DE2838697C2 - Transformator mit mehreren Lagen Kernblechen und Jochblechen zur Bildung von drei Kernen sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transformator mit mehreren Lagen aus Kernblechen und Jochblechen zur Bildung von drei Kernen, wobei jeweils auf einem aus mehreren Kernblechlagen gebildeten Kern eine Wicklung angeordnet ist, und Einrichtungen vorgesehen sind, um auf die außenliegenden Seiten der außenliegenden Wicklungen einen Preßdruck auszuüben sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Transffr -inators.

Ein Transformator der eingangs erwähnten Art ist aus der Österreichischen Patentschrift 55 827 bekannt. Bei diesem Transformator werden Vorrichtungen zur Stützung der Spufen vorgesehen, die Formveränderungen der auf die Kerne aufgebrachten Wicklungen verhindern sollen, die sich aufgrund der bei einem Kurzschluß auftretenden außerordentlich großen elektrodynamischen Kräfte ergeben können. Durch diese Stützen wird die ansich übliche Form des Transformators im normalen Zustand nicht verändert. Normalerweise verbleiben zwischen den Seitenwandungen der einander gegenüberliegenden Wicklungen Spalte.

Aus der US-PS 37 17 831 ist auch bereits ein Transformator bekannt, bei dem Druckorgane vorgesehen sind, die einen Druck auf die Außenseiten der außenliegenden Wicklungen erzeugen. Durch diesen Druck werden aber höchstens die außenliegenden Seiten der außeniiegenden Wicklungen gegen den diesen Wicklungen jeweils zugeordneten Kern gedrückt und ggf. zusammengedrückt. Hierdurch werden die Wicklungen unsymmetrisch einseitig verformt.

Aus der österreichischen Patentschrift 2 27 327 ist auch bereits ein üblicher Dreiphasentransformator bekannt, bei dem eine Anzahl von vorgeformten Wicklungen auf den Schenkeln des Blechkerns angeordnet ist. Der Blechkern besteht jeweils aus einer Vielzahl von fest miteinander verbundenen Kernblechen, die durch entsprechende Gruppen von Jochblechen miteinander verbunden sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Transformatoren der eingangs erwähnten Art anzugeben, die einen möglichst geringen Platzbedarfaufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils wenigstens zwei Kernbleche in jeder Lage von Kern- und Jochblechen in Längsrichtung der jeweiligen Jochbleche einer Lage bei dem auf die Außenseite der auf die Kernbleche aufgebrachten Wicklungen aufgebrachten Preßdruck gegeneinander verschiebbar sind.

Ein solcher Dreiphasentransformator weist eine geringere Baugröße her und ist unter geringem Kostenaufwand herstellbar. Gleichzeitig zeigt er verbesserte Kurzschlußeigenschaften. Obgleich letztlich eine sehr kleine Baueinheit erzielt wird, können die Wicklungen direkt auf die vormontierten Kerne gewickelt werden, was den Wickelaufwand herabsetzt, während der Querschnitt durch jeden Kern und jede Wicklung aus kompaktem Material besteht, da es nicht notwendig ist, Leitpassungen zwischen Wicklung und Kern vorzusehen.

Bei dem Zusammenbau des Transformators werden die Wicklungen und die Kerne zunächst an einer Halterung montiert und es werden sodann an der Oberseite und der Unterseite jedes Kerns Lagen von Jochblechen angeordnet Die Lagen der Jochbleche können in einer Anzahl von Versetzungen übereinander derart angeordnet sein, daß sich die Lagen der Kernbleche seitlich in Längsrichtung der Jochbleche gegeneinander frei bewegen können. Dadurch, daß die Lagen der Jochbleche und der Kernbleche somit jeweils gegeneinander versetzt sind, wird gewährleistet, drJJ der magnetische Kreis ^schlössen gehalten wird. Sodann werden die Wicklungen einer auf die Außenseiten der beiden jeweils außenliegenden Wicklungen wirkenden Druckkraft ausgesetzt, um die Seiten der Wicklungen zusammenzudrücken. Durch die Druckkraft, durch die sich die Lagen von Kernblechen relativ gegeneinander verschieben können, werden gleichzeitig die Wicklungen derart kompaktiert, daß der so geformte Transformator in einem möglichst kleinen Gehäuse Platz findet, wodurch der ölbedarf wesentlich herabgesetzt wird.

Vorzugsweise Ausgestaltungen des Transformators sowie des Verfahrens zur Herstellung desselben gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden soll die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispielen erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Transformators,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht von drei Blechlagen mit einem langen Schenkel und zwei kurzen Schenkeln in jeder Lage,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht der in F i g. 2 dargestellten Blechlagen, wobei dargestellt ist, wie die beiden kurzen Schenkel jeder Blechlage relativ zum langen Schenkel in jeder * age bewegt werden,

F i g. 4 eine Stirnansicht der Blechlagen des geschichteten Kerns wobei die Wirklungen in einer unterbrochenen Linie um den Schenkel gewickelt dargestellt sind,

F i g. 5 eine Draufsicht auf den Transformator mit auf die Schenkel des Kerns gewickelten Wicklungen vor dem Zusammendrücken,

F i g. 6 eine Draufsicht auf den in F i g. 5 dargestellten Transformator, nachdem auf die Wicklungen eine Druckkraft ausgeübt ist und die verstellbaren Seitenwände des TransformatoFgehäuses an den Kernen und Wicklungen anliegend angeordnet sind,

F1 g. 7 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines verstellbaren Kerns für einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Transformator,

F i g. 8 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsge'näßsn Transformators mit dem in F i g. 7 dargestellteil verstellbaren Kern,

F i g. 9 eine Stirnansicht eines Beispiels einer versetzten Anordnung der Lagen der Kernbleche und der Jochbleche von Fig.7 zur Bildung von V-förmigen Rillen,

F i g. 10 ein anderes Beispiel für eine versetzte Anordnung der Lagen der Kernbleche und der Jochbleche von F i g. 7.

Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Transformators 10 enthält eine verstellbare Baugruppe 13 aus einem Kern und Wicklungen, mit einer Anzahl von Wicklungen 12, die auf einem Kern It angeordnet sind und durch Kernklemmen 14 und Druckkissen 16 zusammengehalten werden.

Der verstellbare Kern-Jochaufbau besteht aus einer Vielzahl von Blechlagen A, B und C, die in F i g. 2 und 3 dargestellt sind. Wie es in F i g. 2 dargestellt ist, besteht die Blechlage A aus einem einzelnen langen Kernblech 20, zwei kurzen Kernblechen 22 und einer Anzahl von Jochblechen 24. Die Blechlage A wird dadurch vervollständigt, daß die Jochbleche 24 zu den Kernblechen 20 und 22 ausgerichtet werden ;n der Gruppe A sind die beiden kurzen Kernbieche 22 fr ;i relativ zum langen Kernblech 20 und zu den Jochblechen 24 beweglich, wie es in F i g. 3 dargestellt ist

Die Blechlage B weist ein langes Kenftlech 20 und zwei kur.:e Kernbleche 22 auf. Das lange Kernblech 20 befindet sich am Ende eines Jochblechpaares 26. In der Blechlage B sind die beiden Kernbieche 22 frei relativ zum langen Kernblech 20 und zu den Jochblechen 26 beweglich, wie es in F i g. 3 dargestellt ist Die Blechlage C ist der Blechlage B ähnlich und weist ein langes Kernblech 20, zwei kurze Kernbleche 22 und zwei Jochbleche 26 auf. Die zwei kurzen Kernbleche 22 sind frei relativ zum langen Kernblech 20 und zu den Jochblechen 26 beweglich, wie es in F i g. 3 dargestellt ist In der Blechlage C befindet sich jedoch das lange Kernblech 20 verglichen mit der Anordnung in der Gruppe B am gegenüberliegenden Ende der Blechlage.

Vor dem Zusammenbau der Blechlagen A, B und C zur Bildung einer Kern-Joch-Anordnung werden die Kernbleche unabhängig voneinander in einer Halterung übereinander angeordnet, so daß die Kernbleche in der in Fig.4 dargestellten Weise versetzt sind. Die Wicklungen 13 werden direkt auf die gestapelten Kernbleche gewickelt. In F i g. 4 ist eine der Wicklungen 12 direkt auf die Kernbleche gewickelt dargestellt Die vormontierten Wicklungen und Kernbieche, die in einer Halterung angeordnet sind, werden dadurch vervollständigt, daß entsprechende Jochbleche 24 und 26 für die verschiedenen Blechlagen an der Ober- und Unterseite der Wicklungen angeordnet werden, um den Zusammenbau 11 fertigzustellen.

Nach dem Zusammenbau werden Kernklemmen oder U-KIe innen 14 auf die Jochbleche 24 und 26 gesetzt Druckkissen 16 werden an jedem Ende der äußeren Wicklungen 12 angeordnet. Anschließend wird eine Druckkraft an die Druckkissen 16 gelegt, um die Wicklungen in der Kern-Joch-Anordnung gegeneinander zu drücken. Diese Druckkraft bewirkt, daß die Kernbleche 20 und 22 in jeder Blechlage sich relativ zu den anderen Kernbiechen bewegen, so daß die Wicklungen fest gegeneinander gedrückt, werden können. Da die kürzeren Kernbleche 22 und die längeren Kernbleche 20 in der in Fig.2 und 3 dargestellten Weise angeordnet sind, können sich die kürzeren Kernbleche 22 in jeder Lage relativ zu den Jochblechen 24 und 26 bewegen. Wie es in F i g. 2 und 3 dargestellt ist, können sich jedoch die längeren

Kernbleche 20 in der Lage A und die Jochbleche 24 in der Lage A nicht bewegen. In den Blechlagen B und C können sich die kürzeren Kernbleche 22 relativ zum längeren Kernblech 20 bewegen. Da die zentrale Wicklung 12 um alle mittleren Kernbleche gewickelt ist, -, besteht die Wirkung der Druckkraft darin, daß die äußeren Wicklungen 12 auf die zentrale Wicklung zubewegt werden.

Bei großen Transformatorzusammenschlüssen kann die relative Bewegung zwischen den Jochblechen und m den Kernblechen aufgrund der vorhandenen hohen Reibungskräfte nicht möglich sein. Wenn das der Fall ist, so sollten die Kern-Joch-Anordnungen und die Wicklungen nach dem folgenden Verfahren zusammgesetzt werden: π

Die Wicklungen werden zunächst auf die übereinander angeordneten Kernbleche vormontiert. Der Zusammenbau aus den Kernblechen und den Wicklungen wird in einem Druck rahmen angeordnet und mit Dpjckkisscn in der oben beschriebenen Weise zusammengedrückt. >n Die Kernbleche befinden sich dann in ihrer endgültigen Lage. Die oberen und unteren Jochbleche können dann von Hand aus eingepaßt und mit einem Holzhammer in ihre richtige Lage geschlagen werden. Kernklemmen werden dann an ihrer Stelle befestigt, während die r, Vorrichtung zusammengedrückt ist.

Das Ausmaß der Verringerung der Größe der Anordnung aus Kernen — Joch und Wicklungen aufgrund der anliegenden Druckkraft an den äußeren Rändern der Wicklungen ist von einer Kern-Joch und Wicklungseinrichtung zur anderen verschieden. Um von dem Vorteil dieser Verringerung der Größe der Einrichtung aus Kern-Joch und Wicklungen Gebrauch zu machen, kann ein Transformatorgehäuse verwandt werden, daß aus zwei L-förmigen Seitenwandteilen 30 besteht, wie es in F i g. 6 dargestellt ist.

Die Seitenwandabschnitte 32 der L-förmigen Wände 30 erstrecken sich über die Enden der Stirnwandabschnitte 34 hinaus. Die Wände 30 können in dichter Anlage mit der Einrichtung aus Kern und Wicklungen angeordnet werden und bei 32 auf die exakte Größe der Einrichtung aus Kern und Wicklungen verschweißt werden. Bei einer derartigen Anordnung kann der ölbedarf zum Isolieren der Einrichtung aus Kern-Joch und Wicklungen auf die genaue Größe des Gehäuses herabgesetzt werden, das für die Einrichtung aus Kern-Joch und Wicklungen erforderlich ist.

In den Fig. 7 bis 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Einheit aus Kern, Joch und Wicklungen dargestellt. Bei diesem Ausffihningsbeispiel so besteht eine verstellbare Kern-Joch-Anordnung aus zwei Jochen 42 und einer Anzahl von Kernen 46. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die es ermöglicht, daß sich die Kerne 46 längs eines festen Weges bezüglich der Joche 42 bewegen. Diese Einrichtung hat die Form einer Anzahl von entsprechenden übergreifenden Stoßverbindungen oder versetzten Rillen, die zwischen den Enden der Kerne und den Rändern der Joche vorgesehen sind.

Die Joche 42 bestehen aus einer Vielzahl von Blechen w 44, während die Kerne 46 aus einer Vielzahl von Kernblechen 48 mit gleicher Länge bestehen. Die übergreifenden Stoßverbindungen sind in der in F i g. 9 dargestellten Weise dadurch gebildet, daß die Bleche 48 der Kerne 46 in Längsrichtung versetzt angeordnet sind. ·>■> Das wird dadurch erreicht, daß die Bleche 48 in einer Halterung vor dem Aufwickeln der Wicklungen 50 auf die Kerne 46 zusammengesetzt werden. Die Bleche 44 für die Joche 42 werden dann auf die versetzten Enden der Kerne 46 geschichtet, um die Bleche 44 in Richtung ihrer Breite gegeneinander zu versetzen, so daß sie eine den Kernen entsprechende Lage einnehmen.

Es können Maßnahmen vorgesehen sein, um die relative Lage der Bleche 48 und 44 während des Zusammenbaues beizubehalten. Diese Maßnahmen können in Form einer Anzahl von Rillen oder Schlitzen 51 bestehen, die in den Enden der Joche 42 und den Seiten der Kerne 46 vorgesehen sind.

Eine andere Möglichkeit zur Ausbildung der übergreifenden Stoßverbindungen oder Rillen in den Kernen und Jochen ist in F i g. 10 dargestellt. Bei dieser Anordnung sind die Bleche 48 für die Kerne 46 in gleicher Weise versetzt angeordnet. Die Jochbleche 44 werden dann an die Enden der Kerne 46 geschichtet, um eine entsprechend geformte Rille zu bilden. Die Kernbleche 46 werden dadurch zwischen den Jochen 42 gehalten, daß die Rillen der Kerne zu den Riücn, die durch die versetzten Jochbleche gebildet werden, komplementär sind. Die Kerne können sich dann frei über einen festen Weg in den durch die Jochbleche gebildeten Rillen relativ zueinander bewegen.

Wenn in der in Fig.8 dargestellten Weise die Wicklungen 50 auf die Kerne 46 gewickelt sind, und die Kerne zu den Jochen 42 ausgerichtet sind, können die Wicklungen durch das Anlegen einer Kraft an jedes Ende ώ.-s Kernes zusammengedrückt werden. Druckkissen 58 sind an jedem Ende der Joche 42 vorgesehen, und U-Klemmen 60 befinden sich am oberen und unteren Joch 42. Eine Kraft wird an die Druckkissen 58 angelegt, um die Wicklungen zusammenzudrücken. Nachdem die Wicklungen zusammengedrückt sind, werden die Druckkissen an die U-KIemmen geschweißt und Bänder 62 werden an die U-Klemmen geschweißt, um die U-Klemmen in ihrer Lage zu halten.

Diese Kern-Joch-Anordnung hat den Vorteil, daß nur Bleche mit zwei Größen erforderlich sind. Die Jochbleche und die Kernbleche haben jeweils untereinander dieselbe Länge. Die übergreifenden Stoßverbindungen, die an den Enden der Kerne und an den Seiten der Joche ausgebildet sind, erlauben eine Gleitbewegung der Kerne relativ zueinander, damit ein Zusammendrücken der Joche nach dem Zusammenbau der Einrichtung aus Kernen, Jochen und Wicklungen möglich ist. Nach dem Zusammendrücken kann die Einrichtung aus Kernen, Jochen und Wicklungen in einem Transformatorgehäuse aufgenommen werden, wie es oben beschrieben wurde.

Ein Transformator der oben beschriebenen Art wird nach dem folgenden Verfahren gebildet. Eine Vielzahl von im wesentlichen ebenen Metallblechen wird übereinander angeordnet, um eine Transformatorkern-Joch-Anordnung zu bilden, wobei jede Blechlage drei Kernbleche und eine Anzahl von Jochblechen aufweist, und die Kernbleche so angeordnet sind, daß sie sich relativ zueinander in Längsrichtung der Jochbleche bewegen können.

Auf jedem Kern wird eine Wicklung entweder dadurch vorgesehen, daß am Anfang die Wicklung direkt auf einen vormontierten Kern gewickelt wird oder daß die Wicklung auf den Kern aufgebracht wird, nachdem die Bleche übereinander angeordnet sind

Wenn die Wicklungen auf die übereinander angeordneten Kembleche aufgebracht werden, bevor dir Kernbleche zu Blechlagen zusammengesetzt werden, werden die vormontierten Wicklungen und Kerne in einer Halterung angeordnet und werden die Jochbleche

anschließend an der Oberseite und Unterseite der Wicklungen angebracht.

Kernklemmen werden auf das obere und das untere Joch der Transformatorkern-Joch-Anordnung gesetzt und Druckkissen werden an jedem Ende der Einrichtung aus Kernen, Joch und Wicklungen in Eingriff mit der Außenfläche der äußeren Wicklungen angeordnet.

Die Einrichtung aus den Kernen, Jochen und Wicklungen wird dadurch verstellt, daß eine Kraft an die Druckkissen angelegt wird und diese Kraft beibehalten wird, um die Wicklungen nach innen auf den zentralen Kern oder die zentrale Wicklung zu zu bewegen.

Die Druckkissen werden dann an den Kernklemmen entweder durch Schweißen oder in anderer Weise befestigt, um die Lage der Wicklungen beizubehalten. Nach dem Schweißen wird die Kraft von den Druckkissen abgenommen. Der Transformator wird dadurch vollendet, daß außen um die Einrichtung aus Kernen, Jochen und Wicklungen und daran anliegend L-förmige Gehäuseseitenwände angeordnet werden, die dann an den Ecken verschweißt werden. Das Gehäuse wird dadurch vervollständigt, daß eine Bodenplatte und eine obere Deckplatte an den Seitenwänden befestigt wird.

Die verstellbare Einrichtung aus Kernen, Jochen und Wicklungen kann dazu verwandt werden, verschiedene elektrische und mechanische Charakteristiken sowie verschiedene Impedanzen oder Isolationswerte zu erhalten. Der ölbedarf wird dadurch herabgesetzt, daß ein verstellbares Gehäuse verwandt wird, um die Einrichtung aus Kernen, Jochen und Wicklungen einzuschließen. Die versetzte Anordnung der Joch- und Kernbleche liefert die Möglichkeit der gegenseitigen Verschiebung mit einer niedrigen Reluktanz.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Transformator mit mehreren Lagen aus Kernblechen und Jochblechen zur Bildung von drei Kernen, wobei jeweils auf einem aus mehreren Kernblechlagen gebildeten Kern eine Wicklung angeordnet ist, und Einrichtungen vorgesehen sind, um auf die außenliegenden Seiten der außenliegenden Wicklungen einen Preßdruck auszuüben, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils wenig-10 stens zwei Kernbleche (20,22; 48) in jeder Lage von Kern- und Jochblechen in Längsrichtung der jeweiligen Jochbleche (24,26; 44) einer Lage bei dem auf die Außenseiten der auf die Kernbleche aufgebrachten Wicklungen (12, 40) aufgebrachten is Preßdruck gegeneinander verschiebbar sind.

Z Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernbleche (48) sowie die Jochbleche (44) jeweils gleichlang sind.

3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lage zwei Kernbleche (22), derers Länge gleich dem Abstand zwischen den Jochblechen (26) ist, und ein Kernblech (20) aufweist, dessen Länge gleich dem Abstand zwischen den Außenseiten der Jochbleche (26) ist

4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils feste Bewegungsbahnen für die Kernbleche gebildet sind.

5. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Wicklungen (12) mit Hilfe von gegen die Außenseite einander gegenüberliegender Wicklungen anliegender Kissen (16) zusammengedrückt sind und daß die Kissen (16) im zusammengedrücktem Zustü.id der Wicklungen an den Enden der Joche (<£2) festgelegt sind. js

6. Transformator nach eine»" der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Kernbleche zusammendrückende Kernklemmen (14) vorgesehen sind, und daß die Wicklungen mit Hilfe von gegen die Außenseiten einander gegenüberliegender Wicklungen (12) anliegender Kissen (16) zusammengedrückt sind und daß die Kissen (16) im zusammengedrückten Zustand der Wicklungen an den Enden der Kernklemmen (14) festgelegt sind.

7. Transformator nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Joche aus Jochblechen gleicher Länge gebildet sind, die Seite an Seite derart übereinander angeordnet sind, daß jedes Jochblech gegenüber dem benachbarten Jochblech versetzt angeordnet ist, um im Joch (42) Rillen w auszubilden, und daß jeweils Schenkel aus gleichlangen Kernblechen (48) gebildet werden, wobei die Kernbleche derart übereinander angeordnet werden, daß sie um einen Betrag gegeneinander versetzt sind, der der Versetzung der Jochbleche (42) in der gleichen Lage entspricht, wodurch in den Rillen der Joche (42) die aus den Kernblechen (48) gebildeten Kerne seitlich in Längsrichtung der Joche gegeneinander verschiebbar sind.

8. Verfahren zum Herstellen eines kompakten μ Transformators nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jeweils Wicklungen auf zueinander parallel angeordneten Kernen angeordnet werden, deren freie Enden durch Joche miteinander verbunden werden und sowohl die Kerne wie auch die Joche 6i jeweils aus mehreren Lagen von Kern- und Jochblechen bestehen, und auf die außenliegenden Seiten der außenliegenden Wicklungen in senkrechter Richtung zu den Kernen ein Preßdruck ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen unter gegenseitiger Verschiebung der Kerne in Längsrichtung der Jochbieche gegeneinander zu einer völlig kompakten Anordnung zusammengepreßt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kernklemme auf die Oberseite und Unterseite der Enden der Transformatorkerne gesetzt wird, daß ein Druckkissen am Dide jeder äußeren Wicklung angeordnet wird und daß die jeweiligen Enden der Kernklemme mit den Druckkissen verschweißt werden, nachdem die Wicklungen zusammengedrückt sind, um die Wicklungen unter einer Druckkraft zu halten.