DE975899C - Switching throttle with high quality ferromagnetic toroidal core for contact converter - Google Patents

Switching throttle with high quality ferromagnetic toroidal core for contact converter

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DE975899C
DE975899C DEA9467D DEA0009467D DE975899C DE 975899 C DE975899 C DE 975899C DE A9467 D DEA9467 D DE A9467D DE A0009467 D DEA0009467 D DE A0009467D DE 975899 C DE975899 C DE 975899C
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Bernhard Dr-Ing Kalkner
Floris Dipl-Ing Dr- Koppelmann
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AEG AG
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AEG AG
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    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00Fixed inductances not covered by group H01F17/00

Description

Schaltdrossel mit hochwertigem ferromagnetischem Ringkern für Kontaktumformer Bekanntlich lassen-sich mit Schaltdrosseln, das sind Drosseln mit einem hochwertigen Eisenkern, welcher sich bereits bei kleinen Strömen sättigt, mechanische Stromrichter großer Leistung bauen. Die Wicklung dieser Drosseln, welche den vollen Nennstrom zu führen hat, ist deshalb von besonderer Bedeutung, weil sie die Größe und damit den Preis des hochwertigen ferromagnetischen Materials bestimmt. Außerdem hat es sich ergeben, daß diese Wicklung eine möglichst kleine Luftinduktivität besitzen muß.Switching choke with high quality ferromagnetic toroidal core for contact converters It is known that switching throttles can be used, these are throttles with a high-quality Iron core, which is already saturated with small currents, mechanical converters build great performance. The winding of these chokes, which carry the full rated current has to lead is of particular importance because it is the size and thus determines the price of the high-quality ferromagnetic material. Besides, it has it turns out that these windings have as low an air inductance as possible got to.

Die Randbedingungen elektrischer Probleme hatten zur Folge, daß elektrische Leiter mit den verschiedenartigsten Querschnittsprofilen hergestellt worden sind. So versah man z. B. schon regelbare Drosseln mit einer einlagigen bandförmigen Wicklung. Erforderlichenfalls ist eine derartige Wicklung jedoch nicht geeignet, Tragfunktionen auszuüben. Als Lösung für die im Laufe der technischen Entwicklung häufiger gestellte Forderung, z. B. bei Drosselspulen hohe Raumausnutzung und geringe Luftinduktivität sicherzustellen, sind Konstruktionen gefunden worden, in denen die elektrischen Leiter aus Formstücken bestehen. Bei derartigen Ausführungen ist jedoch keinesfalls zur Verringerung der Luftinduktivität davon Gebrauch gemacht worden, die Höhe des elektrischen Leiters in senkrechter Richtung zu der umschlossenen Magnetkernfläche bewußt klein zu halten. Bekanntgewordene Schaltdrosseln weisen weiterhin bereits elektrische Wicklungen auf Ringkernen auf. Das Ouerschnittsprofil der dabei benutzten Leiter ist jedoch ebenfalls im Gegensatz zu der Erfindung nicht geeignet, eine optimal kleine Luftinduktivität herzustellen. Außerdem sind Drosselspulen schon mit Stromleitern flachen Querschnitts ausgeführt worden. Bei einer derartigen Anordnung sind die Wicklungen jedoch nicht starr aufgebaut, so daß sie geeignet wären, den Magnetkern zu tragen. Üblicherweise hat man die Wicklung von Schaltdrosseln bislang wie andere Wicklungen elektrischer Apparate aus isolierten Leitern aufgebaut. Insbesondere hat man bei großen Leistungen einzelne, auf den Umfang des Magnetkerns verteilte Wicklungsscheiben parallel geschaltet.The boundary conditions electrical problems had the consequence that electrical Heads with a wide variety of cross-sectional profiles have been produced. So one provided z. B. already adjustable chokes with a single-layer ribbon-shaped winding. If necessary, however, such a winding is not suitable for carrying functions exercise. As a solution for the more frequently asked in the course of technical development Requirement, e.g. B. high space utilization and low air inductance in the case of inductors To ensure constructions have been found in which the electrical Head made of fittings. In such designs, however, is by no means it is used to reduce the air inductance been made, the height of the electrical conductor in the direction perpendicular to the enclosed magnetic core area consciously to keep it small. Switch throttles that have become known continue to have electrical windings on toroidal cores. The cross-sectional profile of the used However, in contrast to the invention, conductor is also not suitable, an optimal one to produce a small air inductance. In addition, choke coils are already with conductors flat cross-section. With such an arrangement, the However, windings are not rigid, so that they would be suitable for the magnetic core to wear. Up to now, switching reactors have usually been wound like others Windings of electrical apparatus made up of insulated conductors. In particular one has individual ones distributed over the circumference of the magnetic core for high outputs Winding disks connected in parallel.

Die Erfindung betrifft eine Schaltdrossel mit hochwertigem ferromagnetischem Ringkern für Kontaktumformer. Erfindungsgemäß besteht jede Windung der einlagigen Wicklung aus mehreren gegossenen, geschmiedeten oder nach ähnlichen Verfahren hergestellten, der Kernkrümmung angepaßten vorgefertigten Formstücken, die einen schmalen, angenähert rechteckförmigen Leiterquerschnitt haben, dessen Schmalseite jeweils senkrecht zu der benachbarten Kernfläche steht, und die einzelnen Windungen umgrenzen, zugleich die Tragkonstruktion für den Kern bildend, einen Raum, in den der Kern eingelegt wird, bevor die Windungen durch die die Verbindung zur Nachbarwindung herstellenden Formstücke zum Wicklungszug geschlossen werden.The invention relates to a switching throttle with high quality ferromagnetic Toroidal core for contact converters. According to the invention, there is each turn of the single-layer Winding made of several cast, forged or similar processes, prefabricated shaped pieces adapted to the core curvature, which approximated a narrow have rectangular conductor cross-section, the narrow side of which is perpendicular to of the neighboring core area and delimit the individual turns at the same time forming the supporting structure for the core, a space in which the core is inserted before the turns through the connecting to the neighboring turn Fittings are closed to the winding train.

Die Erfindung offenbart eine Anordnung mit sehr geringer Luftinduktivität. Die Ausführung erlaubt vorteilhafterweise die elektrische Wicklung außerdem als Tragkonstruktion zu verwenden. Die z. B. gegossenen oder geschmiedeten Formstücke dieser elektrischen Wicklung können insbesondere U-förmig ausgeführt sein mit verschränkten Seiten, welche durch aufschraubbare Deckel mit den Nachbarwindungen verbunden werden. Diese Ausführungsform der Schaltdrosselwicklung weist folgende Vorteile auf: i. Infolge des größeren Kupferfüllfaktors kann der Durchmesser der üblichen Bandkerne für das Magnetmaterial kleiner gewählt werden. Diese bringt eine Einsparung des wertvollen Magnetmaterials mit sich.The invention discloses an arrangement with very low air inductance. The design advantageously also allows the electrical winding as To use supporting structure. The z. B. cast or forged fittings this electrical winding can be designed in particular U-shaped with interlaced Sides, which are connected to the neighboring windings by screw-on covers. This embodiment of the switching inductor winding has the following advantages: i. As a result of the larger copper fill factor, the diameter of the usual tape cores be chosen smaller for the magnet material. This brings a saving of the valuable magnetic material with you.

2. Mit der Verringerung des Durchmessers der Bandkerne verringert sich gleichzeitig der Magnetisierungsstrom der Drosseln. Dieser Strom muß von den Kontakten ein- und ausgeschaltet werden. Insbesondere bei großen Leistungen bedeutet eine Verringerung dieses Stromes eine fühlbare Entlastung der Kontakte und bietet daher Möglichkeiten, die Konstruktion der Umformer einfacher zu gestalten.2. With the reduction in the diameter of the tape cores decreased at the same time the magnetizing current of the chokes. This stream must be from the Contacts can be switched on and off. Means especially with great achievements a reduction of this current a noticeable relief of the contacts and offers therefore possibilities to make the construction of the converter simpler.

3. Es ist üblich, mechanische Stromrichter in Störungsfällen durch Kurzschließen vor Beschädigung zu schützen. Die Wicklung der Schaltdrosseln ist daher häufiger Kurzschlußbeanspruchungen ausgesetzt. Die Ausführung der Wicklung nach der Erfindung gewährleistet eine große Kurzschlußfestigkeit.3. It is common to have mechanical power converters through in the event of a fault Short circuit to protect against damage. The winding of the switching reactors is therefore more frequently exposed to short-circuit loads. The execution of the winding according to the invention ensures a high short-circuit strength.

4.. Führt man die Vollkupferwicklung nach der Erfindung mit aufschraubbaren Deckeln aus, so läßt sich die Wicklung jederzeit auf bequeme Weise von dem Bandkern entfernen. Dies hat Vorteile bei Beschädigungen der Drosseln oder bei Änderungen des Magnetkernes, z. B. mit Rücksicht auf geänderte Betriebsbedingungen.4 .. If you lead the full copper winding according to the invention with screw-on Cover off, so the winding can be easily removed from the tape core at any time remove. This has advantages if the chokes are damaged or if changes are made of the magnetic core, e.g. B. with regard to changed operating conditions.

5. Zur Verringerung des Materialaufwandes und des Magnetisierungsstromes ist es erwünscht, die Schaltdrosseln so klein wie möglich auszuführen. Dies hat hohe Beanspruchungen und damit hohe Temperatur der Wicklung zur Folge. Die Wicklung nach der Erfindung läßt sich leicht so ausführen, daß sie für hohe Temperaturen, z. B. zoo bis 2oo° C, dauerfest ist.5. To reduce the cost of materials and the magnetizing current it is desirable to make the switching reactors as small as possible. this has high loads and thus high temperature of the winding result. The winding according to the invention can easily be carried out so that it is suitable for high temperatures, z. B. zoo to 2oo ° C, is durable.

6. Die Vollkupferwicklung bedingt erhöhte Wirbelstromverluste, andererseits jedoch aus dem gleichen Grunde eine Verringerung der Luftinduktivität, welche insbesondere in gewissen Schaltungen der Umformer von entscheidender Bedeutung ist.6. The full copper winding causes increased eddy current losses, on the other hand however, for the same reason, a reduction in air inductance, which in particular in certain circuits the converter is of crucial importance.

7. Die Ausführung der Wicklung nach der Erfindung ermöglicht eine einfache Haltekonstruktion für die Drosseln. Ein besonderer Schutzkäfig für die mechanisch empfindlichen Bandkerne fällt fort.7. The execution of the winding according to the invention enables a simple support structure for the throttles. A special protective cage for the mechanically sensitive tape cores no longer apply.

B. Da die Schaltdrosselkerne mit Rücksicht auf den Magnetisierungsstrom vorzugsweise aus Bandkernen hergestellt werden, bedeutet das Aufbringen der Wicklung aus einzelnen isolierten Leitern eine erhebliche Wickelarbeit. Diese fällt bei der Ausführung der Wicklung nach der Erfindung größtenteils fort.B. As the switching reactor cores with regard to the magnetizing current are preferably made from tape cores, means applying the winding a considerable amount of winding work from individual insulated conductors. This falls with the Execution of the winding according to the invention largely continued.

Die Erfindung wird nur in der Gesamtheit der im Anspruch i enthaltenen Merkmale gesehen.The invention is only in the entirety of that contained in claim i Features seen.

In der Zeichnung ist eine Windung der Wicklung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt. i ist der Boden, 2 und 3 die Seitenwände eines U-förmigen gegossenen Kupferstückes, dessen Seitenwände a und 3 nach vorn bzw. nach hinten aus der Zeichenebene herausgeschränkt sind. Nach Einlegen des Bandkernes in dieses .U-Profil werden die Deckel 4 und 5 mit Hilfe der Schrauben 6 und 7 aufgeschraubt. Die Schrauben 8 und 9 verbinden die Windung mit den beiden benachbarten Windungen. Statt aus Kupfer kann die Wicklung auch aus Aluminium oder einem anderen Material gefertigt werden. Insbesondere ist es bei gegossenen Formstücken möglich, Kühlrippen mit anzugießen, welche gleichzeitig zur Stromleitung dienen und auf diese Weise, insbesondere beim Anblasen der Drosseln durch ein Kühlgebläse oder beim Einbau in eine Kühlflüssigkeit, eine ausgezeichnete Kühlung der Wicklung und des Eisenkernes bieten. Entsprechend der geometrischen Form der Bandkerne können die inneren Teile der Wicklung mit geringerem Querschnitt ausgeführt sein als die äußeren. Insbesondere kann an der Innenseite eine Stromdichte gewählt werden, welche z. B. 5 AJmm2 (bei Kupfer) überschreitet. Durch reichlichere Bemessung der Wirkungsteile an der Außenseite lassen sich die Gesamtverluste trotzdem in erträglichen Grenzen halten. Um den Raumbedarf für die Isolation des Magnetkernes gegen die Wicklung klein zu halten, kann man den Magnetkern mit einem geschlossenen elektrisch isolierenden, jedoch die Wärme möglichst gut leitenden Mantel umgeben. Dieser Mantel kann z. B. aus zwei ineinander verschachtelten kreisförmigen U-Profilen aus hitzebeständigem Isolierstoff bestehen. Im allgemeinen wird man mehrere Windungen gemäß der Erfindung auf dem Kern nebeneinander anordnen und sie elektrisch in Reihe schalten.In the drawing is one turn of the winding according to the invention for example shown. i is the bottom, 2 and 3 the side walls of a U-shaped cast copper piece, the side walls a and 3 to the front and back are set out of the plane of the drawing. After inserting the tape core into this The covers 4 and 5 are screwed on using the screws 6 and 7. The screws 8 and 9 connect the turn with the two adjacent turns. Instead of copper, the winding can also be made of aluminum or another material are manufactured. In the case of cast fittings, in particular, it is possible to have cooling fins to be poured on, which at the same time serve to conduct electricity and in this way, especially when blowing the chokes with a cooling fan or when installing in a cooling liquid, excellent cooling of the winding and the iron core Offer. The inner parts the winding with be designed with a smaller cross-section than that outer. In particular, a current density can be selected on the inside, which z. B. 5 AJmm2 (for copper) exceeds. By more extensive dimensioning of the effective parts on the outside, the total losses are nevertheless within tolerable limits keep. About the space required to isolate the magnetic core from the winding To keep it small, the magnetic core can be closed with an electrically insulating, however, surround the heat as well as possible conductive jacket. This coat can e.g. B. made of two nested circular U-profiles made of heat-resistant Insulating material exist. In general, several turns will be made in accordance with the invention arrange them next to each other on the core and connect them electrically in series.

Mit Vorteil wendet man die Wicklung nach der Erfindung auch bei den sogenannten Einschaltdrosseln an, bei denen man mit Rücksicht auf geringen Magnetisierungsstrom den inneren Wicklungsraum möglichst ganz mit der Wicklung ausfüllt und bei denen dann bei großen Umformern zweckmäßigerweise eine sehr kleine Windungszabl gewählt wird.Advantageously, the winding according to the invention is also used in the so-called switch-on chokes, with which one takes into account the low magnetizing current fills the inner winding space as completely as possible with the winding and where a very small winding number is then expediently selected for large converters will.

Man kann auch einzelne Teile der Wicklung gemäß der Erfindung mit Kanälen für eine Kühlflüssigkeit versehen. Die bei Schaltdrosseln notwendigen Vorerregerwicklungen ordnet man bei der vorstehend beschriebenen Wicklung zweckmäßigerweise außerhalb der Hauptwicklung, z. B. in der Achse, an. Um bei einem eventuellen Auseinanderbau der Drosseln auch die Vorerregerwicklungen leicht entfernen zu können, führt man letztere mit wenigen Windungen, insbesondere mit einer Windung bei entsprechend vergrößertem Strom aus. An den einzelnen Vollkupferwindungen können Ansätze vorgesehen sein, mit Hilfe deren die Drosseln befestigt werden. Insbesondere wird man die einzelnen Drosseln eines Umformers unter Zwischenschaltung von Isolierstücken gegeneinander verschrauben können, so daß man ohne zusätzliche Haltekonstruktionen einen in sich konstruktiv festen Drosselsatz erhält. Die Abstände der Drosseln und Wicklungen voneinander können so gewählt werden, daß z. B. mit einem Lüfter aus dem Inneren der Drosseln durch die Schlitze und Kühlrippen Luft nach außen geblasen werden kann.You can also use individual parts of the winding according to the invention Provided channels for a coolant. The pre-excitation windings required for switching chokes is expediently arranged outside of the winding described above the main winding, e.g. B. in the axis. To in case of a possible disassembly To be able to easily remove the pre-excitation windings from the chokes, one leads the latter with a few turns, in particular with one turn at accordingly increased current. Approaches can be provided on the individual full copper windings with the help of which the chokes are attached. In particular, one becomes the individual Throttling of a converter with the interposition of insulating pieces against each other can screw, so that one in itself without additional holding structures Constructively fixed throttle set receives. The distances between the chokes and windings each other can be chosen so that, for. B. with a fan from the inside of the throttles, air can be blown out through the slots and cooling fins.

Um den Eisenkern von der Wicklung zu isolieren, kann man ihn mit einem hitzebeständigen Band, z. B. Glasband, umwickeln und mit hitzebeständigem Lack tränken.To isolate the iron core from the winding, you can use a heat-resistant tape, e.g. B. Glass ribbon, wrap and soak with heat-resistant paint.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltdrossel mit hochwertigem ferromagnetischem Ringkern für Kontaktumformer. dadurch gekennzeichnet, daß jede Windung der einlagigen Wicklung aus mehreren gegossenen, geschmiedeten oder nach änhlichen Verfahren hergestellten, der Kernkrümmung angepaßten vorgefertigten Formstücken besteht, die einen schmalen, angenähert rechteckförmigen Leiterquerschnitt haben, dessen Schmalseite jeweils senkrecht zu der benachbarten Kernfläche steht, und daß die einzelnen Windungen, zugleich die Tragkonstruktion für den Kern bildend, einen Raum umgrenzen, in den der Kern eingelegt wird, bevor die Windungen durch die die Verbindung zur Nachbarwindung herstellenden Formstücke zum Wicklungszug geschlossen werden. PATENT CLAIMS: i. Switching throttle with high quality ferromagnetic Toroidal core for contact converters. characterized in that each turn of the single-layer Winding made of several cast, forged or similar processes, the core curvature adapted prefabricated fittings, which have a narrow, have approximately rectangular conductor cross-section, the narrow side of which in each case is perpendicular to the adjacent core surface, and that the individual turns, at the same time forming the supporting structure for the core, delimiting a space in which the core is inserted before the turns through which the connection to the neighboring turn producing fittings are closed to the winding tension. 2. Schaltdrossel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen U-förmige Formstücke mit verschränkten Seiten bilden, welche durch aufschraubbare Deckel mit den Nachbarwindungen verbunden werden. 2. Switching throttle after Claim i, characterized in that the individual turns are U-shaped fittings with crossed sides, which by screw-on cover with the neighboring turns get connected. 3. Schaltdrossel nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke angegossene, insbesondere vom Strom durchflossene Kühlrippen besitzen. 3. Switching throttle according to claim i and 2, characterized in that that the fittings are cast-on, in particular cooling fins through which the current flows own. 4. Schaltdrossel nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Isolation der ferromagnetischen Kerne gegenüber der Wicklung kurze Abstände, jedoch große Kriechwege verwendet werden. 4. Switching throttle according to claim i to 3, characterized in that for Insulation of the ferromagnetic cores from the winding short distances, however large creepage distances are used. 5. Schaltdrossel nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eventuell vorhandene Vorerregerwicklungen aus wenigen Windungen, insbesondere einer leicht demontierbaren Windung bestehen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 28 947, 162 466, "o6279, 344726, 364346, 6259o8, 65898.4. 587 82o, 666 92o, 676 262, 213 250, 274 774; britische Patentschrift Nr. 120 593; französische Patentschrift Nr. 739 365; schweizerische Patentschrift Nr. 208 632; ETZ, 1941, S. 3 bis 20.5. Switching choke according to claim i to 4, characterized in that any pre-excitation windings that may be present consist of a few turns, in particular an easily removable turn. Documents considered: German Patent Nos. 28,947, 1 62 466, "06279, 344726, 364346, 6259o8, 65898.4. 587 82o, 666 92o, 676 262, 213 25 0 , 274 774; British Patent No. 120 593; French patent specification No. 739 365; Swiss patent specification No. 208 632; ETZ, 1941, pp. 3 to 20.
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