DE3045954A1

DE3045954A1 - Tauchkernspule mit einem tauchkern

Info

Publication number: DE3045954A1
Application number: DE19803045954
Authority: DE
Inventors: Günter Ing.(grad.) 7065 Winterbach Lubnau; Wolfgang Dr. 7050 Waiblingen Matthes
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-12-05
Filing date: 1980-12-05
Publication date: 1982-07-08
Also published as: ATE11838T1; EP0053686B1; DE3045954C2; EP0053686A1

Description

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TRANSFORMATOREN UNION AG * Ψ' Unser Zeichen Stuttgart VPA 80 P 9 1 2 3 DE

Tauchkernspule mit einem Tauchkern

Die Erfindung betrifft eine einstellbare Induktivität in Tauchkernspulenbauweise mit nur einem axial einseitig angeordneten in Achsrichtung verstellbaren Tauchkern in einer auf ihren Außenseiten von Rückschlußschenkeln und Jochen eines Eisenkreises umfaßten Wicklung mit kreisringförmigem Querschnitt.

Zerstörerische Auswirkungen von Erdschlüssen zwischen Spannung führenden Leitern und Erde in elektrischen ^fersorgungsnetzen auf nur mittelbar beteiligte Bauteile und Geräte werden üblicherweise durch den Einsatz von Induktivitäten, sogenannten Erdschlußlöschspulen gemildert oder ganz vermieden. Die Erdschlußlöschspulen werden auf die Erdkapazitäten des zu schützenden elektrischen Versorgungsnetzes so abgestimmt, daß an der Erdschlußstelle der kapazitive Erdschlußstrom durch den induktiven Strom kompensiert ist. Sofern der Lichtbogen an der Fehlerstelle durch die Kompensation nicht erlischt, fließen dort nur relativ leicht beherrschbare Restströme, bestehend aus dem Wirkstromanteil des Erdschlußstromes, den Ableitungsverlusten über die Isolierung gegen Erde und den Oberschwingungsströmen.

Versorgungsnetze mit veränderlicher Ausdehnung und mit daher unterschiedlichem Erdschlußstrom werden zweckmäßigerweise mit stufenlos veränderbaren Induktivitäten in Tauchkernbauweise ausgerüstet. Gesteuert von einer

Krt 2 Gr / 28.11.1980

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entsprechenden zusätzlichen Beschaltung wird die Induktivität der Tauchkernspule auf den dem jeweiligen Netzzustand entsprechenden Kompensationsstrom eingestellt.

In der bisher üblichen Bauweise für derartige Tauchkernspulen werden Anordnungen mit zwei Tauchkernen verwendet, von denen einer in einer mittleren Stellung fest eingebaut und der andere zwischen Grenzwerten in Achsrichtung verschiebbar ist. Durch Verschieben dieses einen Tauchkerns wird der Abstand der beiden Tauchkerne voneinander und damit die Größe der Induktivität der Tauchkernspule insgesamt verändert. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß der fest eingebaute Tauchkern unabhängig von der jeweiligen Einstellung in die Wicklung hineinragt und dadurch besonders in den Tauchkerneinstellungen für niedrige Ströme eine ungünstige magnetische Feldverteilung hervorruft und damit eine ungünstige Beaufschlagung des Eisenkernes zur Folge hat. Nachteilig ist weiterhin, daß dabei die metallische Spindel zur Bewegung des oberen Tauchkernes bis in den unteren feststehenden Kernstumpf geführt ist und bei ausgezogenem oberen Tauchkern dem Hauptmagnetfeld ausgesetzt und dadurch mit hohen Wirbelstromverlusten behaftet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Tauchkernspulen der eingangs genannten Art eine Anordnung zu schaffen, die trotz sehr einfachem Aufbau betriebssicher arbeitet und dabei einerseits die elektromagnetisch ausgenutzte Werkstoffmenge des Aktivteils auf möglichst vielen Tauchkernstellungen weitgehend gleichmäßig belastet und Wirbelstromverluste in Konstruktionsteilen weitgehend vermeidet.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anordnung gelöst, bei der ein die Wicklung tragender Wickelzylinder aus Isolierwerkstoff in den unbeweglichen Teil des Eisenkreises fest eingespannt ist, bei der die Innenseite des Wickelzylinders selbst als Gleitbahn und Führung für das in die Wicklung eintauchende freie Ende des beweglichen Tauchkernes dient, bei der alle der Stirnseite des in die Wicklung eintauchenden Endes dieses Tauchkernes gegenüberliegende Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles des Eisenkernes außerhalb des von der Wicklung umfaßten Raumes liegen und bei der •Teilquerschnitte des Wickelleiters jeder Windung wenigstens annähernd gleichmäßig über die gesamte Wicklungslänge verteilt sind.

Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen, daß der Tauchkern mit Kufen aus Kunstharz auf der Innenseite des Wickelzylinders gleitet und daß der Wickelzylinder durch auf seinen Außenmantel aufgepaßte Halteplatten geführt ist, die gleichzeitig Druckplatten für die axiale Pressung der Wicklung sind und sich in axialer und radialer Richtung an der Kernpreßeinrichtung abstützen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen auch darin, daß die dem in die Wicklung eintauchenden Ende des Tauchkernes gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles des Eisenkreises in einer Ebene liegen, daß mindestens die Enden der Blechlamellen in dem dem freien Ende des Tauchkernes gegenüberliegenden Teil des unbeweglichen Eisenkreises miteinander verklebt sind und daß der Tauchkern aus radial angeordneten Blechlamellen zusammengsetzt ist. Dabei besteht der unbewegliche Teil des Eisenkreises aus mehreren Rückschlußschenkeln und mit diesen verbundenen oberen

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und unteren Jochstümpfen, wobei die unteren Jochstümpfe mit grober Verzahnung ineinandergreifen.

Nach weiteren Ausgestaltungsmerkmalen der Erfindung ist vorgesehen, daß das über die oberen Jochstümpfe hinausragende Ende des Tauchkernes zwischen federnd gelagerten Rollen geführt ist und daß zum Antrieb des Tauchkerns eine einseitig gelagerte Spindel aus metallischem Werkstoff vorgesehen ist, die nicht in das Hauptmagnetfeld zwischen Tauchkern und unteren Jochen hineinragt, oder·' >-v daß der Tauchkern dadurch bewegt wird, daß ein in ihn eingebauter Zylinder einen Kolben enthält, der über eine Kolbenstange zum Deckel geführt ist und hydraulisch beidseitig beaufschlagt werden kann, oder daß der von dem Wickelzylinder umfaßte Raum druckdicht verschlossen ist und der Wickelzylinder als Hydraulikzylinder für den als Hydraulikkolben ausgebildeten Tauchkern dient.

Nach anderen zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung besteht die Wicklung aus spiralig aufgewickelter Folie, deren Breite gleich der axialen Wicklungslänge ist oder besteht die Wicklung aus axial übereinander angeordneten elektrisch parallel geschalteten Wicklungsgruppen..

Die erfindungsgemäße Anordnung und Ausgestaltung einer Tauchkernspule ist sehr vorteilhaft, denn sie ermöglicht eine gleichmäßige Ausnutzung des eingesetzten Werkstoffes und eine im Sinne einer rationellen Fertigung günstige Gestaltung der einzelnen Bauteile und Baugruppen. Dies ist insbesondere durch den Verzicht auf einen zweiten, feststehenden Tauchkern und die Verwendung des Wickelzylinders gleichzeitig als Gleitbahn und Führung für den beweglichen Tauchkern gewährleistet.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.

In einem ölgefüllten Kessel 1 ist der Aktivteil einer Tauchkernspule aufgestellt. Ein Eisenkreis des Aktivteiles besteht aus Rückschlußschenkeln 2, unteren Jochen 3, oberen Jochen 4 sowie einem Tauchkern 5 und steht mit Füßen 9 auf dem Boden des Kessels 1.

Der unbewegliche Teil des Eisenkreises aus den Rückschlußschenkeln 2 sowie den Jochen 3 und 4 umfaßt räumlich eine Wicklungsanordnung aus Wicklungsgruppen 6, die axiaL übereinander fest auf einen Wickelzylinder 7 aufgebracht sind. Dabei sind vier Rückschlußschenkel 2 gleichmäßig auf den Umfang der Wicklungsanordnung verteilt, deren Stirnseiten von den rechtwinkelig mit den Rückschlußschenkeln 2 verbundenen Jochen 3 und 4 überdeckt werden.

Die freien Enden der unteren Joche 3 sind stufenförmig ausgebildet und greifen mit grober Verzahnung ineinander. Sowohl die Rückschlußschenkel 2 als auch die Joche 3 und sind aus in achsparallelen Ebenen geschichteten Blechlamellen zusammengesetzt, die durch eine nicht näher dargestellte Preßvorrichtung zusammengehalten sind. Zur Entlastung dieser Preßvorrichtung und gleichzeitig zur Unterdrückung von Geräuschen sind die Enden der Blechlamellen in den freien Enden der Joche 3 und 4 miteinander verklebt.

Die von dem unbeweglichen Teil des Eisenkreises umfaßten Wicklungsgruppen 6 sind elektrisch parallel geschaltet und enthalten alle eine gleiche Anzahl von Windungen. Durch die elektrische Parallelschaltung sind praktisch die Querschnitte der Leiter in den einzelnen Wicklungsgruppen 6 jeweils lediglich als Teilquerschnitte eines entsprechend der Anzahl von Wicklungsgruppen 6 aufgeteilten Wickelleiters. In Achsrichtung auf die Wicklungsgruppen 6 einwirkende Kräfte werden von Halteplatten 8

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aufgenommen, die ihrerseits in nicht dargestellter Weise von der Preßvorrichtung für den unbeweglichen Teil des Eisenkreises gehalten sind.

Anstelle der dargestellten Wicklungsanordnung aus Wicklungsgruppen 6 kann auch eine aus einer spiralig aufgewickelten Folie bestehende Wicklung eingesetzt werden, in der die Folienbreite gleich der axialen Wicklungslänge ist. Diese sogenannte Folienwicklung ist besonders in den Fällen zweckmäßig, in' denen verhältnismäßig kleine Nennspannungen der Wicklung vorhanden sind., so daß nur relativ wenige Windungen vorzusehen sind und damit der zur Isolierung der Windungen voneinander erforderliche Raum nicht zu unwirtschaftlich niedriger Belegung des Wickelraumes mit Wickelleiter selbst führt.

Der in die beim dargestellten Ausführungsbeispiel in die Wicklungsanordnung aus den Wicklungsgruppen 6 eintauchende Tauchkern 5 ist an seinem unteren Ende unmittelbar von der Innenseite des Wickelzylinders 7 geführt. Da- ■ bei dienen zur Verminderung der Reibkräfte und der hierzu proportionalen Verschleißerscheinungen Kufen 10 aus Kunstharz, die in Aussparungen am unteren Ende des Tauchkernes 5 eingesetzt sind und durch einen Sicherungsring in ihrer Einbaulage festgehalten sind. Die Kufen 10 ragen in radialer Richtung geringfügig aus der Kontur des vorzugsweise radial geblechten Tauchkernes 5 heraus und verhindern dadurch unmittelbare Berührungen zwischen der Oberfläche des Tauchkernes 5 und dem in üblicher Weise aus Hartpapier hergestellten Wickelzylinder 7.

Der die öffnung zwischen den freien Enden der oberen Joche 4 durchsetzende Tauchkern 5 ist oberhalb der Joche 4 zwischen kugelgelagerten Rollen 14 geführt, die von Führungsbolzen 13 getragen sind. Die Führungsbolzen 13 ihrerseits sind in Lagerböcken 12 gelagert und drücken die kugelgelagerten Rollen 14 durch entsprechend vorgespannte Tellerfedern 16 gegen den Tauchkern 5. Die Lagerböcke 12 sind in nicht näher dargestellter Weise ebenso wie die Halteplatten 8 für den Wickelzylinder 7 mit der Preßvorrichtung für den unbeweglichen Teil des Eisenkreises verbunden.

Der mechanische Antrieb des Tauchkernes 5 erfolgt über eine nur oben gelagerte, zur Vermeidung von Wirbel-Stromverlusten nicht in den Raum zwischen dem Tauchkern 5 und den unteren Jochen 3 hineinragende Spindel mit Trapezgewinde, die in eine entsprechend gestaltete und fest in den Tauchkern 5 eingepaßte Mutter 18 eingreift. Das freie Ende der Spindel 17 ist bis über den 0 Deckel des Kessels 1 geführt und dort mit einem vorzugsweise elektromotorischen Antrieb gekuppelt, der durch Drehen der Gewindespindel 17 den Tauchkern 5 in die jeweils erforderliche Stellung innerhalb der Wicklungsanordnung und dem unbeweglichen Teil des Eisenkernes bringt. Dabei sind im wesentlichen lediglich die den Luftspalt zwischen dem unteren Ende des Tauchkernes und dem unteren Joch 3 flankierenden Wicklungsgruppen stromführend, weil der magnetische Spannungsfall im wesentlichen in diesem Bereich auftritt.

12 Patentansprüche
1 Figur

Claims

"··"··· 3045954 80 P 9 1 2 3 DE

Patentansprüche

(i7) Tauchkernspule mit nur einem axial einseitig angeordneten in Achsrichtung verstellbaren Tauchkern in einer auf ihren Außenseiten von Rückschlußschenkeln und Jochen eines Eisenkreises umfaßten Wicklung mit kreisringförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet ,

- daß ein die Wicklung tragender Wickelzylinder 7 aus Isolierwerkstoff in den unbeweglichen Teil (2, 3, 4) des Eisenkreises fest eingespannt ist,

- daß die Innenseite des Wickelzylinders (7) selbst als Gleitbahn und Führung für das in die Wicklung (6) eintauchende freie Ende des Tauchkernes (5) dient und

- daß alle der Stirnseite des in die Wicklung (6) eintauchenden Endes des Tauchkernes (5) gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles (3) des Eisenkreises außerhalb des von der Wicklung (6) umfaßten Raumes liegen.
2. Tauchkernspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Teilquerschnitte des Wickelleiters jeder Windung wenigstens annähernd gleichmäßig über die gesamte Wicklungslänge verteilt sind.
3. Tauchkernspule nach Anspruch 1 und' 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Tauchkern (5) mit Kufen (10) aus Kunstharz auf der Innenseite des Wickel-Zylinders (7) gleitet.

ORIGINAL INSPECTED
4. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Wickelzylinder (7) durch auf seinen Außenmantel aufgepaßte Halteplatten (8) geführt ist, die gleichzeitig Druckplatten für die axiale Pressung der Wicklung (6) sind und sich in axialer und radialer Richtung an der Kernpreßeinrichtung abstützen.
5. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem in die Wicklung (6) eintauchenden Ende des Tauchkernes (5) gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles (3) des Eisenkreises in einer Ebene liegen.
6. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens die Enden der Blechlamellen in den dem freien Ende des Tauchkerns (5) gegenüberliegenden Teil (3) des unbeweglichen Eisenteiles miteinander verklebt sind.
7. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkern aus radial angeordneten Blechlamellen geschichtet ist.
8. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der unbewegliche Teil des Eisenkreises aus mehreren Rückschlußschenkein (2) und mit diesen verbundenen oberen (4) und unteren (3) Jochen besteht und daß die freien Enden der unteren Joche (3) mit grober Verzahnung ineinandergreifen.
9. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß das über die oberen Joche (4) hinausragende Ende des Tauchkernes (5) zwischen federnd gelagerten Rollen (14) geführt ist.
10. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Tauchkolben (5) über eine einseitig gelagerte Spindel (17) aus metallischem Werkstoff angetrieben ist, die nicht in den Raum zwischen Tauchkern und unteren Jochen hineinragt.
.11. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 9, dadurch, gekennzeichnet , daß in den Tauchkolben (5) ein Hydraulikzylinder eingebaut ist und daß eine einen zugehörigen, beidseitig beaufschlagten Kolben tragende Kolbenstange zum Kesseldeckel geführt ist.
12. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der von dem Wickelzylinder (7) umfaßte Raum druckdicht verschlossen ist und daß der Wickelzylinder (7) als Hydraulikzylinder für den als Hydraulikkolben ausgebildeten Tauchkern (5) dient.
13. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 9 und 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus spiralig aufgewickelter Folie besteht, deren Breite gleich der Wicklungslänge ist.
14. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 9 und 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus axial übereinander angeordneten elektrisch parallelgeschalteten Wicklungsgruppen (6) besteht.