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Drossel mit Wicklungen um Eisenkernschenkel aus
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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.
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Eie derartige Anordnung ist bereits durch die deutsche Patentanmeldung
P 32 36 117.3 (VPA 82 P 6508 DE) bekannt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die unter dem unteren Joch angeordneten Preßbügel 7 haben an ihren
Enden als Füße 9 für den Drosselaktivteil dienende Abwinklungen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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14 Figuren 4 Patentansprüche
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