DE845822C

DE845822C - High-current transformer with concentric windings

Info

Publication number: DE845822C
Application number: DEP26680D
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl-Ing Schaerli
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1945-10-30
Filing date: 1948-12-24
Publication date: 1952-08-07

Description

Hochstromtransformator mit konzentrischen Wicklungen Transformatoren zur Erzeugung :ehr grober Strö mc. wie sie für das ganze Gebiet der illdu- jtriellett Schmelzgtnerzeugung benötigt weinen, sind bis heute in zwei ll;tttarteti hergestellt worden. Bei der eitlen lhauart wird als Magnetgestell ein Eisen- kern finit stelletl@letl süttlen verwendet. auf welchen die Wicklungen konzentrisch aufgelwacht sind, wo- bei die flochstrontwicklung <his einer großen ein- zahl parallel geschalteter scheibenspuletl besteht und wcgeil des groben Raumbedarfs ihrer zum Ofen führenden Ahleitung»chiellen zu äußerst am @@'icklntl@rski»-l@er aufgesetzt ist. Dien Mattart ist, obwohl sie citlv weite Verbreitung gefunden hat, für den zu erwichendetl Zweck wenig geeignet, wtl zwar haul>tsäclllich aus dein (;runde, weil die Leiteraus<lchnung quer zum Streufeld. infolge der rasch anwachsenden Wirbelströme stark einge- sc hr<inkt werdetl taub. plan erhält deshalb holte und schmale Wicklungen und ein entsprechend langgestrecktes und schwerfälliges System %cui Ab- leitungsschienen, welches mit großen Fahrikations- kosten und Stromverlusten erkauft Nverden inuli. I >ic >c blanke Forin des Wicklungskörpers ist offen- siclltlich ungeeignet zur Erzielung grober Kurz- schluGspalmtrnNert, wie sie bei aller. benötigt werden, und zwingt deshalb zur _\nschaffmW zusätzlicher Drosselspulwt, welche, tun kurzschlußwirksam zu sein, verhältnismäßig grob und teuer werden. Für die zweite Bauart, welche lesmlders für das Gebiet sehr großer Ströme, 3000 A und darüber, henurzt wird, dient als Nlagnetgestell ein E isenkeru der \lantcltyl>e mit liegenden Säulen, auf welchen die beiden Wicklungen in einer abwechselnden Folge von meistens rechteckförmigen Spulen aufgebracht sind. -Man erhält auf diese Weise wohl ein Ableitungssystem von großer Kürze, muß datür aller eine ganze Reihe wesentlicher Nachteile in Kauf nehmen. Scheibenwicklungen erzeugen bekanntlich im Kurzschluß axiale Kräfte, welche in die Hunderte von Tonnen gehen können und zu ihrer Meisterung schwerer Wicklungspreßkörper bedürfen. Infolge der für eine ausreichende Kühlung der Spulen benötigten rechteckigen Form derselben werden die Spulenumfänge groß und damit auch der 'Materialaufwand für den Wicklungskörper und sein Stromwärmeverltist. Die Kosten für die Hochstromwicklung sind bedeutend, weil ihre Spulen in der Regel nicht mehr gewickelt, sondern aus Schienen zusammengeschweißt oder verschraubt werden müssen. Scheibenwicklungen sind zudem in bezug auf Anzapfungen sehr empfindlich hinsichtlich der auftretenden radialen Verschiebungskräfte, weshalb Einrichtungen zur Regelung der meistens in weiten Grenzen veränderlichen Ofenspannungen in einen besonderen Vorschalttransformator verlegt werden müssen. Die schnell anwachsenden Wirbelströme lassen auch hier nur verhältnismäßig schmale Spulenbiindel zu; große Kurzschlußspannungen können deshalb wieder nur durch zusätzliche Drosselspulen erreicht werden.High current transformer with concentric windings Transformers for generation: rather coarse Stream mc. as they are for the whole area of the illdu jtriellett hot melt generation needed cry, are to date has been made in two ll; tttarteti. at the vain lhauart uses an iron kern finite stelletl @ letl süttlen used. on which the windings are awakened concentrically, where- in the case of the flochstron winding <up to a large one number of parallel-connected disc coil units and wcgeil of the large space requirements of their for Furnace leading lead to extreme am @@ 'icklntl @ rski »-l @ er is put on. Dien Mattart is although citlv has found widespread use, unsuitable for the purpose to be achieved, wtl Although haul> usually from your (; round, because the Conductor calculation across the stray field. as a result of rapidly increasing eddy currents sc hr <inktl go deaf. plan therefore gets fetched and narrow windings and one accordingly elongated and cumbersome system% cui Ab- line rails, which are connected to large costs and electricity losses are bought by Nverden inuli. I>ic> c bare shape of the winding body is open- definitely unsuitable for achieving coarse short SchluGspalmtrnert, as they do with all. are needed, and therefore forces to _ \ nschaffmW additional choke coil, which, do short-circuiting, proportionately become gross and expensive. For the second type, which lesmlders for the Area of very high currents, 3000 A and above, an iron keru serves as a support frame the \ lantcltyl> e with lying pillars on which the two windings in an alternating manner Sequence of mostly rectangular coils are applied. In this way you get a system of derivation of great brevity, of course you have to accept a whole series of essential disadvantages. As is known, disc windings generate axial forces in a short circuit which can amount to hundreds of tons and which require heavy compression molded bodies to be able to cope with them. As a result of the rectangular shape of the coils required for adequate cooling, the coil circumferences are large and thus also the cost of materials for the winding body and its current heat is lost. The costs for the high-current winding are significant because their coils usually no longer have to be wound, but instead have to be welded or screwed together from rails. Disk windings are also very sensitive to taps with regard to the radial displacement forces that occur, which is why devices for regulating the furnace voltages, which usually vary within wide limits, have to be installed in a special series transformer. The rapidly growing eddy currents also allow only relatively narrow coil bundles here; high short-circuit voltages can therefore only be achieved with additional choke coils.

Gegenstand der Erfindung ist ein Hochstrointransfortnator mit konzentrischen Wicklungen, bei welchem die Vorteile der Kerntype (konzentrische Wicklungen und kreisrunde gewickelte Spulen) mit jcnen der Manteltype (Kürze der Ableitungsführung auf der Hochstromseite) ohne deren oben beschriebene Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, dadurch vereinigt sind, daß erfindungsgemäß die Hochstromwicklung aus Blech als Zylinder gewickelt ist und daß der 'Zagnetkern aus einer radialgeblechten Säule mit einer Anzahl U-förmiger, die Wicklungen käfigförmig unischließender hiicksclilußjoche besteht.The invention relates to a Hochstrointransfortnator with concentric Windings in which the advantages of the core type (concentric windings and circular wound coils) with the jacket type (brevity of the lead on the high current side) without accepting the disadvantages described above must, are united in that, according to the invention, the high-current winding made of sheet metal is wound as a cylinder and that the 'Zagnetkern from a radially laminated column with a number of U-shaped, cage-shaped uniclosing hiicksclilußjoche consists.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in Fig. i in Längsschnitt und in Fig. 2 in Draufsicht auf den Kern eines luftgekühlten Transformators dargestellt, während die 1' ig. 3. 4 und ä flüssigkeitsgekühlte Transformatoren in 1_ä ngsschnitt und Draufsicht zeigen.Exemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawing in Fig. i in longitudinal section and in Fig. 2 in plan view of the core of an air-cooled Transformer, while the 1 'ig. 3. 4 and д liquid-cooled transformers Figure 1 shows a longitudinal section and a top view.

In allen Figuren ist mit i die Säule des -Magnetkernes bezeichnet, die in radialer Blechung ausgeführt ist und an welche U-förmige Blechpakete 2 als 1Ziickschlußjoche sternförmig gruppiert angefügt sind, so claß sie die Wicklungen käfigartig unischließen. Die Hochstromwicklung ist mit 3 und die Erregerwicklung ist mit 6 bezeichnet, beide Wicklungen liegen konzentrisch zueinander. Die 1-Iochstromwicklung liegt bei Fig. i und 4 außerhalb der Erregerwicklung und bei Fig. 3 zwischen Erregerwicklungsteilen; sie besteht aus einer Spule, die aus blankem Blech in Form eines Zylinders gewickelt ist. Die Breite und Dicke des Bleches sind so gewählt, daß die Spule auf einfache Art gewickelt werden kann. Die Erregerwicklung kann beliebige Wicklungsart hallen.In all figures, i denotes the column of the magnet core, which is designed in radial lamination and to which U-shaped laminated cores 2 as 1Ziickschlussjoche are attached in a star-shaped group, so it classifies the windings close like a cage. The high current winding is 3 and the excitation winding is denoted by 6, the two windings are concentric to one another. The 1-Iochstrom winding is in Fig. i and 4 outside the field winding and in Fig. 3 between the field winding parts; It consists of a coil that is wound from bare sheet metal in the shape of a cylinder is. The width and thickness of the sheet are chosen so that the coil is easy Kind can be wrapped. The excitation winding can have any type of winding.

Die Spule der @locistromwichlntl@ 11a1 beim Transformator nach Fig. i, 2 drei Windungen, ttnd jede Windung besteht aus drei dünnen Blechen, die gleichzeitig miteinander gcwiclkelt sind. Ani .lrlfang und Ende der Bleche der Wicklung sind die Ableitungen-4°,'4b, 5°, 5b durch Schweißen oder Löten angebracht, die sämtlich auf einer Seite der Hochstromwicklung herausgeführt sind. An der Befestigungsstelle der Ableitungen sind die Bleche der Wicklung abweichend von der Zylinderform eben, so daß hier der Z_vlindermaiitel abgeflacht ist, um das Befestigen der Ableitungen zti erleichtern. Die Befestigung der Ableitungsschienen kann sowohl an den Stirnkanten der Bleche als auch all der oberen oder unteren Längskante derselben oder auch än der Mantelfläche der Spule selbst in unmittelbarer Nähe von Anfall'- und Ende der Spule erfolgen. Der Platzbedarf für die Ableitung ist damit in radialer Richturig sehr gering, so claß es möglich ist, doppel- und mehrfachkonzentrische Wicklungsanordnungen auszuführen, wie iil Fig.3 gezeigt, wodurch Transformatoren für die @größten Ströme gebaut werden können. The coil of the @ locistromwichlntl @ 11a1 in the transformer according to Fig. 1, 2 has three turns, and each turn consists of three thin metal sheets which are wound together at the same time. At the start and end of the metal sheets of the winding, the leads-4 °, 4b, 5 °, 5b are attached by welding or soldering, all of which lead out on one side of the high-current winding. At the point of attachment of the leads, the sheets of the winding are flat, deviating from the cylindrical shape, so that here the Z_vlindermaiitel is flattened to make it easier to attach the leads. The discharge rails can be fastened to the front edges of the metal sheets as well as to all of the upper or lower longitudinal edges of the same or to the outer surface of the coil itself in the immediate vicinity of the incidence and end of the coil. The space requirement for the discharge is therefore very small in the radial direction, so it is possible to implement double- and multi-concentric winding arrangements, as shown in Fig. 3, whereby transformers can be built for the largest currents.

Beim Beispiel eines Öltransformators mit doppelkonzentrischer Wicklung nach Fig. 3 ist die 1-l0chstromwicklung 3 von den beiden in IZeilie geschalteten Teilen der Erregerwicklung 6 umschlossen. Die Hoclistromwiclklulig besteht aus einer Spule mit zwei durch Luftabstand getrennten Windungen aus einem oder mehreren parallel gewickelten Blechen. Der außenliegende Teil der Erregerwicklung kann einen regelbaren Wicklungsteil besitzen, von (lern nicht gezeichnete Allleitungen zu der Schalteinrichtung 9 führen.In the example of an oil transformer with double concentric winding According to FIG. 3, the 1-hole current winding 3 is of the two connected in line Parts of the excitation winding 6 enclosed. The Hoclistromwiclklulig consists of one Coil with two turns of one or more parallel turns separated by an air gap wrapped sheets. The external part of the excitation winding can be regulated Have winding part, from (learn non-illustrated universal lines to the switching device 9 lead.

Einen Öltransformator mit zwei axial übereinanderliegenden Spulen 3a, 3b für die Hochstronnwicklung zeigen Fig. 4 und 5. jede Spule besteht hier aus einer einzigen Windung aus dünnen parallel gewickelten Blechen. d. 1i. sie bildet einen offenen Zylinder. Die Spulen kiiiiiien parallel oder in Reihe geschaltet sein.An oil transformer with two axially superposed coils 3a, 3b for the high-current winding are shown in FIGS. 4 and 5. Here, each coil consists of a single turn of thin sheet metal wound in parallel. d. 1i. she educates an open cylinder. The coils can be connected in parallel or in series.

Die Transformatoren nach Fig. i bis 5 können sowohl fahrbar als ortsfest verwendet werden. Bei den Beispielen ist angenommen, daß die Transformatoren auf einem Fahrgestell 7 angeordnet sind. Die Anzahl der Windungen pro Spule und die Anzahl der für diese verwendeten Bleche kann je nach den Erfordernissen beliebig gewählt werden. Die Befestigung der Ableituligell 4", 4b, ä°, erfolgt gemäß Fig. i, 2 in der Weise, daß an die Stirnkanten der abgeflachter' Bleche am Anfang und Ende der Spule 3 je ein Abschlußstiick 14, i 3 angeschweißt ist, von denen jedes auf der aus der Spule nach unten herausgeführten Seite mit zwei U-förmig abgebogenen Lappen i 4a, 14b, l J5", 1,5h ausgerüstet ist, die radial von der Spule wegstehen. An diese Lappen sind die Ableitungen entweder unmittelbar befestigt, wie in Fig. i ausgezogen gezeigt, oder sie sind mit Hilfe voii nach unten gerichteten Zwischenstricken ebenfalls in radialer Richtung weggeführt, wie in Fig. i gestrichelt angedeutet. Beim Beispiel nach Fig. 4 besitzen die offenen Zylinder der Sllillell 3°, 3 ' nach außen radial abgebogene gerade lilecliteile. welche die Sl)ulcllaitf:iilge nil)( -eil@leil bildete und an m-rlchen )lie .\I)leituil@@eit @". .16, 5". ;n angebracht sind. Sind )licse.\rtcii ilerAbleitung für Lufttransforina- t))reii ui(*')#,-licli, s)) ergibt sich für ()Itransforinatoren 1!ie .\I)lcitnn@@ eil I'ichtun- der Spulenachse durch den Pcckel de; (llgef:il.ie; S als zweckmäßig und 1)latzsl)al-eild, \% IC l'tg.3 1»s ; zeigen. hier die Ab- leitung sehr großer Stri>ine ist hei den Beispielen )1:e Allzahl der Stromanschlüsse verdoppelt "vordeu (VO. Vi(', i 1)"s 5). 3 zeigt noch die L'nter- wischuiig der Ableitungen der llochstronlspule. I )icse betlucme Art der Anbringung der Ableitun- gen ergibt für l.tifttr.nl:f))ruizitort#n den besonderen Vortril, dal3 sie ))1)erltalb Irres Verwendungsortes, z. l». ;ruf eineng elektrischen Ofen, angebracht wer- den l:iittnen. Viir die l,ttftkühlung wird ist dein 1#alt z. 11. der Lüfter mit llilfe t#iner Luftfiihrun- ober- halb )l(; \lagtletkerns de; Transformators angc- ortlnet. I )ie \ert@ enduttg get@-ichelter lileclizylinder für die IIoch:tro)m,@icklung ergibt <gen Vorteil einfach- ster @lerstelluugsart, gri)Llter liurzschlußfestigkeit und kleinstur zusätzlicher Stroniverltiste, falls, wie vorgesehen, der \la"itetl:ei-ti aus einer radialge- 1)lechteu Smile mit U-fiirmigen lziiclacliltißjoclien bestellt, \\UIcll letztere die hoch stromwickluns@ k:iligartig umsclllicl.ieil. Die Verwendung radial? gehleillter Smilrtl mit die \\"ickluugen umschließett- )!cn IZÜcl:;chlul.lj)>clleit ergibt iiiimlicli nicht nur ciiie @grringe I>atthi>he für die"I'ransformatoren, d.h. sehr kurze Ableitum`en. sondern sie ermöglicht eine Steucnwg )Irs Streuflusses der Wicklungen inner- halb )ges \lagnetkiirl>ers, so (laß der sonst so be- fürchtete 1)urclitritt (lessrll)eii durch die oberen und unteren kandgel»ete der Wiclaungsbleche auf eist uiil)e@lcuteu)lcs \lal3 beschränkt werden kargst uilil \\'irl)el;tr))mvt#rltt;te t-crmie@len t@-crilcn. The transformers according to Fig. I to 5 can be used both mobile and stationary. In the examples it is assumed that the transformers are arranged on a chassis 7. The number of turns per coil and the number of sheets used for these can be selected as required, depending on the requirements. The attachment of the Ableituligell 4 ″, 4b, ä °, takes place according to Fig. 1, 2 in such a way that on the front edges of the flattened 'sheets at the beginning and end of the coil 3 each a termination piece 14, i 3 is welded, of which each is equipped with two U-shaped bent tabs i 4a, 14b, l J5 ", 1.5h on the side leading out of the bobbin, which protrude radially from the bobbin. The leads are either attached directly to these flaps, as shown in solid lines in FIG. 1, or they are also led away in the radial direction with the aid of downwardly directed intermediate cords, as indicated by dashed lines in FIG. In the example according to FIG. 4, the open cylinders of the Sllillell 3 °, 3 'have straight lileclite parts bent radially outwards. those who Sl) ulcllaitf: iilge nil) (-eil @ leil formed and on m-rlchen ) lie. \ I) leituil @@ eit @ ".16, 5". ; n are appropriate. Are) licse. \ Rtcii ilerDeduction for air transforma- t)) reii ui (* ') #, - licli, s)) results for () Itransforinators 1! Ie. \ I) lcitnn @@ eil I'ichtund through the coil axis the Pcckel de; (llgef: il.ie; S as expedient and 1) latzsl) al-eild, \% IC l'tg.3 1 »s; demonstrate. here the The examples show the conduction of very large lines ) 1: e all number of power connections doubled "voreu (VO. Vi (', i 1) "s 5). 3 still shows the inter- Wischuiig the conductors of the oil-hole coil. I) icse betlucme Type of installation of the discharge gen results in the special one for l.tifttr.nl:f))ruizitort#n Advantage because they)) 1) may be used in an insane place of use, z. l ». ; call an electric oven to be attached den l: iittnen. Viir the oil cooling is your 1 # old z. 11. the fan with the help of air ducting half) l (; \ lagtletkerns de; Transformer angc- ortlnet. I) ie \ ert @ enduttg get @ -ichelter lileclizylinder for the IIoch: tro) m, @ icklung results in an advantage simply- ster @lerstelluugsart, gri) Llter li short circuit strength and the smallest additional power loss list, if, how provided, the \ la "itetl: ei-ti from a radial 1) lechteu smile with U-shaped lziiclacliltissjoclien ordered, \\ UIcll the latter the high stromwickluns @ k: uniquely, umsclllicl.ieil. The use of radial? healed Smilrtl with the \\ "icklugen enclosing- )! cn IZÜcl:; chlul.lj)> clleit not only gives iiiimlicli ciiie @grringe I>atthi> he for the "I transformers, ie very short derivations. but it enables one Control) Irs leakage flux of the windings within half) ges \ lagnetkiirl> ers, so (let him otherwise feared 1) urclitritt (lessrll) eii through the upper ones and lower edge of the winding plate eist uiil) e @ lcuteu) lcs \ lal3 are limited uilil \\ 'irl) el; tr)) mvt # rltt; te t-crmie @ len t @ -crilcn.

Claims

PATI'xTANsl'tit't: ltE:

1.f I @>cllstn> mtransformati) r with concentric smart characterized by date ilie II)) cli; tr @ with @ -iclauug from l '# lecli as a cylinder is developed and @lati the Maglietkern from eili:, i. ra) lialgel) lecllteil S: mle with a number of U-shaped iniger which W icklttttgen k: itigfiirniig umschlie- Lteii) ler Itücl: schlul.lj)) clle consists. =. II)) cll; tn>intran; forinat)) r according to claim i. thereby wedge-shaped, so that the llochstroln winding from at least two @@ wickeit llleclluti bustrht. 3. II)) cll; tr)) mtraitsf) lrmat @) r flat. \ Tlsl) rttch i, thereby gekcililzeic llilet. dal.i the I fochstroni-

m cklung from a spool with an eillzigeil W ilidttng exists. ..1. High-current transformer according to claim t, characterized in that the Ilochstronic wickhing atls a coil finite at least two \\ "ordered in <lun @; en. ;. Hole current transformer according to claim r, characterized in that the llochstront the winding consists of at least two coils, which come together in the axial direction are. f. high-current transformer according to claim r, thereby keuuzeiclinet, since13 drainage at the beginning resp. 1 - ends of the coil are attached directly. j. llochstrointransforinator Bach claim 6, characterized by (let the : in the @tirill: antennas of the sheets are brought. B. high-current transformer according to claim <), thereby gelceiiiizeiclitiet. (let the drainage schiei @ eu on dell t-: ing edges of the sheets are brought. <). 1-hole current transformer according to claim thereby gclcetiuzeiclinet, (let the: \ 1) lead : rails on the surface of the coil sheet metal are attentive. to. 1-hole flow transformer according to claim 0, thereby "ekeniizeiclint # t, <let the A1> lead 1tlgs- SchiUnen on the t # iiter side of the lioclisti-oittt @ iclc- hung atigel »-night are. i i. flochstronl transformer according to the sayings; 1) is io, characterized in that the wlinilermautel the winding at the loading fixed position of the awl splints is flat. 12. High-current transformer according to claim ii,) characterized by the fact that the derivative gen essentially radially from the winding are led away. 13. Ilochstrc) nitransforrnator according to claim ii, characterized in that the Ableitttn- gen is the direction of the "cylinder axis from the \\ 'ickItitlg are led away. 14. 1-hole current transformer stuck claim i, characterized by (let the high current @t icklting to the excitation development at least is arranged twice concentrically. i 3. Hochstronttransforniator according to claim 3, ) marked by, (do not let the coils are connected to each other in parallel. 1G. 1-hole current transformer according to claim @, thereby "ekeitiizeichnet, (do not let the coils Some realities are indigenous.