DE969957C

DE969957C - Infinitely variable choke coil intended for use in power networks

Info

Publication number: DE969957C
Application number: DEL18992A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Kraemer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1954-06-04
Filing date: 1954-06-04
Publication date: 1958-08-07

Description

Stufenlos regelbare, zum Einsatz in. Starkstromnetzen bestimmte Drosselspule Die Erfindung betrifft eine Drosselspule mit stufenlos regelbarer Induktivität. Die Regelbarkeit wird dadurch bewirkt, daß der Kern und die Wicklung der Drossel relativ zueinander beweglich angeordnet sind und beim Regeln gegeneinander verschoben werden. Diese Regelspulen finden insbesondere auch als Erdschlußspulen Verwendung.Infinitely variable choke coil intended for use in power systems The invention relates to a choke coil with a continuously variable inductance. The controllability is caused by the fact that the core and the winding of the choke are arranged movable relative to each other and shifted against each other when regulating will. These control coils are also used, in particular, as earth fault coils.

Die bekannten Anordnungen dieser Art sind insofern nachteilig, als eine annähernd quadratische Abhängigkeit zwischen der Größe des Magnetisierungsstromes und dem Regelhub besteht. Hierdurch gestaltet sich der Regelbereich der Drossel ungünstig, und es ergibt sich eine hohe Kernsättigung in den Endstellungen der Drossel. Diese bedingt aber entweder eine verhältnismäßig. niedrige mittlere Kerninduktion oder aber eine verhältnismäßig hohe Stromabhängigkeit der Drossel bei kleinen Induktivitätswerten.The known arrangements of this type are disadvantageous in that an approximately quadratic dependence between the magnitude of the magnetizing current and the control stroke. This creates the control range of the throttle unfavorable, and there is a high core saturation in the end positions of the throttle. However, this requires either a proportional one. low average core induction or a relatively high current dependency of the choke with low inductance values.

Diese Nachteile werden - bei einer stufenlos regelbaren, zum Einsatz in Starkstromnetzen bestimmten Drosselspule, insbesondere Erdschlußdrosselspule, mit gegenüber der in mehrere Teilspulen aufgelösten Wicklung verschiebbarem Kern erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die in Achsrichtung übereinander angeordneten in gleichem Wicklungssinn gewickelten Teilspulen in an sich bekannter Weise als Lagenwicklungen ausgebildet und gleichsinnig parallel geschaltet sind, aus denen der vorzugsweise als Doppelkern ausgebildete Kern zu beiden Seiten der Spulenanordnung herausgezogen wird. Das hat die Wirkung, daß bei einer relativen Verschiebung von Kern und Wicklung zuerst die unterste Stufe ihren Höchststrom erzielt, dann die darauffolgende Stufe, bis schließlich z. B. beim völligen Herausziehen des Kernes auch die letzte Stufe ihren Höchststrom führt. Auf diese Weise gelingt es, bei einer entsprechend weitgehenden Unterteilung der Wicklung der Drosselspule ein praktisch lineares Ansteigen des Gesamtstromes und damit einen großen Regelbereich der Drosselspule zu erzielen.These disadvantages are used with a continuously variable one choke coils, in particular earth-fault choke coils, specified in high-voltage networks, with according to the invention, compared to the winding which is split up into several sub-coils, the core is displaceable avoided in that the axially arranged one above the other in the same Winding sense wound sub-coils in a known manner as layer windings are formed and connected in parallel in the same direction, from which the preferably Core designed as a double core pulled out on both sides of the coil arrangement will. This has the effect that there is a relative displacement of core and winding first the lowest level reaches its maximum current, then the next level, until finally z. B. when completely pulling out the core also the last stage carries its maximum current. In this way it is possible to achieve a correspondingly extensive Subdivision of the winding of the choke coil a practically linear increase in the To achieve total current and thus a large control range of the inductor.

Wenn die an die Drossel angelegte Spannung konstant ist, was z. B. bei Erdschlußspulen .der Fall ist, bei welchen im Erdschluß die Phasenspannung an der Wicklung der Drossel liegt, so wird durch die Parallelschaltung der Fluß über die ganze Länge der Spule konstant gehalten. Infolgedessen kann z. B. beim Herausziehen des Kernes aus der Spule keine Induktionserhöhung im Kern eintreten. Gleichzeitig wird die auf den Kern ausgeübte Zugkraft über die ganze Spulenlänge konstant und damit auch wesentlich kleiner als die bei der Einschaltung auftretende Kraft, die von derAusgangsstellung bis zur Endstellung stark ansteigt.When the voltage applied to the reactor is constant, which e.g. B. is the case with earth fault coils in which the phase voltage is on in the earth fault the winding of the choke, then the parallel connection of the flux is over kept constant the entire length of the coil. As a result, z. B. when pulling out of the core from the coil, no increase in induction occurs in the core. Simultaneously the tensile force exerted on the core becomes constant over the entire length of the spool and thus also much smaller than the force that occurs when switching on increases sharply from the starting position to the end position.

An sich ist e$ bei Ein- oder Mehrphasentransformatoren zum stufenlosen Regeln der Spannung öder des Stromes mit gegeneinander verschiebbarer Primär- und Sekundärwicklung bekannt, die Primärwicklung aus einzelnen parallel geschalteten Teilwicklungen aufzubauen. Jedoch handelt es sich dort nicht um das erfindungsgemäße Problem, bei einer Drosselspule der vorbeschriebenen Art ein praktisch lineares Ansteigen des Gesamtstromes beim Regeln der Induktivität zu erzielen, sondern darum, die Streuung, welche Spannungsabfälle erzeugt, bei den vorerwähnten Schubtransformatoren ohne Anwendung von Ausgleichswicklungen möglichst gering zu halten. Einen Hinweis auf die Erfindung vermögen diese bekannten Schubtransformatoren mit aus untereinander parallel geschalteten Teilspulen bestehender Primärwicklung nicht zu geben.In itself, e $ is infinitely variable for single or multi-phase transformers Regulation of the voltage or the current with mutually displaceable primary and Secondary winding known, the primary winding from individual parallel-connected To build up partial windings. However, this is not the one according to the invention Problem, in a choke coil of the type described above, a practically linear one To achieve an increase in the total current when regulating the inductance, but rather the scatter, which generates voltage drops, in the aforementioned thrust transformers to be kept as low as possible without using compensating windings. A hint on the invention, these known thrust transformers are able to with one another parallel-connected partial coils of the existing primary winding are not to be given.

Es ist auch bereits bekannt, eine stufenlos veränderliche Drosselspule in der Nachrichtentechnik, insbesondere für den Ultrakurzwellenbereich, zu verwenden. Dabei handelt es sich ebenfalls um die Anwendung parallel geschalteter Teilspulen. Für dieses Anwendungsgebiet sind jedoch ganz andere Gesichtspunkte bei der Konstruktion einer solchen Drosselspule maßgebend, wie für die Konstruktion einer in Starkstromnetzen, beispielsweise als Erdschlußdrosselspule, verwendbaren veränderlichen Induktivität, die dem jeweiligen Schaltzustand des Starkstromnetzes angepaßt sein muß. So spielen beispielsweise isolationstechnische Gesichtspunkte in der Nachrichtentechnik eine völlig untergeordnete Rolle, während sie im Fall der Erfindung von ausschlaggebender Bedeutung sind. Deshalb ist die Ausbildung der Wicklung als Lagenwicklung für den Fall der Anwendung einer unterteilten Wicklung besonders wichtig, da hierdurch die Isolation solcher Anordnungen einwandfrei beherrscht werden kann. Weiterhin ist ein wesentlich unterschiedlicher Gesichtspunkt in den Kräfteverhältnissen zu sehen, die auf den Kern ausgeübt werden. Bei der Ultrakurzwellendrossel sind solche Überlegungen völlig unnötig, da die zu beherrschenden Kräfte nicht die geringste Rolle spielen. Im Gegensatz dazu sind jedoch diese Überlegungen im Hinblick auf die anders ,gearteten Kräfteverhältnisse bei Drosselspulen nach derErfindung ausschlaggebend, da die auf den Kern wirkenden Zugkräfte im Kurzschlußfall erhebliche Größen annehmen können. Deshalb ist auch die zweckmäßig mit gleichem Wicklungssinn erfolgende gleichsinnige Parallelschaltung der Teilspulen im Zusammenhang mit dem Isolationsproblem von besonderer Wichtigkeit, da hierdurch eine gleichmäßige Krafteinwirkung auf den Kern gewährleistet ist, die außerdem wesentlich geringer als die maximale Zugkraft bei einer einteiligen Wicklungsausführung ist. Im Fall der Ultrakurzwellendrosselspule interessiert insbesondere ,das Frequenzverhalten und der Induktivitätsverlauf bei verstellbarem Kern. Im Gegensatz dazu war es Aufgabe der Erfindung, in erster Linie eine gleichmäßige Kraftverteilung bei dem im Betrieb ständig seine Lage ändernden Kern herbeizuführen.It is also already known a continuously variable choke coil to be used in communications technology, especially for the ultra-short wave range. This also involves the use of partial coils connected in parallel. For this area of application, however, there are completely different considerations in the design such a choke coil is decisive, as for the construction of one in high voltage networks, for example as an earth leakage reactor, usable variable inductance, which must be adapted to the respective switching status of the power network. Play like that For example, insulation aspects in communications technology completely subordinate role, while in the case of the invention of crucial one Meaning are. Therefore, the formation of the winding as a layer winding for the In the case of the use of a subdivided winding, this is particularly important, as this results in the Isolation of such arrangements can be perfectly mastered. Furthermore is to see a significantly different point of view in the balance of power, which are exerted on the core. Such considerations apply to the ultra-short wave choke completely unnecessary, as the forces to be controlled do not play the slightest role. In contrast, however, these considerations are different with regard to the other Relationships of forces in choke coils after the invention decisive, since the on tensile forces acting on the core in the event of a short circuit can assume considerable magnitudes. Therefore, the one that expediently takes place with the same winding direction is also the same Parallel connection of the partial coils in connection with the insulation problem of particular This is important, as this ensures that the force is applied evenly to the core is, which is also much less than the maximum pulling force for a one-piece Winding design is. In the case of the ultra-short wave inductor, it is of particular interest , the frequency behavior and the inductance curve with an adjustable core. In contrast To this end, it was the object of the invention to primarily ensure an even distribution of force to bring about the core that is constantly changing its position during operation.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.The drawing shows two exemplary embodiments of the subject matter of the invention shown.

Fig. i zeigt zunächst schematisch den Aufbau der bekannten Drosselspulen mit relativ zueinander beweglichem Kern i und Wicklung z, während Fig. s das dazugehörige Strom-Hub-Diagramm erkennen läßt. Der vorerwähnte wesentliche Nachteil der bekannten Anordnungen, der in einer erheblichen Abhängigkeit .der Größe des Magnetisierungsstromes vom Regelhub besteht, wird dabei aus dem Diagramm nach Fig. a erkenntlich.Fig. I initially shows schematically the structure of the known choke coils with core i and winding z movable relative to one another, while Fig. s the associated Current-Hub-Diagram can be recognized. The aforementioned major disadvantage of the known Arrangements, which in a considerable dependence .the size of the magnetizing current consists of the control stroke, can be seen from the diagram according to FIG.

In Fig. 3 und q. sind die entsprechenden Verhältnisse für eine erfindungsgemäße Ausführung dargestellt, bei welcher die mit dem Kern i zusammenarbeitende Wicklung a aus einzelnen Teilspulen I, II, III ... N besteht, die axial aufeinandergeschichtet und im wesentlichen parallel geschaltet sind. Dabei ist es, um die Parallelschaltung mit geringem Isolationsaufwand der Teilspulen gegeneinander durchführen zu können, zweckmäßig, die Teilspulen als Lagenwicklungen auszubilden. Dann liegt zwischen zwei benachbarten Lagen zweier Teilspulen nur die Lagenspannung. Im Diagramm nach Fig. 5 ist die Veränderung -des Stromes innerhalb einer Teilspule der Drossel während des Regelns dargestellt.In Fig. 3 and q. the corresponding relationships are shown for an embodiment according to the invention in which the winding a cooperating with the core i consists of individual sub-coils I, II, III ... N, which are axially stacked and connected essentially in parallel. In this case, in order to be able to carry out the parallel connection of the partial coils against one another with little effort to isolate them, it is expedient to design the partial coils as layer windings. Then only the layer voltage lies between two adjacent layers of two sub-coils. The diagram according to FIG. 5 shows the change in the current within a sub-coil of the choke during regulation.

Bei fehlendem oder unvollständigem magnetischem Rückschluß müssen die am Ende der Wicklung liegenden Teilspulen einen erhöhten Magnetisierungsstrom aufnehmen, da sie auch noch die Amperewindungen für den Rückschluß aufbringen müssen. Um nun die gewünschte gleichmäßige Stromaufnahme zu erhalten, ist es daher zweckmäßig, die Endspulen mit größerer Windungszahl zu versehen. Schließlich kann man natürlich auch eine aus Reihen- und Parallelschaltung gemischte Schaltungsanordnung der Teilspulen der Wicklung verwenden.If there is no or incomplete magnetic return, the coil sections at the end of the winding generate an increased magnetizing current take up, because they also have to apply the ampere turns for the conclusion. To now To obtain the desired uniform power consumption, it is therefore advisable to to provide the end coils with a larger number of turns. Finally, of course, you can also a circuit arrangement of the sub-coils mixed from series and parallel connection of the winding.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform dieser Art ist in Fig. 6 dargestellt. Bei dieser ist mit der Teilspule A eine Hilfsspule A' in. Reihe geschaltet, die am anderen Ende der Wicklung liegt. Beim Herausziehen des Kernes und der damit verbundenen erhöhten Stromaufnahme der Außenspule A der Wicklung wird die Hilfsspule A' mit dem Kern eng verkettet und wirkt dadurch in dem Sinne, daß der Strom der Außenspule nicht über den Strom der innenliegenden Teilspulen ansteigt. Die in parallele Wicklungszweige aufgelöste Wicklung kann man in bekannter Weise durch eine nicht unterteilte Wicklung mit zusätzlicher Schubwicklung oder Schubzylinder ersetzen.A particularly useful embodiment of this type is shown in FIG. In this case, an auxiliary coil A 'is connected in series with the coil section A and is located at the other end of the winding. When pulling out the core and the associated increased current consumption of the outer coil A of the winding, the auxiliary coil A 'is closely linked to the core and thus acts in the sense that the current of the outer coil does not rise above the current of the inner sub-coils. The winding broken up into parallel winding branches can be replaced in a known manner by a non-subdivided winding with an additional push winding or push cylinder.

Schließlich kann man zur gleichmäßigen Belastung der Teilspulen den Kern auch als Doppelkern ausbilden und die beiden Kernhälften aus den beiden Spulenenden herausziehen:Finally, you can to evenly load the sub-coils The core can also be designed as a double core and the two core halves from the two coil ends pull out:

Claims

PATENT CLAIMS: i. Infinitely variable choke coil intended for use in high-voltage networks, in particular a ground-fault choke coil, with a core that can be displaced in relation to the winding split up into several sub-coils, characterized in that the sub-coils arranged one above the other in the axial direction in the same direction of winding are designed as layer windings in a known manner and are parallel in the same direction are connected, from which the core, which is preferably designed as a double core, is pulled out on both sides of the coil arrangement.

2. Choke coil after Claim i, characterized in that that part of the coil (A) from which the - Relatively movable core emerges first, has an increased number of turns.

3. choke coil according to claim i and 2, characterized in that the coil section (A), from which the relatively movable core emerges first, with an auxiliary coil (A ') is connected to the grater that sits at the other end of the winding and connects to the Core is closely linked. Contemplated Publications U.S. Patent No. 2 401 882.