EP0077487A1 - Eisenkern für Transformatoren - Google Patents

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EP0077487A1
EP0077487A1 EP82109161A EP82109161A EP0077487A1 EP 0077487 A1 EP0077487 A1 EP 0077487A1 EP 82109161 A EP82109161 A EP 82109161A EP 82109161 A EP82109161 A EP 82109161A EP 0077487 A1 EP0077487 A1 EP 0077487A1
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EP
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core
iron core
laminated cores
yokes
sheet metal
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EP82109161A
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Rudolf Dr. Dipl.-Ing. Zahorka
Richard Dr. Dipl.-Ing. Pfeiffer
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Transformatoren Union AG
Original Assignee
Transformatoren Union AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/245—Magnetic cores made from sheets, e.g. grain-oriented

Definitions

  • the invention relates to iron cores for transformers made of very thin sheet metal lamellae, for example of amorphous material with very low magnetic loss losses.
  • the iron cores for transformers are usually constructed from cold-rolled, grain-oriented core sheets.
  • the core sheets are mortised so that the joints are offset from one another in layers.
  • the magnetic directional sensitivity of the cold-rolled core sheets necessitates careful individual sheet nesting in order to keep the magnetic loss, especially at the core corners and nodes, small.
  • the sheets are often also stacked on top of one another in pairs, with a relatively small increase in the magnetic reversal losses.
  • the joints are designed with 90 ° spigot or with 45 ° spigot.
  • the invention is based on the object of specifying a core structure for the use of core sheets with a very small sheet thickness and with extremely low magnetic reversal losses, which permits technically satisfactory and economical production even of very large transformer cores.
  • this object is achieved in that a large number of sheet metal lamellas are firmly joined to form column-shaped, self-supporting sheet metal packs that are self-supporting, that the core legs and the yokes are each composed of a plurality of sheet metal packs lying against one another, and that the sheet metal packs at the nodes between the core legs and the yokes interlock like a brick wall.
  • the sheet metal lamellae are advantageously glued together within a sheet metal stack.
  • all laminated cores have the same rectangular cross section and only represent different cuboids with regard to their length, and all butt joints between the laminated cores at the nodes are either perpendicular or parallel to the core leg axes.
  • This version is particularly useful for materials without a preferred magnetic direction, especially for amorphous materials.
  • the laminated cores each forming a core leg, superimposed in the correct position serve as a winding core for an associated winding and that this winding holds the laminated cores together as a bandage.
  • the Sheet packs of both yokes are only inserted into the corresponding cutouts in the core pieces after all the windings have been applied to the core pieces, and the sheet packs are held together in the nodes by gluing or other mechanical devices.
  • the core structure according to the invention from column-shaped laminated cores allows, in a very advantageous manner, prefabrication of these very robust and relatively insensitive assemblies also from very thin sheet metal, which is relatively sensitive in itself, so that large transformer cores, for example from amorphous metal sheets developed recently, can be economically constructed Material with very low magnetic loss is made possible.
  • Sheet packs 1 are assembled in a manner not shown from a plurality of very thin sheet metal lamellae of the same size and have the shape of cuboids.
  • the laminations are made of amorphous, ferromagnetic material and are considerably thinner than laminations made of grain-oriented transformer sheet.
  • All laminated cores 1 of core legs 3 and yokes 2 of the same iron core preferably have the same cross section, in the illustrated embodiment an elongated rectangle.
  • the core legs 3 and the yokes 2 are composed of laminated cores 1 of different lengths and / or offset in the longitudinal direction.
  • iron forms at the nodes Core alternately a sheet metal package 1 a pin and the next sheet metal package 1 with its end face the bottom of a groove.
  • the core legs 3 are mortised at the junctions with the yokes 2, all butt joints between adjacent laminated cores 1 being either parallel or at right angles to the core leg axes.
  • a small air gap is provided between the end faces of a sheet metal compact 1, which each represent the base of a groove, and the peg engaging in this groove.
  • the laminations in the individual laminated cores 1 are glued to one another or are held together by bolts made of preferably non-magnetic material and thereby form building blocks for the iron cores of transformers which can be produced in a prefabrication.
  • the mechanical cohesion of the laminated cores 1 in the core legs 3 and the yokes 2 takes place in a conventional manner in a press frame, inter alia with the aid of press iron and bandages.
  • the pressing force for the cohesion of the laminated cores 1 in the individual core legs 3 can advantageously be taken over by transformer windings applied directly to the core legs.
  • both the laminated cores 1 of the lower and of the upper yoke are then mortised with the ends of the core legs 3 after the windings have been applied.

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Abstract

Für diese Eisenkerne stehen in jüngerer Zeit sehr dünne Beiche mit sehr niedrigen Ummagnetisierungsverlusten aus amorphem Werkstoff zur Verfügung. Erfindungsgemäß ist jeweils eine Vielzahl von zugeschnittenen Blechen zu säulenförmigen, sich selbst tragenden, formbeständigen Blechpaketen (1) fest zusammengefügt und ist ein kompletter Eisenkern aus Kernschenkeln (3) und Jochen (2) aus derartigen Blechpaketen (1) zusammengesetzt, wobei die Blechpakete (1) an den Knotenstellen zwischen den Kemschenkeln (3) und den Jochen (2) nach Art eines Ziegelmauerwerks ineinandergreifen. Dieser Aufbau von Eisenkemen ermöglicht einerseits eine sehr rationelle Fertigung derselben und führt außerdem durch die niedrigeren Ummagnetisierungsverlusten zu einer geringeren Belastung für eine erforderliche Kühleinrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft Eisenkerne für Transformatoren aus sehr dünnen Blechlamellen, beispielsweise aus amorphem Werkstoff mit sehr niedrigen Ummagnetisierungsverlusten.
  • Die Eisenkerne für Transformatoren werden üblicherweise aus kaltgewalzten, kornorientierten Kernblechen aufgebaut. Dabei werden, wie in dem Buch "Die Transformatoren" von Küchler in der 2.Auflage auf den Seiten 13 und 14 angegeben ist, die Kernbleche verzapft so aufeinandergeschichtet, daß die Stoßstellen schichtweise gegeneinander versetzt sind. Die magnetische Richtungsempfindlichkeit der kaltgewalzten Kernbleche erzwingt dabei eine sorgfältige Einzelblechschachtelung, um die Ummagnetisierungsverluste besonders an den Kernecken und Knotenpunkten klein zu halten. Zur Erleichterung der Schichtarbeit werden unter Inkaufnahme einer verhältnismäßig geringen Erhöhung der Ummagnetisierungsverluste die Bleche häufig auch paarweise verschachtelt aufeinandergeschichtet. Je nach Größe der zulässigen Ummagnetisierungsverluste sind dabei die Stoßstellen mit 90°-Verzapfungen oder mit 45°-Verzapfungen ausgeführt.
  • Durch die DE-OS 29 14 123 ist es auch bekannt, Eisenkerne für Transformatoren aus amorphen Metallegierungen mit sehr niedrigen Ummagnetisierungsverlusten aufzubauen. Kernbleche aus diesen amorphen Metallegierungen sind jedoch noch dünner als das bisher übliche Transformatorblech und sind daher beim Schichten von Kernen nur schlecht handhabbar und erhöhen den erforderlichen Aufwand zum Schichten von Kernen auch durch die in Folge ihrer geringeren Stärke größere Anzahl von erforderlichen Blechen.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für den Einsatz von Kernblechen mit sehr geringer Blechdicke und mit extrem niedrigen Ummagnetisierungsverlusten einen Kernaufbau anzugeben, der eine technisch befriedigende und wirtschaftliche Fertigung auch sehr großer Transformatorkerne zuläßt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils eine Vielzahl von Blechlamellen zu säulenförmigen sich selbst tragenden formbeständigen Blechpaketen fest zusammengefügt ist, daß die Kernschenkel und die Joche jeweils aus mehreren aneinanderliegenden Blechpaketen zusammengesetzt sind und daß die Blechpakete an den Knotenstellen zwischen den Kernschenkeln und den Jochen nach Art eines Ziegelmauerverbandes ineinandergreifen. Dabei sind vorteilhafterweise die Blechlamellen innerhalb eines Blechpaketes miteinander verklebt.
  • Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung weisen alle Blechpakete-den gleichen rechteckigen Querschnitt auf und stellen lediglich hinsichtlich ihrer Länge unterschiedliche Quader dar und sind alle Stoßfugen zwischen den Blechpaketen an den Knotenstellen entweder rechtwinklig oder parallel zu den Kernschenkelachsen. Diese Ausführung ist besonders bei Werkstoffen ohne magnetische Vorzugsrichtung, insbesondere bei amorphen Werkstoffen, zweckmäßig.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die jeweils einen Kernschenkel bildenden Blechpakete lagerichtig aufeinandergelegt als Wickelkern für eine zugehörige Wicklung dienen und daß diese Wicklung als Bandage die Blechpakete zusammenhält. Dabei werden die Blechpakete beider Joche erst nach dem Aufbringen aller Wicklungen auf die Kernschenkel in die entsprechende Aussparungen der Kernschenkel eingesetzt und sind die Blechpakete in den Knotenstellen untereinander durch Kleben oder sonstige mechanische Vorrichtungen zusammengehalten.
  • Der erfindungsgemäße Kernaufbau aus säulenförmigen Blechpaketen erlaubt in sehr vorteilhafter Weise eine Vorfertigung dieser sehr robusten und verhältnismäßig unempfindlichen Baugruppen auch aus für sich allein jeweils verhältnismäßig empfindlichen sehr dünnen Blechen, so daß ein wirtschaftlicher Aufbau von großen Transformatorkernen, beispielsweise aus in jüngerer Zeit entwickelten Blechen aus amorphem Werkstoff, mit sehr niedrigen Ummagnetisierungsverlusten ermöglicht ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt die Verzapfung eines Joches mit einem Endschenkel und
    • Fig. 2 die Verzapfung eines Mittelschenkels mit Jochen.
  • Blechpakete 1 sind in nicht näher dargestellter Art und Weise aus einer Vielzahl von untereinander gleich großen, sehr dünnen Blechlamellen zusammengefügt und haben die Form von Quadern. Die Blechlamellen bestehen aus amorphem, ferromagnetischen Werkstoff und sind erheblich dünner als Blechlamellen aus kornorientiertem Transformatorblech.
  • Alle Blechpakete 1 von Kernschenkeln 3 und Jochen 2 desselben Eisenkerns haben vorzugsweise den gleichen Querschnitt, beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein langgestrecktes Rechteck. Die Kernschenkel 3 und die Joche 2 sind aus unterschiedlich langen und/oder in Längsrichtung gegeneinander versetzten Blechpaketen 1 zusammengesetzt. Demzufolge bildet an den Knotenstellen des Eisenkerns jeweils abwechselnd ein Blechpaket 1 einen Zapfen und das nächste Blechpaket 1 mit seiner Stirnfläche den Grund einer Nut. Durch entsprechende Schichtung der Blechpakete 1 sind die Kernschenkel 3 an den Knotenstellen mit den Jochen 2 verzapft, wobei alle Stoßfugen zwischen einander benachbarten Blechpaketen 1 entweder parallel oder rechtwinklig zu den Kernschenkelachsen sind. Zwischen den jeweils den Grund einer Nut darstellenden Stirnflächen eines Blechpaktes 1 und dem in diese Nut eingreifenden Zapfen ist zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen ein kleiner Luftspalt vorgesehen.
  • Die Blechlamellen in den einzelnen Blechpaketen 1 sind miteinander verklebt oder werden durch Bolzen aus vorzugsweise unmagnetischem Werkstoff zusammengehalten und bilden dadurch rationell in einer Vorfertigung herstellbare Bausteine für die Eisenkerne von Transformatoren. Der mechanische Zusammenhalt der Blechpakete 1 in den Kernschenkeln 3 und den Jochen 2 erfolgt in üblicher Weise in einem Preßgestell unter anderem unter Zuhilfenahme ivon Preßeisen und Bandagen.
  • Die Preßkraft zum .Zusammenhalt der Blechpakete 1 in den einzelnen Kernschenkeln 3 kann in vorteilhafter Weise durch unmittelbar auf die Kernschenkel aufgebrachte Transformatorwicklungen übernommen sein. Bei der letztgenannten Ausführung werden dann sowohl die Blechpakete 1 des unteren als auch des oberen Joches erst nach dem Aufbringen der Wicklungen auf die Kernschenkel 3 mit deren Enden verzapft.

Claims (7)

1. Eisenkern für Transformatoren aus sehr dünnen Blechlamellen, beispielsweise aus amorphem Werkstoff, mit sehr niedrigen Ummagnetisierungsverlusten, dadurch gekennzeichnet ,
- daß jeweils eine Vielzahl von Blechlamellen zu säulenförmigen sich selbst tragenden, formbeständigen Blechpaketen (1) fest zusammengefügt ist,
- daß Kernschenkel (3) und Joche (2) jeweils aus mehreren aneinanderliegenden Blechpaketen (1) zusammengesetzt sind und
- daß die Blechpakete (1) an den Knotenstellen zwischen den Kernschenkeln (3) und den Jochen (2) nach Art eines Ziegelmauerwerks ineinandergreifen.
2. Eisenkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Blechlamellen innerhalb eines Blechpaketes (1) miteinander verklebt sind. 1
3. Eisenkern nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß alle Blechpakete (1) den gleichen rechteckigen Querschnitt aufweisen und lediglich hinsichtlich ihrer Länge unterschiedliche Quader darstellen.
4. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß alle Stoßfugen (4) zwischen den Blechpaketen (1) an den Knotenstellen entweder rechtwinklig oder parallel zu den Kernschenkelachsen sind.
5. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweils einen Kernschenkel (3) bildenden Blechpakete (1) lagerichtig aufeinandergelegt als Wickelkern für eine zugehörige Wicklung dienen und daß diese Wicklung als Bandage die Blechpakete (1) zusammenhält. ,
6. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Blechpakete (1) beider Joche (2) erst nach dem Aufbringen aller Wicklungen auf die Kernschenkel in die entsprechenden Aussparungen der Kernschenkel (3) eingesetzt sind.
7. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Blechpakete (1) in den Knotenstellen untereinander durch Kleben verbunden sind.
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DE3141206A1 (de) 1983-04-28
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