiden Stirnflächen angebracht sein, damit sie nicht - zusammen mit den einzelnen
Blechen - einen den magnetischen Fluß umschließenden Kurzschlußring bilden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Explosionszeichnung
erläutert,
die den Eisenkern für einen Drehstromtransformator eines Röntgengenerators darstellt.
Der Eisenkern enthält zwei Joche 1, die aus einer Vielzahl ebener Bleche von jeweils
0,5 mm Stärke bestehen. In den Jochen sind je drei Durchbrüche 2 für drei Schenkel
3 vorgesehen.
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Die Durchbrüche werden dadurch gebildet, daß die Dynamobleche, in
deren Ebene die Durchbrüche angeordnet sind, entsprechend verkürzt zugeschnitten
sind, so daß vier entsprechend den Abmessungen der Durchbrüche gegeneinander versetzte
Blechpakete entstehen. Die einzelnen Blechpakete sind miteinander mittels eines
für diese Zwecke gebräuchlichen Klebers verbunden sowie durch zusätzliche senkrecht
zur Längsrichtung der Joche und den Ebenen, in denen die Jochbleche angeordnet sind,
auf der von den Schenkeln 3 abgewandten Stirnseite der Joche verlaufende Schweißnähte
4. Da sich Eisen um so besser schweißen läßt, je kleiner sein Siliciumgehalt ist,
empfiehlt sich für das Joch die Verwendung von Dynamo-bzw. Transformatorblechen
mit einem Siliciumgehalt in der Größe von etwa 3 % und kleiner. Es sollten auch
Bleche verwendet werden, die mit einer solchen Isolierlackierung versehen sind,
daß das Schweißen nicht beeinträchtigt wird.
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Die drei Schenkel 3, auf die vor dem Zusammenbau die Primärwicklungen
direkt gewickelt oder als Ganzes zusammen mit den Sekundärwicklungen geschoben werden,
sind aus einem Blech gewickelt, das einen niedrigen Siliciumgehalt hat und daher
genügend biegsam ist. Geeignet ist beispielsweise das von der Firma Vacuumschmelze,
Hanau, vertriebene Blech Trafoperm N 2, das einen niedrigen Siliciumgehalt von/2,5
96 hat. Die Stärke des zu wickelnden Blechs sollte dabei 0,3 mm oder weniger betragen.
Anstatt aus einem einzigen Blech, das um die Schenkellängsachse 5 spiralförmig gewickelt
ist unddessen Lagen miteinander verklebt sind, kann jeder Schenkel auch aus mehreren
Blechteilen gewickelt sein. Beim Wickeln ergibt sich um die Schenkellängsachse
herum
zwangsläufig ein freier Raum 6. Dieser kann zur Durchführung eines ebenfalls durch
die Durchbrüche 2 in den Jochen geführten Spannbolzens aus unmagnetischen Werkstoff
mit einem Gewindeteil 7 benutzt werden, so daß die Joche 2 und die Schenkel mittels
der Spannbolzen (in der Zeichnung ist der Einfachheit halber nur einer dargestellt)
und der Gegenmutteranordnung 9 miteinander verspannt werden können. Die Spannbolzen
sollen zweckmäßigerweise einen rohrförmigen Querschnitt haben, damit sie sich nicht
zu stark durch Wirbelströme erwärmen und die dadurch verursachten Verluste klein
bleiben.
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Bei den bekannten Dreiphasen-Transformatoren für Röntgengeneratoren
waren die Spannbolzen seitlich von den Jochen (auf beiden Seiten) und mit jeweils
gleichem Abstand von zwei Schenkeln angeordnet. Sie verliefen dabei also in der
Nähe des äußeren Umfangs der hochspannungführenden Sekundärwicklung, so daß die
(Erdpotential führenden) Spannbolzen mit je einer zusätzlichen Isolierhülle versehen
werden mußten.
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Diese Isolationsprobleme entfallen bei der in der Zeichnung dargestellten
Verspannung.
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Wenn die Schenkel in der Länge unterteilt sind, so daß ein Schenkel
aus mehreren in Richtung der Schenkelachse gegeneinander versetzt angeordneten Schenkelteilen
besteht, ergibt sich pro Schenkelteil ein geringeres Gewicht, was insbesondere beim
Aufbringen der Spulen von Vorteil sein kann.
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