DE3142781A1

DE3142781A1 - Transformator-blechkern

Info

Publication number: DE3142781A1
Application number: DE19813142781
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kitakyushu Fukuoka Ohya; Takaaki Kitakyushi Fukuoka Yamamoto
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-01-29
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1982-08-12
Anticipated expiration: 2001-10-29
Also published as: FR2498804A1; AT380123B; DE3142781C2; FR2498804B1; BE890989A; IT8168216A0; NO812873L; US4422061A; BR8106514A; IT1144870B; GB2092389A; KR870002063B1; CH658144A5; YU217681A; GB2092389B; SE8105104L; AU7467481A; ES509141A0; ATA408081A; ES8303809A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Transformator-Blechkern (laminierter Kern).

Wesentliches Merkmal der kornorientierten Siliciumstahlbleche, die für die Blechkerne von Transformatoren verwendet werden, ist die Tatsache, daß ihre magnetischen Eigenschaften, d.ho der Wattverlust und die Permeabilität, in Walzrichtung des Blechs gut sind, sich jedoch beim Abweichen von der Walzrichtung verschlechtern.,

Die beiliegenden Figuren 1 und 2 dienen der Erläuterung herkömmlicher Transformatorkerne. Pig. 1 zeigt den Aufbau des Kerns eines Dreiphasen-Transformators, Pig» 2 zeigt den Aufbau des Kerns eines Einphasen-Transformatorso

Da kornorientierter Siliciumstahl die vorstehend genannte Eigenschaft aufweist, ist der Aufbau eines Transformator-Blechkerns so vorgesehen, daß die Richtung der Magnetisierung des Kerns mit der Walzrichtung so weit wie möglich zusammenfällt, um dadurch den Wattverlust des Kerns so weit wie möglich zu senken. In den Pig« 1 und 2 deuten die Doppelpfeile die Walzrichtung an, während die Bezugsseichen 1 und 2 bzw. 3 und 4- die Schenkel bzw. Joche des Transformatorkerns bezeichnen. Der Begriff "Schenkel" bezeichnet den Teil des Transformatorkerns, in dem eine Spule angeordnet ist, während der Begriff "Joch" den Bereich des Transformatorkerns angibt, der die Schenkel miteinander verbindet= In dem Einphasen-Transformatorkern gemäß Pig» 2 stimmen die Walz- und Magnetisierungsrichtung im wesentlichen miteinander überein. In dem Dreiphasen-Transformatorkern gemäß Pig. 1 fallen die Walzrichtung und die Richtung der Magnetisierung dagegen nur in den Schenkeln 1 und 2 im wesentlichen

zusammen, während die Joche 3 und 4- unweigerlich in einer von der Walzrichtung abweichenden Richtung magnetisiert werden. Die hervorragenden magnetischen Eigenschaften des Werkstoffs für den Transformatorkern in der Walzrichtung werden also in einem Einphasen-Transformatorkern vollständig zur Verminderung des Wattverlustes ausgenutzt, während der Dreiphasen-Transformatorkern in Bezug auf den Wattsrerlust die vorstehend genannten hervorragenden magnetischen Eigenschaften nicht wiedergeben kann. Diese Tatsachen deuten darauf hin, daß der Wattverlust eines Dreiphasen-Transformatorkerns nicht direkt durchtn&protortional zu der Verbesserung der magnetischen Eigenschaften in Walzrichtung des Blechs verbessert werden kann. Diese Erscheinung tritt in stärkerem Maß bei hochorientiertem Siliciumstahlblech auf, das besonders hervorragende magnetische Eigenschaften in Walzrichtung aufweist, als in einem verhältnismäßig niedrigor.ientierem Siliciumstahlblech, d.h. einem herkömmlichen kornorientierten Siliciumstahl.

Der Begriff "ein hochorientiertes Siliciumstahlblech" bezeichnet in diesem Zusammenhang ein Siliciumstahlblech, das die sogenannte Goss-Textur oder (110) /Ö01/-Orientierung mit der (110)-Ebene, ausgedrückt durch Miller'sehe Indizes, parallel zur Walzebene und ferner eine der ZÖ0i7-0rientierungen, d.h. Achse der leichten Magnetisierbarkeit, parallel zur Walzrichtung ausgerichtet aufweist. Dieses Blech besitzt ferner einen Grad der Kornausrichtung, der ausgedrückt als Abweichung von der idealen /001/-Orientierung nicht über hinausgeht. Die magnetische Flußdichte Bg bei einem magnetisehen Feld H von 800 A/m, welche den Grad der Kornorientierung ausdrückt, beträgt im hochoriertienten Siliciumstahlblech mindestens 1,88, vorzugsweise mindestens 1,89 Tesla. Ferner bezeichnet der Ausdruck "herkömmliches, verhältnismäßig niedrigorientiertes Siliciumstahlblech" ein kornorientiertes Siliciumstahlblech mit einem Bg-Wert unter den vorstehend angegebenen Werten, im allgemeinen höchstens

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314 27

1 1,86 Tesla.

Herkömmliche Kerne von Ein- oder Dreiphasen-Transformatorjen werden aus Stücken von kornorientierbemSiliciumstahlblecli hergestellt, die gleiche Werte der magnetischen Flußdichije aufweisen. In den bekannten Transformatorkernen werden kiine hochorientierten Siliciumstahlbleche und herkömmliche verhältnismäßig niedrigorientierte Siliciumstahlbleche in Kornbination verwendet. Die magnetischen Eigenschaften eines· kornorientierten Siliciumstahlblechs werden, wie vorstehend erwähnt, mit der Abweichung von der Walzrichtung verschlechtert, und diese Verschlechterung ist umso größer, je höher der Grad der Kornorientierung in Sichtung auf die Goss- \ Textur ist. Wenn ein hochorientiertes Siliciumstahlblechl für einen Dreiphasen-Transformatorkern verwendet wird, i|t es aus diesem Grund schwierig, die erwartete merkliche Verminderung des Wattverlusts im Vergleich mit der Verwendung eines herkömmlichen, verhältnismäßig niedrigorientiertent Siliciumstahlblechs zu erreichen«. Dies geht aus den Werten in der nachstehenden Tabelle I hervor. Das hochorientierjje Siliciumstahlblech.(Qualität G6H) und das herkömmliche, verhältnismäßig niedrigorientierte Siliciumstahlblech (Qualität G9) werden jeweils für Ein- und Dreiphasen-Transformator kerne verwendet, die nach dem Stapelverfahren gemäß Fig, 2 und 1 hergestellt werden. Der Wattverlust und das Verhältnis des Wattverlustes im Dreiphasen-Transformator zum Einphasen-Transformator sind in Tabelle I angegeben. Dieses Verhältnis der Wattverluste kann als Kenngröße für die Orientfeung des

Kernwerkstoffs dienen_o 30

L -J

OS αϊ

ro ο

οι

Tabelle I

Stahl- Qualität	Blech dicke , mm	Wattverlust des Drei phasen-Transformators , W/kK	W'^iy/6O	Wattverlust des Ein- phasen-Transformators, W/kg	1,370 1,556	Dr e iphas en/Einphas en	W^¹VoO w'	'760
		W'^IU/6O w'^!>/60	1,605 1,782	W^nu/60 W^/60	V™/60	1,182 1 1,150 1	,171 ,145
G6H G9	0,30 0,30	0,556 1,264 0,560 1,299	0,469 1,069 0,485 1,130	1,185 1,155

Tabelle I zeigt, daß der Wattverlust eines Dreiphasen-Trans-· formatorkerns zwar niedgriger ist, wenn der Kernwerkstoff aus hochorientiertem Siliciumstahlblech (G6H) "besteht«, Das Wattverlust-Verhältnis "Dreiphasen/Einphasen" des hochorientierten Siliciumstahlblechs (G6H) ist jedoch höher als oder schlechter als dasjenige des herkömmlichen, verhältnismäßig niedrigorientierten Siliciumstahlblechs (G9). Die hervorragenden magnetischen Eigenschaften des hochorientierten Siliciumstahlblechs können nämlich nicht vollständig für die Verminderung des Wattverlustes des Dreiphasen-Transformators ausgeschöpft werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformatorkern aus laminierten kornorientierten Siliciumstahl» blech-Stücken bereitzustellen, der einen geringen Wattverlust aufweist und in dem die hervorragenden magnetischen Eigenschaften des Blechs in der Walzrichtung vollständig für die Verminderung des Wattverlustesausgenützt werden können„ Insbesondere soll der Transformator eine hohe Leistung ha-

20 ben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Blechkern des Transformators ein kornorientiertes Siliciumstahlblech mit höherer Orientierung für mindestens einen der Schenkel und ein kornorientiertes Siliciumstahlblech mit geringerer Orientierung für mindestens eines der Joche enthält. Gemäß vorliegender Erfindung weisen mindestens einzelne Blechschichten mindestens einen Schenkel aus einem kornorientierten Siliciumstahlblech mit höherer Orientierung und mindestens ein Joch aus einem kornorientierten Siliciumstahlblech mit geringerer Orientierung auf»

Die Erfindung betrifft somit den in den Patentansprüchen

gekennzeichneten Gegenstand. 35

Das höher orientierte Siliciumstahlblech ist vorzugsweise L J

ein liocliorientiertes Siliciumstahlblech, während das geringer orientierte Siliciumstahlblech vorzugsweise das übliche, verhältnismäßig niedrigorientierte Siliciumstahlblech ist. In dem Blechkern des Transformatorkerns der Erfindung, in dem kornorientierte. Siliciumstahlbleche mit höherer und niedrigerer Orientierung in Kombination verwendet werden, kann ein Wattverlust erreicht werden, der gleich oder geringer ist als derjenige, der bei ausschließlicher Verwendung von hochorientiertem Siliciumstahlblech erhalten wird.

Außerdem können die ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften eines kornorientierten Siliciumstahlblechs in Walzrichtung ebenso vollständig für die Erzielung eines niedrigen Vattverlustes ausgenutzt werden als in einem Transformatorkern, in dem nur das herkömmliche, verhältnismäßig niedrigorientierte Siliciumstahlblech benutzt wird. Beim Vergleich der Erfindung mit dem Stand der Technik, in dem nur das hochorientierte Siliciumstahlblech benutzt wird, ist festzustellen, daß erfindungsgemäß ein Transformatorkern bereitgestellt wird, der gleich hohe oder höhere Leistungsfähigkeit aufweist als ein Transformatorkern, in dem nur hochorientiertes Siliciumstahlblech verwendet wird. Beim Vergleich der Erfindung mit dem Stand der Technik, in dem nur das verhältnismäßig niedrigorientierte Siliciumstahlblech verwendet wird, ist festzustellen, daß dieses Blech nur teilweise, aber nicht ganz, durch das hochorientierte Siliciumstahlblech ersetzt wird. Es ist überraschend, daß bei teilweisem Ersatz ein Wattverlust erreicht wird, der gleich oder sogar besser ist als bei vollständigem Ersatz.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Transformator ein Dreiphasen-Transformator. Mindestens ein Schenkel, vorzugsweise alle Schenkel, des Transformatorkerns sind in dieser Ausführungsform aus dem kornorientierten Siliciumstahlblech mit hoher Orientierung.

In den Blechschichten, in denen nicht wie vorstehend erwähnt,

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höhere und niedriger orientierte Siliciumstahrbleche in Kombination verwendet werden, werden kornorientierte Siliciumstahlbleche mit identischem Orientierungsgrad benutzt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden jedoch alle Blechschichten aus der Kombination von kornorientierten Siliciumstahlblechen mit höherer und niedrigerer Orientierung hergestellt.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. 10

Beispiel 1

Ein hochorientiertes Siliciumstahlblech (Qualität G6H) mit einem Bg-Wert von ^,94- Tesla wird für die Schenkel 1 und 2 des Dreiphasentransformators gemäß Fig. 1 verwendet. Ein übliches, verhältnismäßig niedrigorientiertes Siliciumstahlblech (Qualität G9) mit einem Bg-Wert von 1,85 Tesla wird für die Joche 3 und 4· verwendet. Die beiden genannten Stahlblecharten werden in der Folge der Einfachheit halber nur als "G6H" und "G9" bezeichnet. Das "Fensterverhältnis" b/a

²⁰ gemäß Fig. 1 beträgt 3,6?.

Beispiel 2

Es wird ein Transformatorkern hergestellt, in dem G6H f ür den Schenkel 1 und G9 für die anderen Teile des Kerns, doh» den Schenkel 2 und die Joche 3 und 4-, verwendet wird.»

Yergleichsbeispiel In einem Transformatorkern wird G9 für die Schenkel 1 und 2

und G6H für die Joche 3 und 4· verwendet. 30

Die Werte für den Wattverlust der Beispiele sind in nachstehender Tabelle II angegeben. In dieser Tabelle befinden sich die Werte für folgende Kerne von Einphasen-Transformatoren gemäß Fig. 2:

(A) G6H bzw. G9 werden für die Schenkel Λ bzw. die Joche 4-verwendet;

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1 (B) G9 bzw. G6H werden für die Schenkel 1 bzw. die Joche verwendet.

Die Ergebnisse für (A) und (B) sind entsprechend Beispiel 1 5 und Vergleichsbeispiel ebenfalls angegeben. Ferner ist das Verhältnis des Wattverlustes des Dreiphasen-Transformators zum Einphasentransformator (Dreiphasen/Einphasen) in Tabelle II aufgeführt.

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ω cn

ίύ O

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Tabelle II

Bei- Blech spiel dicke, τητη	Wattverlust des Drei phasentransformator s , W/kg	Wattverlust des Ein- phas en-Transformators, W/kg	Dr eiphas en/Einphasen
1 0,30 2 0,30 Vergl.0,30	W¹⁰/60 W¹⁵/60 W¹⁷/60	W¹⁰/60 W¹⁵/60 W¹⁷/60	W¹⁰/60 W¹⁵/60 W¹⁷/60
O_s5^5 1,2*3 1,599 0,551 1,258 1,657 O₅558 1,290 1,720	0,479 1,082 1,411 0,485 1,112 1,503	1,138 1,149 1,133 1,151 1,160 1,144

a s & w β· ο * ο β ο

3ΊΑ2781 π

Aus den Tabellen I und II ist folgendes zu entnehmen:

(A) In Bezug auf den Wattverlust ist der Dreiphasen-Transformator gemäß Beispiel 1 nicht schlechter als der Dreiphasen-Transformator , in dem nur G6H verwendet wird (Tabelle I).

10 Eine sichtliche Verminderung des Wattverlustes V /60 und

15
W /60 "bei geringer und mittlerer magnetischer Flußdichte im Vergleich zu den Wattverlusten gemäß Tabelle I wird in Beispiel 1 erreicht. Außerdem ist das Verhältnis "Dreiphasen/Einphasen" in Beispiel 1 fast auf der gleichen Höhe als dasjenige von G9 von Tabelle I. Dies bedeutet, daß die hervorragenden magnetischen Eigenschaften des hochorientierten Siliciumstahlblechs fast in gleichem Ausmaß für die Vermin-• derung des Wattverlustes eines Transformators ausgenutzt werden können als in einem Transformatorkern, in dem nur das herkömmliche verhältnismäßig niedrigorientierte Siliciumstahlblech benutzt wird.

(B) Der Wattverlust des Dreiphasen-Transformators nach

Beispiel 2 ist größer als derjenige von Beispiel 1. In Beispiel 2 wird G9 (das herkömmliche, verhältnismäßig niedrigorientierte Siliciumstahlblech) in großem umfang verwendet. Der Wattverlust des Kerns kann deshalb nicht auf eine

sehr niedrige Höhe abgesenkt werden. 25

(C) Der Wattverlust des Dreiphasen-Transformatorkerns und das Verhältnis "Dreiphasen/Einphasen" in dem Vergleichsbei— spiel liegen fast auf der gleichen Höhe wie die entsprechenden Werte von G9 in Tabelle I.

Aus den vorstehend unter (A),. (B) und (C) aufgeführten Tatsachen läßt sich der Schluß ziehen, daß bei der Herstellung ; eines Transformatorkerns aus hochorientiertem Siliciumstahlblech und herkömmlichem, verhältnismäßig niedrigorientiertem

Siliciumstahlblech in Kombination das hochorientierte Siliciumstahlblech günstigerweise nicht für die Joche verwendet

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werden soll. Dagegen soll gerade das herkömmliche, verhältnis= mäßig niedrigorientierte Siliciumstahlblech für die Joche "benutzt werden, wodurch eine wirksame Verminderung des Wattverlustes des Traniormatorkerns erreicht wird. Es ist besonders günstig, das herkömmliche, verhältnismäßig niedrigorientierte Siliciumstahlblech nur für die Joche und das hochorientierte Siliciumstahlblech für die Schenkel zu verwenden; vgl. Beispiel 1. Wenn dagegen ein oder mehrere Schenkel aus dem hochorientierten Siliciumstahlblech durch das herkömmliche, verhältnismäßig niedrigorientierte Siliciumstahlblech ersetzt werden, steigt der Wattverlust des Transformatorkerns an«, In dem Schichtverfahren gemäß Beispiel 1 kommen die ausgezeichneten Eigenschaften des hochorientierten Siliciumstahlblechs in dem Wert des Wattverlustes des Transformatorkerns ebenso vollständig zum Ausdruck wie im herkömmlichen Stapelverfahren, bei dem nur das übliche, verhältnismäßig geringorientierte Siliciumstahlblech benutzt wird. Außerdem ist der

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Wattverlust W /60 bei geringer oder mittlerer magnetischer Flußdichte im Vergleich zum Wattverlust W /60 von G6H (Tabelle I) erheblich verbessert. Dies ist besonders deutlich bei einem Transformator, der zum Betrieb unter einer magnetischen -Flußdichte, beispielsweise etwa 1,5 Tesla, bestimmt ist, die niedriger ist als die übliche hohe magnetische Flußdichte, wie 1,7 TsIa.
25

Der Gewichtsanteil der Joche 3 und 4- in dem Kern liegt bei etwa 35%* wenn das Fensterverhältnis b/a in Pig. 1 den Wert 3,67 hat. Da die Joche 3 und 4 aus dem üblichen, verhältnismäßig geringorientierten Siliciumstahlblech hergestellt werden können, das billiger ist als das hochorientierte Siliciumstahlblech, ergibt sich erfindungsgemäß eine Kosteneinsparung bei der Herstellung der Transformatoren.

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Leerseite

Claims

15 Patentansprüche

1. Transformator-Blechkern, dadurch gekenn-ζ eich net, daß mindestens eine einzelne ■■ Blechschicht des Transformatorkerns mindestens einen Schenkel aus einem kornorientierten. Siliciumstahlblech mit höherer Orientierung enthält und die Joche aus einem kornorientierten Siliciumstahlblech mit geringerer Orientierung bestehen.

2. Transformator-Blechkern nach Anspruch 1_S dadurch gekennzeichnet, daß das kornorientierte Siliciumstahlblech mit höherer Orientierung ein hochorientiertes Siliciumstahlblech und das kornorientierte Siliciumstahlblech mit geringerer Orientierung ein herkömmliches<, verhältnismä-

30 ßig niedrigorientiertes Siliciumstahlblech ist_P

3« Transformator-Blechkern nach Anspruch 1 oder 2₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator ein Dreiphasen-Transfarmator ist, und alle Schenkel des Transformatorkerns aus dem kornorientierten Siliciumstahlblech mit

höherer Orientierung bestehen.

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4-, Transformator-Blechkern nach Anspruch/3» dadurch gekennzeichnet, daß der B_Q-Wert des hochorientierten Siliciumstahlblechs mindestens 1,89 Tesla und der Bo-Wert des herkömmlichen, verhältnismäßig niedrigorientierten SiIi-

5 ciumstahlblechs höchstens 1,8β iEesla beträgt.

1 bis

5. Transformator-Blechkern gemäß Anspruch/4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schichten des Blechkerns Schenkel aus dem? kornorientierten Siliciumstahlblech mit höherer Orientierung enthalten und die Joche aus dem kornorientierten Siliciumstahlblech mit geringerer Orientierung bestehen.

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