NO814020L - Laminert kjerne for elektromagnetisk apparat. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt laminerte gitterkjerner og magnetiske plate- eller skiveformete kjerner,

og spesielt kjerner med høy reluktans som f.eks. høyspennings-shuntreaktorer (induksjonsspoler) eller andre elektromagnetiske anordninger av det slag som krever lineær magnetiseringskarakteristikk.

Den hovedsakelige funksjon for en shuntreaktor består

i å skaffe til veie den nødvendige induktive kompensasjon som nettspenningskontrollen og -stabiliteten i høyspennings-trans-misjonslinjer fordrer. De viktigste krav, som stilles til en slik reaktor, er at den er innrettet til å kunne opprettholde og håndtere høye spenninger (ofte ca. 700 kV) og at den sikrer en konstant induktans over et område av driftsinduksjoner. Samtidig skal reaktoren ha en solid konstruksjon, små dimensjoner og lav vekt samt være utsatt for minimale tap, vibrasjoner og støyutvikling.

De tradisjonelle shuntreaktorer, som i dag finnes på mar-kedet, er konstruert på tilsvarende måte som nett-kjernetrans-formatorer. Felles for dem begge er nemlig anvendelsen av kornorientert elektrostål med høy permeabilitet og små tap i kjernens magnetåkseksjoner. En markant forskjell består imidlertid i at shuntreaktoren må kunne holde konstant induktans over et helt driftsinduksjonsområde. Ved ordinære høyspennings-shuntreaktorer blir dette gjennomført ved hjelp av et større antall luftgap i reaktorkjernens benseksjoner. Ben med høy reluktans kan eksempelvis bestå av ca. 25 mm luftgap og 25 mm elektrostål i vekselvis ordning. I overensstemmelse med nåværende praksis konstruerer en jern- eller ferromagnetiske seksjoner for kjerner med høy reluktans gjennom tilskjæring og sammensetning av elek-trostålstrimler til dannelse av en skiveformet anordning, som minner om et hjul forsynt med flere eiker. Slike kjerneseksjoner er imidlertid vanskelige å konstruere. Dette skyldes at det må benyttes stålstrimler med progressivt minskende radial dimensjon etter hvert som oppbygningen skrider frem fra midten til omkretsen av seksjonene. Kravene til fyllfaktor og bindefasthet kompliserer konstruksjonen ytterligere..

Kjernens ben blir ifølge nåværende praksis for ikk-e-mett-bare shuntreaktorer konstruert gjennom vekselvis anordning av nevnte "hjul" og keramiske avstandssykker, som oppretter nødven-dige luftgap samt danner en utfylt konstruksjon. Et eksempel på et slikt reaktorben kan bestå av vekselvis anbrakte 457 mm "jernhjul" og 457 mm luftgap (keramiske skiver). Denne utførelse er imidlertid utsatt for høye tap på grunn av lekkasje- eller spredefelt som treffer jernet i lamineringsstrimlene under en vinkel omtrent normalt på lamineringsstrimlenes plan. Som følge av B 2A-krefter ved luftgapene oppstår det også vibrasjoner med høy amplityde og høyt støynivå. Denne utførelse er dessuten vanskelig å konstruere og sette sammen på grunn av det store antall strimler som må stables opp på enden i hulmønster. Etter som det ved denne tidligere kjente konstruksjonen blir benyttet keramiske innlegg i form av avstandsstykker for dannelse av luftgapene, blir resultatet en svekket konstruksjon.

Et annet eksempel på konvensjonelle shuntreaktorer er

den såkalte helt-luftgap-reaktoren. En slik reaktor utmerker seg fordelaktig ved å sikre perfekt konstant induktans og som følgelig opprettholder en konstant avledning av spenning med hensyn på strøm, dvs. ae/ai = konstant. En utpreget ulempe med denne utførelsen består imidlertid i reaktorens lave permeabilitet, som er lik permeabiliteten for rom, som igjen er lik en gauss/ørsted, eller enhet. Dette betyr at denne utførelsen for en gitt induktans nødvendigvis må ha en størrelse som er to-tre ganger så stor som en jern-luftgap-reaktor. På grunn av den lave koplingspermeansen vil dessuten lekkasje-hvirvelstrømtap, særlig i viklingen, være overmåte høye i sammenlikning med jern-luftgap-utførelsen.

I overensstemmelse med oppfinnelsen kan en laminert magnetisk kjerne bestå av øvre og nedre kjerneåk, som ligger i innbyrdes avstand, kjerneben som er anbrakt mellom kjerneåkene, idet hvert kjerneåk og kjerneben består av stablete lamineringer av magnetisk materiale, mens hvert ben innbefatter en flerhet av hull og en flerhet av langstrakte overflateslisser, som ligger i innbyrdes avstand, mellom nærliggende hull, for å spre eller drive bort hvirvelstrømmer.

Den laminerte magnetiske kjernen ifølge oppfinnelsen erkarakterisert vedat den omfatter: a) øvre og nedre magnetåkelementer, som ligger i innbyrdes avstand, b) kjerneben som er anbrakt mellom åkene og forbinder disse magnetisk med' hverandre, c) hvilke åkelementer og kjerneben hvert består av stablete lamineringer av magnetisk materiale, d) hvilke kjerneben hvert har en langsgående akse samt omfatter motsatte kantvegger og motsatte platesidevegger som strekker seg mellom det øvre og det nedre åkelementet, e) hvilke platesidevegger har et større antall åpninger som omfatter spalteliknende hull og kantinnskjæringer, hvor dybderetningen forløper parallelt med kantveggene samt på tvers av kjernebenenes lengdeakse, f) hvilke innskjæringer og hull. er fordelt langs lengden av hvert kjerneben,

og g) hvilke hull og innskjæringer strekker seg gjennom kjernebenenes lamineringer og trenger inn i platesideveggene, slik at metningen forsinkes og lineær magnetiseringskarakteristikk oppnås over den magnetiske kjernens hele driftsområde.

Anordningen ifølge oppfinnelsen tar i bruk en ny konstruk-sjonsidé som kan realiseres i forbindelse med magnetiske kjerner for benseksjonene, som oppviser høy reluktans, i høyspennings-shuntreaktorer eller ved andre elektromagnetiske apparater som krever lineær magnetiseringskarakteristikk. Oppfinnelsens forskjellige utførelsesformer medfører ved shuntreaktorer (og lik-nende anordninger) følgende fordeler: (1) forbedret konstruktiv integritet, (2) mindre vibrasjon og støy, og (3) lavere tap samt (4) mindre masse og profil.

En mer detaljert forklaring av oppfinnelsen fremgår av etterfølgende beskrivelse av foretrukne utførelsesformer, som bare utgjør eksempler, under henvisning til medfølgende teg-ninger, hvor:

Fig. 1 viser et isometrisk riss av en magnetisk kjerne

med laminerte ben, som er utformet i samsvar med oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et fragmentarisk sideriss av den laminerte konstruksjonen ifølge fig. 1. Fig. 3 viser et fragmentarisk sideriss av benkonstruksjonen ifølge en annen utførelsesform. Fig. 4 viser et fragmentarisk sideriss av en laminert konstruksjon ifølge en annen utførelsesform. Fig. 5 viser en graf over induksjon-magnetiseringskraft-karakteristikk for et magnetisk kjerneben ved.en tidligere kjent konstruksjon, som er vist i fig. 6. Fig. 6 viser et fragmentarisk sideriss av en laminert konstruksjon ifølge kjent teknikk. Fig. 7 viser en graf for et typisk ikke-lineært ferromagnetisk materiale. Fig. 8 viser en graf over hysteresesløyfen for innskårne og uinnskårne plate- eller skivekjerner . Fig. 9 viser et fragmentarisk riss av en platekjerne med mikrolamineringsinnlegg. Fig. 10 viser en graf over hysteresesløyfen for utførel-sesf ormene ifølge fig. 9. Fig. 11 viser et sideriss av en plate- eller skivekjerne ifølge en annen utførelsesform. Fig. 12 viser et isometrisk riss av en gitterkjerne som er satt sammen av lamineringer ifølge fig. 10. Fig. 13 viser en graf over en hysteresesløyfe for en laminert gitterkjerne.

I fig. 1 er en magnetisk kjerne i sin helhet angitt med

5. Kjernen omfatter et øvre magnetåk 7, et nedre magnetåk 9

og et par ben 11 og 13, som ligger i innbyrdes avstand og strekker seg mellom åkene. Både magnetåk 7, 9 og ben 11, 13 er satt sammen av et større antall lamineringer 15 av magnetisk materiale, eksempelvis en ferromagnetisk legering, et silisiumjern-elektrostål.

Hvert ben 11, 13 innbefatter tilsvarende, motstående parallelle kantvegger 17, 19, og hvert ben omfatter likeledes tilsvarende, parallelle, motstående platesidevegger 21, 23.

Benene 11, 13 er forsynt med åpninger som dannes av langstrakte hull 25 og kantinnskjæringer 27. Innskjæringene 27 (fig.

1) strekker seg mellom platesideveggene 21, 23 langs kantveggene 17, 19. Som vist i fig. 2 strekker det seg ribber 24 på tvers mellom vertikale steg 26, 28 som danner sideveggens 21 ytre ender. Innskjæringene 27 er utformet i stegene 26, 28 mellom fortløpende hull 25 og ligger i flukt med ribbene 24 . Hullene 25 har fortrinnsvis form av langstrakte rektangulære åpninger som, i likhet med innskjæringene 27, strekker seg mellom steg-eller platesideveggene 21, 23. Hullene 25 ligger i avstand fra hverandre i vertikalretningen og forløper stort sett perpendi kulært på benenes lengdeakse. Korresponderende motsatte ender av åpningene eller hullene 25 ligger fortrinnsvis i flukt og i et plan som befinner seg i avstand innenfor samt parallelt med de nærliggende kantveggene 17, 19.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er vist i fig.

3, hvor tilsvarende henvisningstall angir tilsvarende de°ler som tidligere beskrevet i tilknytning til fig. 1. Åpningene (fig. 3) innbefatter hull 25 og innskjæringer 27 i kantveggene 17 og 19. Åpningene innbefatter også med mellomrom fordelte spalter eller langstrakte slisser 29 i de horisontale ribbene

24 mellom hullene 25, som ligger i innbyrdes avstand. Slissene

29 ligger fortrinnsvis i flukt med innskjæringene 27, mellom disse. Dessuten er slissenes 29 lengdeakser stort sett parallelle med de nærliggende hullenes 25 lengdeakser samt forløper på tvers av benets 21 vertikale akse.

I overensstemmelse med denne utførelsesformen tjener slissene eller spaltene 29 til å forebygge eller redusere virkningene fra hvirvelstrømmer, som ellers ville kunne opptre langs motsatte kanter av benene 21, 23 der.hvor slissene er utformet. De langstrakte slissene 29 tjener også til å minimalisere og unngå hvirvelstrømmer i steg- eller platesideveggen 21 mellom hullene 25 .

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er vist i fig.

4. I tillegg til slissene 29 innbefatter denne utførelsesformen slisser 30 i ribbene 24. Slissene 30 er ordnet i rekker over og under slissene 29, og overlapper vekselvis slissene i nærliggende rekker, slik at fluksen i lamineringsplanet må krysse slissenes luftgap.

Ved de foregående utførelsesformene er åpningene, omfat-tende hullene 25, kantinnskjæringene 27 og slissene 29, 30,

justert i størrelse for å gi økt permeabilitet og lineær karakteristikk.

Ved en annen utførelsesform for oppfinnelsen er åpningene, f.eks. hullene 25, fylt med mikrolamineringer, slik som angitt ved et formet legeme 31 (fig. 1). Andre legemer av passende størrelse kan settes inn i kantinnskjæringene 27 og slissene 29, 30.

Et eksempel på et tidligere kjent kjerneben er vist i

fig. 6. Kjernebenet er konstruert ved å stanse ut åpningene i stålstrimmellamineringer og deretter stable et støare antall

lamineringer ovenpå hverandre til dannelse av en kjerne, hvoretter de festes sammen ved hjelp av bindemidler, klemmer, sveiser eller andre passende midler. Ved denne konstruksjonen er lamineringene snittet.på en slik måte at fluksen passerer i en retning som er parallell med lamineringsplanet og rulleretningen, men forløper perpendikulært på luftgapene. Når en kjerne av°steg-eller platekonstruksjonen ifølge fig. 6 blir plassert mellom åk med høy permeabilitet for å slutte fluksbanene i den magnetiske kretsen, blir kjernens stegseksjoner lett magnetisert og vil oppvise metning ved et magnetiseringsfelt på omtrent 100 ørsted. Ved felt på over 100 ørsted i stegseksjonene oppviser magnetiseringskurven deretter ytterst lineær karakteristikk inntil materialet i ribbeseksjonen begynner å bli mettet. Den lineære del av kurven strekker seg ^ fra B r til B msom vist ved hysteresesløyfen i fig. 5. Spennvidden for det lineære området for 3% kornorientert silisiumstål er ca. 20 kilogauss.

Ved å utsette en tidligere kjent kjerne for en likespen-ningsforspenning, slik som angitt i fig. 5, arbeider kjernen som en lineær induktor over et område på ca. + Bs/2 (eller + 10 kilogauss for 3% SiFe). I sammenlikningsøyemed er det i fig. 7 vist en typisk hysteresesløyfe for en ikke-lineær ferromagnetisk kjerne. I kurven ifølge fig. 5 blir den endelige verdi B^bestemt av bredden på kjernens stegseksjon i forhold til lamineringens eller kjernens totale bredde, slik det fremgår av etterfølgende tabell 1.

Generelt svarer rest-induksjonen B^til stegbredden i prosent (som desimaltall) ganger materialets metningsverdi Bg. Steilheten (eller differensialpermeabiliteten) av kurvens lineære del, AB/AH, er en funksjon av luftgapet og ribbelengdene, slik det fremgår av tabell 2:

De største verdier av Ud kan oppnås ved å bruke små luftgap, når gapene blir mindre og mindre, begynner kurven imidlertid å vise ikke-lineær karakteristikk.

Lamineringer for steg- eller platekjernen blir fortrinnsvis snittet (lokket) fra samme slags materiale som kjernens åkseksjon fremstilles av. Om ønskelig kan stegkjernen utformes med en hvilken som helst av de korskonstruksjoner som blir benyttet i nettransformatorkonstruksjoner.

De stegkjerneutførelses- og ytelsesegenskaper som fremgår av fig. 5 og 6 trenger ikke alltid å være ønskelige for reaktor-kjerner. Generelt krever shuntreaktorkjerner lineær magnetiseringskarakteristikk (eller lineær E (spenning) kontra I (strøm) karakteristikk) over hysteresesløyfens hele område. Fig. 4 illustrerer en foretrukket fremgangsmåte til gjennomføring av oppfinnelsen på en slik måte at det oppnås fullstendig lineær karakteristikk, nemlig ved å la innskjæringene 27 strekke seg inn i kjernens stegseksjon. Disse innskjæringer strekker seg nærmere bestemt horisontalt inn i den tidligere beskrevne ribbe-seksjon av kjernen og oppretter serie-luftgap i kjernens stegseksjon, følgelig elimineres den endelige verdi av rest-induksjonen B , idet hysteresesløyfen bringes til å passere gjennom origo, slik som vist i fig. 8. Fig. 8 viser sammenliknbare egenskaper mellom en innskåret kjerne og samme kjerne uten innskjæringer, innskjæringene reduserer rest-induksjonen til null ved å fremkalle en hovedsakelig parallellforskyvning av B kontra H-kurven. Denne endring i karakteristikk tillater at den modi-fiserte stegkjernen (fig. 4) kan anvendes i shuntreaktorkjerner, mens det i stegkjernekonstruksjonen ble krevd en likespennings-forspenning for å utnytte den lineære magnetiseringskarakteristikk. Det kan oppnås differensial-permeabilitet på 3 eller høyere, slik at denne utførelse kan benyttes med store fordeler ved reduksjon av shuntreaktorkjerners vekt og volum.

Fig. 9 viser en annen modifikasjon av utførelsesformen

for stegkjernen, hvor det er utformet små rektangulære, horison-taltrettede slisser 29, 30 i ribben. Formålet med disse slissene 29, 30 er å redusere hvirvelstrøm-tap som skyldes lekkasjefluks ved isolasjon av hvirvelstrømbaner. Slissene 29, 30 nødvendiggjør en kompenserende reduksjon i hovedluftgapstørrelsen. Denne kjernens magnetiseringskarakteristikk er identisk med kurven ifølge fig..8, imidlertid er kjernetap betydelig redusert på grunn av reduserte hvirvelstrømmer i ribbenes plan. Fig. 1 og 9 viser en utførelsesform av steg- eller platekjernen, hvor tynne rektangulære stålstykker, som består av komprimerte, glødete, isolerte og sammenbundne mikrolamineringer 31, er satt inn i stegkjernekonstruksjonens hovedluftgap. De kompakte mikro-laminer ingslegemene kan være formet på en slik måte at permeabiliteten kontrolleres, samtidig som det opprettholdes linearitet i selve de kompakte legemene eller stykkene. Innsettingen av mikrolamineringer i stegkjernens hovedluftgap vil effektivt øke den magnetiske induktans hos kjernen, mens det samtidig opprettholdes den ønskete linearitet. Dette gjennomføres ved å regulere permeabiliteten hos mikrolaminerings-innleggene slik at den blir litt større enn permeabiliteten for luft- eller fritt rom, men innleggene er sammenpakket til en tetthet som er tilstrekkelig til å føre benkjerne-fluksen uten metning. Denne utførelsesform medfører den kombinerte fordel som består

i å minske eller eliminere flukslekkasje ved luftgapene under økning av kjernens induktans. Forbedringen i B-H-karakteristikk ved denne utførelsesformen er angitt i fig. 10. Permeabiliteten er forbedret mens lineær B kontra H karakteristikker fremdeles er opprettholdt. Permeabiliteter i overkant av U = 3 er.mulige.

Det er erkjent at det kan konstrueres lineære kjerner

med høy reluktans utelukkende ved anvendelse av mikrolamineringer, slik som omtalt i US-patentskrifter 3.848.331, 3.948.690, 4.158.561, 4.158.580, 4.158.581 og 4.158.582. Mikrolamineringer er behandlete stålpartikler som egner seg for komprimering til vekselstrøms eller likestrøms magnetiserbare kompakte stykker. Partiklene blir kuttet ved å benytte forskjellige fremgangsmåter til små, hovedsakelig langstrakte, rektangelformete parallelle-pipeder, som kan glødes og isoleres når dette er nødvendig. Mikrolamineringene kan eksempelvis ha disse omtrentlige dimensjoner: 2 . 0,5 . 0,05 (mm). Kjerner som er fremstilt ved kom-

primering av mikrolamineringer har vist seg å oppvise et vidt spektrum av magnetiske egenskaper, avhengig av komprimerings-trykk, partikkelorientering, partikkelgeometri, bindemiddel, isolasjon og indre spenninger. Mikrolamineringer gir et fordelt luftgap for minimalisering av lekkasjefluks og støy, samtidig som de gir de påkrevde induktive karakteristikker.

Den gitterplaten som er illustrert i fig. 11 omfatter

et tynt ark 35 av ferromagnetisk materiale, som er forsynt med et større antall regelmessig fordelte luftgap 37, 39, som er stanset mekanisk ut eller lokket kjemisk i form av et kontinuerlig gitter. Gitterlamineringene kan settes sammen til kjerneseksjoner 41 (fig. 12) ved å rette inn spaltene og gitterne, hvoretter de stables på vanlig måte samt festes ved harpiksbin-ding, sveising eller ved å benytte en annen akseptabel kjerne-oppbyggingsteknikk. Konstruksjonen av shuntreaktorkjernen kan så fullføres ved innsetting av en (eller to) gitterkjerne(r) mellom lavtaps laminerte åk, som tjener som fluksreturbaner.

Den fullførte shuntreaktorkjernen utmerker seg ved høy reluktans og lineær B kontra H (eller E kontra I), for å gi sinusbølge reaktive strømmer uten overtoner. Det laminerte gitterets luftgap 37, 39 og gittere blir regulert i størrelse og geometri, for å yte den ønskete magnetiske karakteristikk. En seksjon på

44 . 25 . 0,1 (mm) av et laminert gitter 35 (fig. 11) kan f.eks. ha 40% luftgap. De gjensidig påvirkende effekter av luftgap-størrelse, gitterstørrelse og permeabilitet er gjengitt i tabell 3 i tilknytning til de angitte dimensjoner i fig. 11:

En matrise, som består av 50% luftgap og 50% gitter yter en permeabilitet på 2,2 ved 13 kG, mens 35% luftgap og 65% gitter gir en permeabilitet på 3,5. Imidlertid har sistnevnte (U = 3,5) en noe dårligere linearitet enn førstnevnte. Det opti-male kompromiss mellom permeabilitet og linearitet ligger på 40-45% luftgap og 60-55% gitter. Et eksempel på en slik kurve er vist i fig. 13. I dette tilfelle er permeabiliteten U = 3,0 ved 13 kG.

Ved lamineringsgitterutførelsen har lamineringsgitteret samme integritet som et kontinuerlig ark eller plate, men inneholder allikevel de ønskete luftgap i serie med fluksen. Dette er delvis oppnådd gjennom den strategiske plasseringen av diagonale spalter 43, 45 (fig. 11), som er nødvendige i matrisen for å hindre passasje av kontinuerlig fluks gjennom gitteret.

De diagonale luftspaltene 43, 45 har en betydelig mindre stør-relse enn hovedluftgapene 37, 39 i matrisen. De diagonale spal-tenes 43, 45 (fig. 11) luftgaplengde er en funksjon av vinkelen (<t> ) som dannes av vektoren av det påtrykte felt (Ha) og kosinus-komponenten (H^ = H ei . cos .<}>), som søker å frembringe fluks i den diagonale retningen. F.eks. i fig. 11 svarer vinkelen

<{>til 75° og dens kosinus er 0,26. De diagonale luftgapene skal altså være 0,26 ganger så store som hovedluftgapene i matrisen.

Ifølge fig. 11, hvor det arbeides med 40% luftgap og 60% gitter, er hovedgaplengden 10 ganger så stor som "A"-dimensjonen eller 0,4 cm pr. cm av kjernelengden. Følgelig er det effektive diagonale luftgap 0,26 . 0,4 cm/cm = 0,104 cm pr. cm kjerne-lengde. Gaplengden av hver diagonal spalte i matrisen er da 0,104 cm/cm dividert med antall spaltér pr. kolonne. For en kolonne som inneholder 5 diagonale spalter er den diagonale gaplengden 0,5 mm. For en kolonne på 10 diagonale spalter blir gaplengden halvparten, altså 0,25 mm. Denne fremstillingsmåte gir lik magnetisk reluktans over hele bredden på gitterlamine-ringen .

Ved den laminerte gitterutførelsen reguleres lekkasje-hvirvelstrømtapene av gitternes geometri og størrelse. Disse tap styres først og fremst av størrelsen "B" og "G" i matrisen, dvs. jo større "B"- og "G"-dimensjoner, desto større lekkasje-hvirvelstrømtap. Nærmere bestemt ble dimensjonene i gitteret ifølge fig. 11 og 12 fastsatt til å gi så lave tap som mulig i overensstemmelse med formelen:

Pe/kg - 0,02844 x a<2>b<2>/a<2>+b<2>xB<2>f<2>/p x d

hvor: a = dimensjon "B" (cm)

b = dimensjon "G" (cm)

B = normal komponent av lekkasjeinduksjon (kilogauss)

f = frekvens (Hz)

p = spesifikk elektrisk motstand (U-fl-cm)

3

d = tetthet (g/cm )

Kjerne-lekkasjetapene for utførelsen ifølge fig. 11 er derfor: P /kg = 0,00263 . B<2>for 3% silisiumstål og P /kg =

e2e

0,0104 . B for lavkarbonstal, idet en antar at f = 60, P =

48 og 12, d = 7,65 og 7,85 for henholdsvis 3% SiFe og lavkarbon-stål. I overensstemmelse med dette blir, ved en antatt lekkasjeinduksjon av B = 2 kilogauss, lekkasje-hvirvelstrømtapet Pg/kg = 0,0104 watt/kg for 3% SiFe stål og 0,0413 watt/kg for lavkarbonstal. I betraktning av disse lave tap er gitterdimensjonene

følgelig ikke begrenset til dimensjonene i fig. 11. Det kan eksempelvis nevnes at det i praksis er mulig på basis av økono-miske overveielser og konstruktiv styrke å fordoble størrelsen på gitterdimensjonene, og i dette tilfelle er Pg/kg = 0,0417 watt/kg for 3% SiFe og P /kg = 0,1633 watt/kg for lavkarbonstal, når en antar at lekkasjeinduksjonen B = 2 kilogauss.

Ved illustrasjonen ifølge fig. 11 skal det erkjennes at "lamineringsgitteret" er konstruert slik at fluksstrømmen fore-går i en foretrukket orienteringsretning. Ved kornorientert stål med 3% silisium og orientering (011) <100^ er retningen for lavest kjernetap i rulleretningen, slik som vist i fig.

11. Et eksempel på kjernetapet for forskjellige materialer og tykkelser fremgår av tabell 4:

Lamineringsgitterkjernene kan fremstilles av et antall ulike ferromagnetiske materialer, idet det blir benyttet mange forskjellige tykkelser. Imidlertid er det foretrukne materialet 3% silisiumstål med teksten (Oll)<<>100>, hvor gitteret er utformet slik at fluksstrømmen er i <100> retningen. Den foretrukne tykkelsen er fra 0,1 til 0,15 mm på grunn av lave kjernetrap,

som vist, og for å lette kjemisk utlokking og gjøre denne nøy-aktig. Alternativt kan de tidligere beskrevne gitterlamineringer, som angitt foran, grovstanses fra tynne ferromagneti ske plater, folier eller strimler ved hjelp av mekaniske fremgangsmåter. Dersom utlokkingen eller snittingen skjer ved hjelp av mekaniske fremgangsmåter, bør larnineringsgitterne underkastes avgrading og gløding (for å avlaste spenninger) før stabling, i den hen-sikt å minimalisere kjernetap. Dersom gitterne lokkes kjemisk, kreves det ingen gløding eller avgrading, etter som denne pro-sess gir en spenningsfri stansing uten grader. Det kreves normalt en interlaminær isolasjon på gitterlamineringene, for å minimalisere interlaminære tap.

Den laminerte gitterkjernen ifølge fig. 12 ble konstruert ved å stable ubelagte gitterlamineringer i en formebeholder slik at gitter og luftgap i samtlige lamineringer lå perfekt i flukt. Den løse stabelen ble deretter mettet med en tynn epoksyharpiks, presset ved 350 kg/cm 2 til en tett kjerne samt herdet ved romtemperatur under belastning. Dette resulterte i en tett kjerne med en lamineringsfullfaktor på 95%. Den tynne epoksyharpiksen tjener tre funksjoner, nemlig (1) som et mellom-laminært isolasjonsmedium, (2) som et bindemiddel for kjernefast-heten og (3) som et lyddempende medium.

Shuntreaktor-gitterkjernen (fig. 12) har den fordel over-for den konvensjonelle hjul-utførelsen at tverrsnitts-pakk-faktoren er 95% i sammenlikning med ca. 80% ved den konvensjonelle kjernen. Dette betyr at gitterkjernen kan føre 18% mer fluks, og dette (kombinert med høyere oppnåelige permeabiliteter,

U = 3 kontra U = 2) vil tillate høyere arbeidende flukstetthet. Dette vil på sin side tillate bruk av mindre kjernestørrelse

og tilsvarende reduksjoner i kjerneviklingsstørrelsen. Dette resulterer i totalt sett mindre reaktorstørrelse og -masse.

Lamineringsgitterkjernen utmerker seg også på fordelaktig måte like ovenfor tidligere kjente utførelser ved at den inneholder et stort antall fordelte luftgap, nemlig ca. 16 pr. cm kontra mindre enn 1/2 gap pr. cm. Dette vil si at B 2A-kreftene ved gapene vil bli fordelt gjennom hele- kjernen, noe som resulterer i små vibrasjoner og lavt støynivå.

Det fordelte luftgap vil også minimalisere flukslekkasjen fra kjernen til de omsluttende viklingene. Dette medfører reduksjon av lekkasj-etap både i viklingene og i selve kj ernenDess-uten vil fluksen, som lekker ut fra kjernen, ha minimale virk-ninger, etter som hvirvelstrømmene er relativt isolert gjennom gitter- eller nettverket.

Til slutt påpekes at en kjerne, som er bygget opp i overensstemmelse med oppfinnelsen, gir en B kontra H-linearitet som muliggjør den spennings- og effektstabilitet som kreves for shuntreaktorer med ytterligere fordeler i forbindelse med konstruktiv integritet, høyere permeabilitet ved mindre kjerne-størrelse, bedre stablingsfaktor oj høyere induksjon.

Claims (13)

1. Laminert magnetisk kjerne, karakterisert ved at den omfatter: a) øvre og nedre magnetåkelementer som ligger i innbyrdes avstand, b) kjerneben som er anbrakt mellom åkene og forbinder disse magnetisk med hverandre, c) hvilke åkelementer og kjerneben hvert består av stablete lamineringer av magnetisk materiale, d) hvilke kjerneben hvert har en langsgående akse samt omfatter motsatte kantvegger og motsatte platesidevegger som strekker seg mellom det øvre og det nedre åkelementet, e) hvilke platesidevegger har et større antall åpninger som omfatter spalteliknende hull og kantinnskjæringer, hvor dybderetningen forløper parallelt med kantveggene samt på tvers av kjernebenenes lengdeakse, f) hvilke innskjæringer og hull er fordelt langs lengden av hvert kjerneben, og g) hvilke hull og innskjæringer strekker seg gjennom kjernebenenes lamineringer og trenger inn i platesideveggene, slik at metningen forsinkes og lineær magnetiseringskarakteristikk oppnås over den magnetiske kjernens hele driftsområde.

2. Kjerne i samsvar med krav 1, karakterisert ved at hullene og innskjæringene ligger parallellforskjøvet i forhold til hverandre langs lengden av hvert kjerneben.

3. Kjerne i samsvar med krav 2, karakterisert ved at de spalteliknende hullene har ifluktliggende ytter-ender .

4. Kjerne i samsvar med krav 3, karakterisert ved at innskjæringene forløper slik at de delvis overlapper mellom nærliggende hullpar.

5. Kjerne i samsvar med krav 4, karakterisert ved at den innbefatter et større antall langstrakte spalter eller slisser i platesideveggpartiene mellom hvert nærliggende hullpar, for å unngå hvirvelstrømmer i lamineringene.

6. Kjerne i samsvar med krav 5, karakterisert ved at i det minste noen av de med mellomrom plasserte, langstrakte spaltene ligger stort sett i flukt med de tilsvarende innskjæringene.

7. Kjerne i samsvar med krav 6, karakterisert ved at i det minste noen av de spalteformete hullene er fylt med mikrolamineringer, for å forbedre magnetisk permeabilitet .

8. Kjerne i samsvar med krav 2, karakterisert ved at hullene er plassert i parallelle rekker langs lengden av kjernebenet, idet hullene i enkelte rekker er innbyrdes for-bundet med hullene i neste nærliggende rekke.

9. Kjerne i samsvar med krav 8, karakterisert ved at hullene omfatter fra ca. 35 til ca. 50% av lamineringsflaten.

10. Kjerne i samsvar med krav 9, karakterisert ved at hullene omfatter ca. 50% av lamineringsflaten.

11. Kjerne i samsvar med krav 9, karakterisert ved at hullene omfatter ca. 40-45% av benlamineringsflaten, for å fremkalle optimal permeabilitet- kontra linearitetskarak-teristikk.

12. Kjerne i samsvar med krav 6, karakterisert ved at kjernebenlamineringene er bundet sammen ved hj*elp av herdet epoksyharpiks mens lamineringene holdes under trykk.

13. Kjerne i samsvar med krav 8, karakterisert ved at kjernelamineringene er bundet sammen ved hjelp av N impregnert epoksyharpiks som deretter herdes.