DE584792C - Anordnung zur Verminderung der Wirbelstrom- und Hysteresisverluste in elektrischen Apparaten oder Maschinen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Verminderung der Wirbelstrom- und Hysteresisverluste in elektrischen Apparaten oder Maschinen Um das Arbeiten mit Eisentransformatoren möglichst wirtschaftlich zu gestalten, ist man bemüht, die Eisenverluste soweit wie möglich herabzusetzen. Durch die Erfindung werden Anordnungen angegeben, welche es ermöglichen, d.ie Eisenv erluste gegenüber den bisher bekannten Konstruktionen weiterhin zu vermindern.
• Gemäß der Erfindung werden elektrische Apparate und Maschinen, bei denen von elektromagnetischen Wechselfeldern durchflossene Kerne aus ferromagnetischem Material benutzt werden, so konstruiert, daß die Kerne während des normalen Betriebes eine höhere Temperatur annehmen. Diese Temperatur wird so gewählt, daß der elektrische Widerstand des. Eisens und seine Maximalpermeabilität möglichst hoch sind, während die Koerzitivkraft klein sein soll. Bestimmt man die Temperatur der Kerne nach diesen Gesichtspunkten, so werden die Wirbelstromverluste klein, und infolge der geringen Koerzitivkraft werden die Hysteresisverluste auf ein geringes Maß herabgesetzt. Gleichzeitig kann dadurch, daß die Permeabilität groß ist, die Streuung herabgesetzt werden. Die Temperatur, die nach diesen Gesichtspunkten am vorteilhaftesten ist, liegt wesentlich höher als ioo° C. Man hat schon zur Prüfung von hitzebeständiger Isolierung Transformatoren längere Zeit stark überlastet betrieben, wobei sich die Wicklungen und infolgedessen auch. die Kerne auf Temperaturen bis zu 25o° C aufgeheizt haben. Dabei hat man nicht die Temperaturen der Kerne in der Weise bestimmt, daß ihre elektrischen und magnetischen Eigenschaften möglichst vorteilhaft werden, und die Kerne im normalen Betrieb auf dieser Temperatur gehalten, sondern man hat nur die Eigenschaft der Isolierung bei Überlastung der Transformatoren geprüft.
• Die Höhe derjenigen Temperaturen, die gemäß der Erfindung etwa für die Kerne in Frage kommen, kann man aus bekannten Tabellen über die Leitfähigkeit des Eisens seiner Koerzitivkraft, Remanenz und Maximalpermeabilität in ihrer Temperaturabhängigkeit entnehmen. Z. B. findet sich in Landolt - Börnstein »Physikalisch-Chemische Tabellen« 1l, 1923, auf S.1050 für den Widerstand des Eisens bei o° C i,oo, bei ioo° C 1,6o, bei 20o° C 2,47, bei 300° C 3,49-Andererseits geht aus G e i g e r & S c h e e 1 »Handbuch der Physik«, 1927, Bd. 15, S. 194 (Abb. 30), hervor, daß die Koerzitivkraft des Eisens wesentlich erst in einem Temperaturgebiet zwischen etwa Zoo und 40o° C abnimmt, während ihre Änderung zwischen Zimmertemperatur und etwa i 5o° C nur sehr gering ist. Auch die Remanenz nimmt erst etwa in dem gleichen Temperaturintervall stark ab, so daß die Hysteresisverluste ebenso wie die Wirbelstromverluste beim Arbeiten bei einer Temperatur von etwa 25o° wesentlich verringert werden. In demselben Temperaturintervall erfährt aber auch die Maximalperineabilität eine wesentliche Steigerung, wie aus der Forinel (36) auf S. 170 des Handbuches hervorgeht.
• Zur Durchführung des Erfindungsgedankens genügt es in vielen Fällen, den Kern thermisch zu isolieren, so daß er sich während des Betriebes infolge der Wirbelströme und Hysteresis auf die gewünschte Temperatur aufheizt. Man hat bereits bei Transformatoren den Kern von den Wicklungen thermisch isoliert, wenn man, um die Kupferverluste möglichst gering zu halten, die Windungen durch besondere Mittel stark gekühlt hat, um zu vermeiden, daß gleichzeitig auch der Kern dieser starken Kühlung unterworfen wird. Man hat jedoch dabei auch die Temperatur des Kernes nur in den üblichen Grenzen gehalten, die nach oben hin bei etwa.go° C liegen.
• Zuweilen ist es auch nötig, außer der Isolierung zwischen Kern und Wicklung eine besondere Vorrichtung zum Heizen des Kernes anzubringen. Diese kann darin bestehen, daß eine zusätzliche Heizspule angebracht wird, durch die entweder nur zum Anheizen oder auch während des Betriebes ein besonderer Strom geschickt wird. Auch kann man zum Anheizen durch die bereits in der Apparatur vorhandenen oder durch die zusätzlichen Windungen höher frequente Ströme schicken.
• Der Kern kann gegen die stromführenden Teile wärmeisoliert sein, so daß er weder durch Leitung noch Strahlung wesentliche Wärmemengen an die Wicklungen abgibt. Zur Wärmeisolation bedient man sich z. B. der aus der Induktionsöfentechnik bekannten Hilfsmittel. Die Windungen bleiben dann auf so niedriger Temperatur, daß zu ihrer elektrischen Isolierung die normalen Isoliermittel ausreichen.
• Läßt man dagegen die Wärmeisolierung fort, so -werden die stromführenden Teile gleichzeitig stark beheizt, so daß es nicht möglich ist, die üblichen Isoliermittel zu verwenden. Es müssen vielmehr zur Isolierung solche Materialien benutzt werden, die auch bei höheren Temperaturen ihre Fähigkeit zu isolieren nicht verlieren. Besonders geeignet sind bekanntlich für diesen Zweck anorganische Isoliermittel, wie z. B. Aluminiumoxyd.
• Man kann auch zur Isolierung die Stromleiter mit einer Glasur versehen, auf die ein dünner Metallmantel aus Aluminium oder Blei gepreßt wird, der ein Abspringen der Glasur verhindern soll. Der Widerstand dieses Metalls wird zweckmäßig groß gegen den des Leiters gemacht, um Induktionsströme im Mantel zu unterdrücken. Eine andere bereits bekannte vorteilhafte Isolierung kann durch Verwendung von faserförmigem mineralischem Material hergestellt werden, indem die Leiter mit dem Isoliermittel umsponnen werden oder indem das feinfaserige Isoliermittel auf die mit einer klebenden Substanz bestrichenen Leiterteile aufgestäubt wird.
• In allen Fällen ist es vorteilhaft, von dein an sich für Transformatoren bekannten Mittel Gebrauch zumachen, die Zwischenräume zwischen den einzelnen Windungen mit keramischem Material auszugießen und dieses Material bei hoher Temperatur zu brennen oder zu sintern. Dadurch werden Luftströme vermieden, in denen sich eine Ionisierung bemerkbar machen könnte.
• Infolge -der hohen Temperatur, der der Kern während des Betriebes ausgesetzt ist, besteht die Gefahr, daß er sich oxydiert. Um dies zu vermeiden, kann er luftdicht abgeschlossen oder in einem mit indifferentem Gas, z. B. Stickstoff, gefüllten Behälter eingebaut werden.
• Die Anordnungen gemäß der Erfindungen lassen sich für die verschiedensten elektrischen Einrichtungen verwenden. Besonders gut geeignet sind sie für Transformatoren, Drosselspulen, Induktionsöfen u. dgl. Als Material für die Kerne kommen außer Eisen auch Nickel und Kobalt und Legierungen dieser Metalle untereinander und mit gewissen anderen Metallen in Frage, die die magnetischen Eigenschaften des Kernmaterials verbessern.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Verminderung der Wirbelstrom- und Hysteresisverluste in elektrischen Apparaten oder Maschinen, z. B. Transformatoren, Drosselspulen, Induktionsöfen, Generatoren u. dgl., mit aus ferromagnetischem Material bestehenden Körpern, die von elektromagnetischen Wechselfeldern durchflossen sind, z. B. Kernen oder Ankern, dadurch gekennzeichnet, daß sich die ferromagnetischen Körper während des normalen Betriebes auf Temperaturen von etwa 25o° C oder darüber befinden.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Körper zwecks Erreichung der hohen Betriebstemperatur gegen die Windungen thermisch isoliert ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i oder a, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Heizung bzw. Anheizung des ferromagnetischen Körpers, vorzugsweise mit Hilfe einer besonderen Wicklung. q.. Anordung nach Anspruch i oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die stromführenden Teile mit elektrischen Isoliermitteln umgeben sind, die gegen höhere Temperaturen beständig sind, z. B. mit Aluminiumoxyd oder mineralischen Fasern. 5. Anordnung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die stromführenden Teile mit einer hitzebeständigen Glasur versehen sind, auf die dünne Metallmäntel, z. B. aus Aluminium oder Blei, gepreßt sind. 6. Anordnung nach Anspruch i oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die stromführenden Teile mit Abstandshaltern, z. B. Glas- oder Porzellanringen, umgeben sind, die zweckmäßig mit einer metallischen oder mineralischen Bespinnung versehen sind. Anordnung nach Anspruch i oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen mit keramischem Material imprägniert sind, das zweckmäßig bei hoher Temperatur eingebrannt bzw. gesintert ist.