DE3413359A1 - Drossel mit wicklungen um eisenkernschenkel aus eisenkernscheiben - Google Patents

Description

• Drossel mit Wicklungen um Eisenkernschenkel aus
• Eisenkernscheiben Die Erfindung betrifft Drosseln für große elektrische Leistungen mit Wicklungen um Kernschenkel aus in Achsrichtung mit Abständen übereinander gestapelten Eisenkernscheiben und mit stirnseitig über und unter den Wicklungen angeordneten Jochen, die durch die Eisenkernscheiben achsmittig durchsetzende, metallische Zugelemente fixiert sind, wobei die Zugelemente einstückig sind, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, aus Stahl hergestellt und ausschließlich unter Berücksichtigung der mechanischen Belastung dimensioniert sind.
• Eie derartige Anordnung ist bereits durch die deutsche Patentanmeldung P 32 36 117.3 (VPA 82 P 6508 DE) bekannt.
• Mit Rücksicht auf die Reduzierung von magnetisch bedingten Geräuschen müssen das obere und das untere Joch bei derartigen Drosseln mechanisch miteinander verspannt sein. Die Abstützung der Joche erfolgt dabei über die Kernblechpakete und über Beilagen aus hartem Werkstoff in den Spalten zwischen übereinander angeordneten Kernblechpaketen. Durch die Spannkraft werden die durch die magnetischen Zugkräfte an den Grenzflächen der Kernblechpakete auftretenden Schwingungsamplituden klein gehalten.
• Für die Verspannung der Joche sind unterschiedliche Anordnungen bekannt. Beispielsweise ist durch die US-PS 29 09 742 eine Anordnung bekannt, bei der im Zentrum jedes Kernschenkels ein mechanisches Zugelement vorgesehen ist, das die Joche durchstößt und über verhältnismäßig einfache stern- oder scheibenförmige Verbindungselemente die Zugkraft auf die Joche überträgt.
• Als Werkstoff für die im Zentrum des magnetischen Wechselfeldes liegenden Zugelemente sind glasfaserverstärkte Kunststoffstangen oder unmagnetischer Stahl verwendet worden. Bei der vorgenannten bekannten Anordnung bestehen die Zugelemente aus Stahl und sind durch eine Muffe aus Isolierwerkstoff elektrisch isoliert.
• Der Einsatz von glasfaserverstärkten Kunststoffstangen hat den Nachteil, daß dieser Werkstoff während seiner Alterung fließt und der Einsatz von elektrisch isolierten metallischen Bolzen als Zugelement läßt mit Rücksicht auf die Wirbelstromerwärmung im Magnetfeld nur sehr niedrige magnetische Längsfeldstärken zu.
• Die durch die deutsche Patentanmeldung P 32 36 117.3 für die Baugruppen von Drosseln bekannte Verspannung zeigt eine Anordnung, bei der die Zugelemente aus hochfestem Stahl hergestellt und ausschließlich unter Berücksichtigung der mechanischen Belastung dimensioniert sind.
• Dabei sind die Zugelemente im Bereich der Eisenkernscheiben und der Joche von einem geschlossenen Mantel aus Werkstoff mit sehr guter elektrischer Leitfähigkeit umgeben, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium.
• In diesem Mantel erzeugte Wirbelströme reduzieren das Magnetfeld im Inneren des Zugelementes auf einen Teilbetrag der gerade ausreicht um die Wirbelströme im Mantel aufrecht zu erhalten. Diese Anordnung hat jedoch unter bestimmten Randbedingungen unerwünscht hohe Verluste zur Folge.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für die Verspannung der Joche einer Drossel mit den zugehörigen Kernschenkeln und Wicklungen ausgehend von die Kernschenkel zentral durchsetzenden Zugstangen eine Anordnung zu schaffen, die die volle Ausnutzung der erreichbaren Längsfeldstärken im Kernschenkel und gleichzeitig die Ausnutzung der mechanischen Festigkeit der übrigen Bauteile, insbesondere der Zugstangen auf wirtschaftliche Art und Weise ermöglicht.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für eine Drossel der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die metallischen Zugelemente im Bereich des magnetischen Längsfeldes einerseits zur Minderung ihrer thermischen Belastung und andererseits zur Erhöhung ihrer thermischen Belastbarkeit achsparallele Schlitze aufweisen.
• Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind die Schlitze gleichmäßig auf den Umfang der Zugelemente verteilt. Dabei ist die Tiefe der Schlitze entweder kleiner als der Radius des Querschnittskreises, so daß die zwischen den Schlitzen liegenden Segmente über ein zentrales Kernteil zusammenhängen, oder ist die Tiefe der Schlitze gleich dem Radius des Querschnittskreises, so daß die zwischen den Schlitzen liegenden Segmente einen jeweils separaten, annähernd dreieckigen Querschnitt steil darstellen.
• Die erfindungsgemäße Ausbildung der metallischen Zugelemente ist sehr vorteilhaft, denn sie ermöglicht durch die Verlängerung der Wirbelstrompfade in den Querschnitten von Zugelementen auch verhältnismäßig große Zugelementdurchmesser ohne Uberschreitung der zulässigen thermischen Belastung. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 und 2 Längs- und Querschnitt durch eine Kompensationsdrosselspule, Fig. 3 und 4 Längs- und Querschnitt durch eine Kurzschlußdrosselspule, Fig. 5 und 6 geringfügig verkleinerte Querschnitte von Zugelementen mit eingezeichneten Wirbelstrompfaden, Fig. 7 bis 10 stark verkleinerte Querschnitte von erfindungsgemäßen Zugelementen mit durch Schlitze in SinzelflAchen aufgeteilter Querschnittsfläche und Fig. 11 bis 14 stark verkleinerte Querschnitte von erfindungsgemäßen Zugelementen mit zusammenhängende) Querschnittsfläche0 Einander entsprechende Bauteile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Bei der Anordnung gemäß den Figuren 1 und 2 umfassen Wicklungen 1 einer mehrphasigen Drossel jeweils einen Kernschenkel aus in Achsrichtung übereinander gestapelten Eisenkernscheiben 2. Zwischen jeweils aufeinander folgenden Eisenkernscheiben 2 ist je eine Zwischenlage 5 aus unmagnetischem Werkstoff mit sehr hohem Elastizitätsmodul angeordnet, so daß jeder Kernschenkel für sich eine starre feste Säule darstellt, Die einzelnen Eisenkernscheiben 2 sind in bekannter Weise aus Transformatorblechlamellen zuvammengesetzt und weisen ebenso wie die Zwischenlagen 5 einen achsparallelen zentralen Durchbruch auf.
• Unter Zwischenschaltung von weiteren Zwischenlagen 5 liegen auf den Stirnfläehen der von den Eisenkernscheiben 2 gebildeten Kernsehenkel Joche 3 auf, die vorzugsweise als gerade Balken gestaltet sind und ebenfalls aus Transformatorblechlamellen zusammengesetzt sind.
• Ueber den in den Eisenkernscheiben 2 und den Zwischenlagen 5 der einzelnen Kernschenkel vorgesehenen Durchbrüchen sind in den beiden Jochen 3 ebenfalls Durchbrüche vorgesehen, die mit den erstgenannten deckungsgleich sind. Die in sich etwas elastischen Wicklungen 1 stützen sich in axialer Richtung über Druckringe 6 aus Isolierwerkstoff ebenfalls an den Jochen 3 ab.
• Die Durchbrüche in den Jochen 3, den Eisenkernscheiben 2 und den Zwischenlagen 5 werden je Kernschenkel von einem metallischen Zugelement 4 in Längsrichtung durchsetzt. Die Enden der Zugeleme-te 4 tragen Muttern 8, die nach ihrem Anziehen über Preßbügel 7, die den Eisenkreis der Drossel bildenden Eisenkernscheiben 2 und die Joche 3 fest aufeinander pressen und gleichzeitig die Wicklungen 1 zwischen den Druckringen 6 kurzschlußsicher festhalten. Die Zwischenlagen 5 dienen in dieser Anordnung im wesentlichen zur Einstellung des magnetischen Widerstandes des Eisenkreises.
• Die unter dem unteren Joch angeordneten Preßbügel 7 haben an ihren Enden als Füße 9 für den Drosselaktivteil dienende Abwinklungen.
• Bei der Anordnung gemäß den Figuren 3 und 4 sind den drei Phasen eines Drehstromsystems zugeordnete Wicklungen 1 in je zwei Teile aufgeteilt und paarweise in drei Etagen zwischen Jochen 3 eingespannt. Dabei stützen sich die Wicklungen 1 über Druckplatten 10 aus Isolierwerkstoff, beispielsweise aus Preßspan oder Hartholz, auf den Jochen 3 ab. Die erforderliche PreB-kraft wird auch hierbei durch Zugelemente 4 aufgenom- men, die die Joche 3 in miteinander fluchtenden Durchbrüchen durchsetzen und die an ihren Enden Muttern 8 tragen. Die beim Anziehen der Muttern 8 erzeugte axiale Preßkraft wird über metallische Preßbügel 7 auf das unterste und oberste Joch 3 übertragen, die mit den Wicklungen 1 sowie mit den zwischen den Wicklungen 1 liegenden Jochen 3 sowie darüber hinaus mit jeweils unmittelbar auf den Stirnseiten der Wicklungen liegenden Druckplatten 10 mechanisch hinsichtlich der PreB-kraft in Reihe liegen.
• Die Zugelemente 4 liegen im Bereich der Wicklungen 1 und zum Teil auch im Bereich der Joche 3 innerhaib des magnetischen Längsfeldes. Durch das magnetische Längsfeld werden in den Zugelementen 4 parallel zu deren Umfang fließende, durch Pfeile in den Figuren 5 und 6 angedeutete Wirbelströme erzeugt. Diese Wi.belströme sind um so größer, je größer der innerhalb der Zugelemente 4 liegende Anteil des magnetischen Längsfeldes ist. Da die Querschnittsfläche der Zugelemente 4 mit dem Quadrat des Durchmessers, der Umfang jedoch nur linear mit dem Durchmesser wächst, ist der maximale zulässige Durchmesser für die Zugelemente 4 aus thermischen Gründen begrenzt.
• Die Figur 6 zeigt einen Zugelementquerschnitt mit Schlitzen 11, die den Strompfad für vom Längsfeld erzeugte Wirbelströme deutlich verlängern. Diese Verlängerung bedeutet im wesentlichen eine Vergrößerung des ohmschen Widerstandes für die Strompfade der Wirbelströme, deren absolute Größe dadurch gegenüber der in einem Vollprofil herabgesetzt ist und dadurch eine geringere Erwärmung des Zugelementes 4 zur Folge hat, Der Effekt der geringeren Temperaturerhöhung wird darüber hinaus durch die infolge der Schlitze 11 ver- größerten Oberfläche des Zugelements 4 noch verstärkt, so daß der aus thermischen Gründen maximal zulässige Durchmesser für das Zugelement 4 gegenüber einer Ausführung aus Vollprofil deutlich vergrößert ist.
• Die Ausführungen gemäß den Figuren 7 bis 14 zeigen Querschnitte durch Zugelemente 4 mit unterschiedlich viel Schlitzen 11, die je nach der ermittelten thermischen Belastung mehr oder weniger weit in die Zugelemente 4 hineingefräst sind. Da die Zugelemente 4 an ihren Enden in jedem Fall ihr volles Profil behalten, ist es auch zulässig, die Schlitze 11 so tief auszuführen, daß der Gesamtquerschnitt der Zugelemente in dessen geschlitztem Bereich in Teilquerschnitte aufgelöst ist.
• 14 Figuren 4 Patentansprüche - Leerseite -

Claims (4)

1. PatentansPruche 1. Drossel ffir große elektrische Leistungen mit Wicklungen (1) um Kernschenkel aus in achsrichtung mit Abständen übereinandergestapelten Eisenkernscheiben (2) und mit stirnseitig über und unter den Wicklungen angeordneten Jochen (3), die durch die Eisenkernscheiben (2) achsmittig durchsetzende, ietallische Zugelemente (4) fixiert sind, wobei die Zugelemente (4) einstückig sind, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, aus Stahl hergestellt und ausschließlich unter Berüeksichtigung der mechanischen Belastung dimensioniert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Zugelemente (4) im Bereich des magnetischen Längsfeldes einerseits zur Minderung ihrer thermischen Belastung und andererseits zur Erhöhung ihrer thermischen Belastbarkeit achsparallele Schlitze (11) aufweisen.
2. 2. Drossel nach Anspruch 1, d a d u r e h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schlitze (11) gleich mäßig auf den Umfang der Zugelemente (4) verteilt sind.
3. 3. Drossel nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Tiefe der Schlitze (11) kleiner ist als der Radius des Querschnittskreises, so daß die zwischen den Schlitzen (11) liegenden Segmente über ein Kernteil zusammenhängen.
4. 4. Drossel nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Tiefe der Schlitze (11) gleich dem Radius des Querschnittskreises ist, so daß die zwischen den Schlitzen (11) liegenden Segmente einen jeweils separaten, annähernd dreieckigen Querschnittsteil darstellen.