DE937184C - Switching throttle - Google Patents

Switching throttle

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DE937184C
DE937184C DES4049D DES0004049D DE937184C DE 937184 C DE937184 C DE 937184C DE S4049 D DES4049 D DE S4049D DE S0004049 D DES0004049 D DE S0004049D DE 937184 C DE937184 C DE 937184C
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DE
Germany
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switching
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disc coils
coils
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Expired
Application number
DES4049D
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German (de)
Inventor
Marcel Dipl-Ing Zuehlke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/02Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation
    • H01F38/023Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation of inductances
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2895Windings disposed upon ring cores

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Description

Schaltdrossel Gegenstand des Patents 730 r$6 ist eine Schaltdrossel für vorzugsweise periodisch betätigte Wechselstromschalteinrichtungen, insbesondere für mechanische Stromrichter. Der Zweck einer solchen Schaltdrossel ist es, die Stromunterbrechung zu erleichtern, indem sie die Stromkurve derart verzerrt, daß in der Nähe jedes Stromnulldurchganges eine stromschwache Pause entsteht, während welcher die Kontakttrennung vor sich gehen kann. Nach dem Hauptpatent besteht der sich sättigende Eisenkern einer derartigen Schaltdrossel aus flach übereinandergewickelten Lagen von Eisenband und besitzt vorzugsweise Ringform. Mit der Erfindung wird nun die Aufgabe gelöst, auf einem solchen Kern. die Wicklung möglichst vorteilhaft unterzubringen und dabei möglichst günstige elektrische Bedingungen hinsichtlich der gewünschten Wirkung und der Herabsetzung der unvermeidlichen Verluste zu schaffen.Switching choke The subject of patent 730 r $ 6 is a switching choke for preferably periodically operated AC switching devices, in particular for mechanical power converters. The purpose of such a switching choke is to facilitate the interruption of the current by distorting the current curve in such a way that a low-current pause occurs in the vicinity of each current zero crossing, during which the contact separation can take place. According to the main patent, the saturating iron core of such a switching inductor consists of layers of iron strip wound flat on top of one another and preferably has a ring shape. The invention now solves the problem on such a core. to accommodate the winding as advantageously as possible and thereby create the most favorable electrical conditions with regard to the desired effect and the reduction of the inevitable losses.

Die Wirkung der Schaltdrossel beruht bekanntlich darauf, daß sie bei Unterschreitung eines bestimmten, im Vergleich zum Belastungsstrom sehr kleinen Stromwertes praktisch die gesamte treibende Spannung des Stromkreises übernimmt und damit innerhalb einer gewissen Zeit, nämlich der erwähnten stromschwachen Pause, praktisch keine Stromänderung gestattet. Wird für den Kern der Schaltdrossel eine sehr hochwertige Eisensorte mit scharfem Knick der Magnetisierungskennlinie verwandet, wie z. B. 5oprozentiges Carbonylnickeleisen oder Siliziumeisen mit vorzugsweise 3 bis 4% Siliziumgehalt, so erfolgt die übernahme der Spannung wegen des scharfen Knickes der Mägnetisierungskennlinie sehr schnell. Nun besitzt aber die Wicklung jeder Schaltdrossel eine gewisse Eigenkapazität, ferner - eine gewisse Kapazität gegen den Kern, und gegen. Erde. In erster Annäherung kann man daher als Ersatzschaltbild der wirklichen Spule eine Induktivität mit parallel geschaltetem Kondensator . annehmen. Der Parallelkondensator verzögert den Anstieg- der Spannung an der Schaltdrossel entsprechend der langsamer vor sich gehenden Kondensatoraufladung. Der Kondensator macht also im _ ersten Augenblick die Schaltdrossel unwirksam. Es schließt sich ein durch Ausgleichströme hervorgerufener nahezu ungedämpfter Schwingungsvorgarng an. Die Frequenz dieses Ausgl:eichvorganges ist um so höher und die Schwingung klingt um so schneller ab, je kleiner die Parallelkapazität -dies Ersatzschaltbildes ist.The effect of the throttle is known to be based on the fact that it is at Falling below a certain value, which is very small compared to the load current Current value practically takes over the entire driving voltage of the circuit and thus within a certain time, namely the mentioned low-current pause, practically no change in current allowed. Used for the core of the switching reactor a very high quality iron type with a sharp bend in the magnetization characteristic related, such as B. 5% carbonyl nickel iron or silicon iron with preferably 3 to 4% silicon content, so the takeover of the tension takes place because of the sharp The magnetization curve kinks very quickly. But now has the winding each switching reactor has a certain self-capacitance, furthermore - a certain capacity against the core, and against. Earth. As a first approximation, one can therefore use an equivalent circuit diagram the real coil has an inductance with a capacitor connected in parallel. accept. The parallel capacitor delays the rise in voltage at the switching inductor corresponding to the slower charging of the capacitor. The condenser makes the switching throttle ineffective at the first moment. It closes an almost undamped oscillation process caused by equalizing currents at. The frequency of this equalization process is all the higher and the oscillation sounds the faster the smaller the parallel capacitance - this equivalent circuit diagram is.

Nach der Erfindung werden daher die Spulen auf dem Eisenkern so aufgebaut, daß :sie geringe Eigenkapazität und geringe Kapazität gegen den Eisenkern besitzen.According to the invention, therefore, the coils on the iron core are constructed in such a way that that: they have low intrinsic capacity and low capacity against the iron core.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Various exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing shown.

In Fig. i ist - der -ringförmige Eisenkern der Schaltdrossel mit 5 bezeichnet. Auf diesem ist die Wicklung in Form von Scheibenspulen 41, 42; 43 usw. aufgebracht. Dieser Wicklungsaufbau ist außer aus den oben angegebenen Gründen auch noch deswegen besonders vorteilhaft, weil er eine gute Ausnutzung des vom Kern umschlossenen Ringraumes bei gleichzeitiger Kühlung der Wicklung durch Zwischenräume zwischen den einzelnen Spulen ermöglicht. Noch besser wird die Raumausnutzung, wenn man den Scheibenspulen einen keilförmigen Querschnitt, z, B. gemäß Fig. 2, gibt, wobei die dem Eisenkern zunächst liegenden Lagen eine größere Anzahl Windungen, besitzen als die äußersten Lagen jeder Teilspule.In Fig. I - the ring-shaped iron core of the switching throttle with 5 designated. On this is the winding in the form of disc coils 41, 42; 43 etc. upset. This winding structure is also for the reasons given above still particularly advantageous because it makes good use of what is enclosed by the core Annular space with simultaneous cooling of the winding through spaces between allows the individual coils. The use of space is even better if you use the Disk coils have a wedge-shaped cross section, for example according to FIG. 2, the The layers closest to the iron core have a greater number of turns than the outermost layers of each sub-coil.

Eine weitere Maßnahme, den Kupferfüllfaktor der Ringkernöffnung so groß wie möglich. zu machen, besteht darin, daß Scheibenspulen mit verschiedener Lagenzahl und daher verschiedener radialer Höhe abwechselnd nebeneinander angeordnet werden. Beispielsweise ist nach Fig. 3.: jede zweite Spule 2q.1, 242, 243 Usw. mit geringerer radialer Wicklungshöhe ausgeführt als die dazwischenliegenden Spulen 141, 142, 143 usw. Es kann natürlich auch eine drei- und mehrfache Abstufung der aufeinanderfolgenden Scheibengewählt werden.Another measure, the copper fill factor of the toroidal core opening like this big as possible. to make is that disc coils with different Number of layers and therefore different radial heights arranged alternately next to one another will. For example, according to Fig. 3: every second coil 2q.1, 242, 243 etc. with designed with a lower radial winding height than the coils in between 141, 142, 143 etc. It can of course also be a three or more graduation of the consecutive slices.

Der Aufbau der Wicklung aus Scheibenspulen ist insbesondere für Hochspannungsschaltdrosseln vorteilhaft, weil überall zwischen' Punkten, zwischen denen ein Ilohes Potentialgefälle besteht, Isolierabstände aufrechterhalten werden, und weil der -regelmäßige -Aufbau-ein übersichtliches Feldbild schafft im Gegensatz zu solchen Wicklungen, bei: denen die Windungen auf dem kleineren inneren Umfang des Eisenkerns und auf dem größeren äußeren Umfang des Eisenkerns gleich dicht nebeneinandergewickelt sind, indem zur Ausfüllung der Lücken, auf der Außenseite des Eisenkerns. Drähte nebeneinander in der gleichen Wicklungslage angeordnet sind, welche auf der Innenseite des Kerns verschiedenen Wicklungslagen angehören. Infolge des übersichtlichen Aufbaues der Scheibenspulen Wicklung ist es dann möglich, an besonders gefährdeten Stellen, an denen Punkte verschiedenen Potentials einander sehr nahe kommen, besondere Schutzmaßnahmen zu treffen, beispielsweise durch Anordnung von Zwischenlagen aus festem Isolierstoff.The construction of the winding from disc coils is particularly useful for high-voltage switching reactors advantageous because everywhere between 'points, between which there is an Ilohes potential gradient exists, isolation distances are maintained, and because of the regular construction a In contrast to such windings, creates a clear field image in: those the turns on the smaller inner circumference of the iron core and on the larger one outer circumference of the iron core are equally tightly wound by for Filling in the gaps on the outside of the iron core. Wires side by side in the same winding layer are arranged, which is on the inside of the core belong to different winding layers. Due to the clear structure of the Disc coil winding is then possible in particularly endangered areas where points of different potential come very close to each other, special protective measures to be met, for example by arranging intermediate layers made of solid insulating material.

Weitere Verbesserungen durch Verringerung der Kapazität der Wicklung gegen -den Eisenkern können :durch Aufteilung in parallele Wicklungszweige erzielt werden.Further improvements by reducing the capacity of the winding against -the iron core can: achieved by dividing it into parallel winding branches will.

Man kann ferner die Kapazität der Schaltdrossel dadurch herabsetzen, daß man sie in mehrere Teilspulen mit je einem eigenen Eisenkern unterteilt und diese Teilspulen hintereinanderschaltet. Die Kapazitäten einer Spule sind dann hintereinandergeschaltet, so daß die resultierende Kapazität der Wicklung allein und der Wicklung gegen die Eisenkerne für die ganze Schaltdrossel sehr klein wird. Es verbleibt nur die Kapazität der Spule gegen Erde bzw. gegen den Ölkessel oder ein entsprechendes metallisches Gehäuse. Die letztere kann man aber durch geeignete Bemessung des Ölkessels bzw. Gehäuses klein halten.You can also reduce the capacity of the switching throttle by that they are divided into several sub-coils, each with its own iron core these sub-coils are connected in series. The capacities of a coil are then connected in series, so that the resulting capacitance of the winding alone and the winding against the Iron cores for the whole switching reactor becomes very small. Only the capacity remains the coil against earth or against the oil tank or a corresponding metallic Casing. The latter can, however, be achieved by appropriately dimensioning the oil boiler or Keep the case small.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltdrossel für vorzugsweise periodisch betätigte Wechselstromschalteinri.chtungen, insbesondere fürrnnech.anische Stromrichter, mit sich sättigendem Eisenkern aus flach übereinander-.gewickeltem Band --nach Patent 730 186, dadurch gekennzeichnet, däß die Wicklung aus kapazitätsarmen Scheibenspulen besteht. PATENT CLAIMS: i. Switching choke for preferably periodically operated alternating current switching devices, in particular for technical converters, with a saturating iron core made of tape wound flat on top of one another - according to patent 730 186, characterized in that the winding consists of low-capacitance disc coils. 2. Schaltdrossel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Scheibenspulen keilförmigen Wicklungsquerschnitt,haben. 2. Switching throttle according to claim i, characterized in that the individual Disc coils have a wedge-shaped winding cross-section. 3. Schaltdrossel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene nebeneinander angeordnete Scheibenspulen abwechselnd verschiedene radiale Höhe haben. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 95 003, 6oi 053, 624 06.5, 646 986.3. Switching choke according to claim i, characterized in that different disc coils arranged next to one another have alternately different radial heights. Cited publications: German patent specifications No. 95 003, 6oi 053, 624 06.5, 646 9 8 6.
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