Transformator. Bei Transformatoren für Wechselstrom wird der Eisenkörper zwecks Herabminde rung der Wirbelstromverluste aus Blechen zusammengesetzt. Diese wurden bisher durch Schrauben oder Nieten zusammengehalten, was neben einer Querschnittsschwächung noch den schweren Nachteil mit sich bringt, dass durch die unvermeidlichen Stanzgrate an den gelochten Blechen zusätzliche Wirbel ströme erzeugt werden, die sehr häufig An- sass zu ernsten Betriebsstörungen geben.
Bei dem Transformator gemäss vorliegen der Erfindung sind diese Mängel dadurch be hoben, dass die zu einem Eisenpaket gehöri gen Bleche nach Kreisevolventen gebogen und zu einem Eisenkörper von zylindrischer Form zusammengefügt sind. In der beilie genden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Darin zeigen die Fig. 1 bis 3 den Aufbau eines Kernpaketes, Fig. 4 bis 8 Transformatoren mit Kern paketen gemäss Fig. 1 bis 3.
Die Bleche 1, 1', 1" usw. sind nach Kreisevolventen gebogen (Fig. 1 und 2). Sie lassen sich lückenlos aneinanderreihen und bilden in ihrer Gesamtheit den hohlzylindri schen Kern 2. Da sich die Bleche gegenein ander abstützen, genügt zu deren Fassung ein dünner Pressspanmantel B. Es ist nicht notwendig, dass die Evolventen, wie in Fig. 1 dargestellt, bis zum Kreis, aus dem sie her vorgegangen sind (Grundkreis) tatsächlich ausgeführt werden. Je kleiner der Grund kreisdurchmesser gewählt wird, um so länger werden die Blechstreifen; im selben Verhält nis geht aber ihre Anzahl zurück. Fig. 3 zeigt einen Kern mit ,sehr kleinem Grund kreisdurchmesser.
Dieser besitzt bloss drei nach Kreisevolventen gebogene Bleche. Die beschriebenen Kerne weisen die folgenden Vorteile auf 1. Entfall jeglicher Vernietung oder Ver schraubung, daher keine zusätzlichen Wirbel stromverluste.
2. Vollkommen kreisrunder Querschnitt bei einheitlicher Zuschneidgrösse für alle Bleche des Kernes, dadurch wird - Verwen dung von Rundspulen natürlich voraus- gesetzt - der für das Eisen zur Verfügung stehende Raum weit besser ausgenützt als bei Kernen mit quadratischem, rechteckigem oder Kreuzquerschnitt.
3. Für die Verbindung mehrerer Blech pakete steht ein zentrales Loch zur Ver fügung, das auch für Ventilationszwecke be nützt werden kann.
4. Günstiges akustisches Verhalten (kein Brummen der Kerne).
Ausser diesen Vorteilen besitzt der Kern gemäss Fig. 1 noch die Eigenschaft, dass er magnetische Kraftflüsse nicht nur in der Richtung der Achse, sondern auch längs der Bleche aus seinem innern Teil gleichmässig nach aussen weiterleiten kann. Selbstver ständlich kommt diese Art der Kraftlinien führung nicht in Frage für Teile der Kern pakete, die innerhalb der Wicklung liegen, weil hier Kraftlinien gar keine Ursache haben anders als rein achsial zu verlaufen. Anders liegt die Sache aber beim Austritt der Kraftlinien aus den Stirnflächen der Kerne. Hier ist die gleichmässige Weiterlei tung der Kraftlinien nach allen Richtungen sehr erwünscht und ermöglicht die Herstel lung von Transformatoren, deren stromfüh rende Wicklung allseits von Eisen umgeben ist.
Fig. 5 stellt den Längsschnitt durch einen solchen Transformator dar. In dem hohlzylindrischen Raum zwischen dem ge mäss Fig. 1 ausgelbildeten Kern 2 und dem nach Fig. 3 ausgebildeten Kern 4 liegt die Rundspule 7 mit den Wicklungen 8 und 9. Die radiale Überleitung des Kraftlinienflus ses zwischen dem innern (2) und dem äussern Hohlkern (4) erfolgt durch die Jochteile 5 und 6, die ähnlich wie die Kerne durch An einanderreihen evolventenförmig gekrümm ter, entsprechend längerer Blechstreifen ge bildet sind. Fig. 6 stellt im obern Teil den Querschnitt durch ein solches Joch dar (Jochbleche 5'). Die Jochbleche lassen sich ohne Beeinträchtigung der Kraftlinienfüh rung wesentlich kürzer machen, wenn man sie in dem den Wicklungsraum übersetzenden Teil geradlinig führt (Jochbleche 5" im un tern Teil der Fig. 6).
Diese Ausführungs- art hat neben einer nicht unbedeutenden Er sparnis an Jocheisen noch den grossen Vor teil, dass durch die zwischen den Jochblechen entstehenden Spalte Kühlluft hindurchtreten kann. Die so entstehende Kühlfläche erreicht schon bei Transformatoren mit einer ab gegebenen Leistung von zirka 0,2 KVA die Kühlwirkung aller übrigen Kühlflächen und übertrifft letztere bei grösseren Transforma toren um ein Vielfaches, weil sie mit der dritten Potenz der Abmessungen des Trans formators zunimmt.
Diese äusserst wertvolle Eigenschaft des Transformators gestattet, ihn für bedeutend grössere Leistungen, als bisher üblich war, noch als Trockentransfor mator auszubilden und wirkt sich auch bei Öltransformatoren sehr vorteilhaft aus.
Auch in konstruktiver Hinsicht weist dieser Transformator grosse Vorteile gegen über den bestehenden Typen auf. Es genügt, die einzelnen Teile gegeneinander zu zentrie ren und achsial zusammenzuspannen (Fig. 4). Für die Zentrierung der Teile dienen die bei den Rohre 10 und 11, die achsiale Zusam menpressung erfolgt durch die Schraube 12 unter Vermittlung der beiden Druckplatten 1.3 und 14.
Letztere haben Ventilationsöff nungen, um der Kühlluft (im rechten Teil der Fig. 4 durch Pfeile angedeutet) den Durchtritt durch die Joche 6 und 5 des Transformators zu ermöglichen. Besonders günstig wirkt sich diese Bauweise bei Öl- transformatoren aus. Der Ölkasten 23 (im linken Teil der Fig. 4 schematisch angedeu tet) umgibt den Transformator in einfach herzustellender zylindrischer Form mit klei nem Radialabstand. Das im Transformator warm gewordene Öl steigt nach oben auf.
fliesst sodann in dem hohlzylindrischen Raum zwischen Ölkasten 23 und dem Mantel 11 nach unten, wobei es wirksam gekühlt wird. Auf .diese Weise ist für eine vorzügliche: Zirkulation des Öls gesorgt. Bei grossen Transformatoren können in den erwähnten Hohlraum auch Kühlschlangen eingebaut werden.
Besonders einfach und billig ist die kon struktive Lösung gemäss Fig. 5 (Einbau- transformator). Die Rohre 10 und 11 sind hier etwas länger ausgeführt und werden bei derseits über die Joche umgebördelt. Durch das innere Bördelrohr 10 wird gleichzeitig die Fussplatte 15 gefasst. Diese hat eine An zahl lappenförmig herausgestanzter Ansätze 16, die einerseits den Transformator gut ab stützen, anderseits den Durchtritt von Kühl luft sowohl durch das Innere des Transfor mators, als auch durch das innere Rohr 10 ermöglichen (im linken Teil der Fig. 5 durch Pfeile angedeutet).
Da die stromführenden Wicklungen all seits von Eisen umgeben sind, sind beim Evolvententransformator Streufelder nach aussen praktisch vollkommen vermieden. Die geringfügige Aussenstreuung, die an den Luftspalten zwischen Jochen und Kernen entsteht, kann leicht dadurch unterdrückt werden, dass der Aussenmantel 11 aus Eisen blech hergestellt wird. Für das innere Rohr 10 wird hingegen zweckmässigerweise ein nichtpermeables Metall (Messing, Alumi nium) gewählt, weil es, im Eisen ausgeführt, ein zentrales Streufeld erzeugen würde.
Nach dem die Rohre 10 und 11 mit dem Haupt feld nicht verkettet sind und nur von Teilen des Luftfeldes der Erregerwicklung durch setzt werden, sind die in ihnen auftretenden zusätzlichen Wirbelstromverluste sehr klein; auch diese verschwinden praktisch vollstän dig, wenn die Rohre achsial geschlitzt (of fen) ausgeführt werden. was ohne weiteres möglich ist, nachdem sie in radialer Rich tung nicht beansprucht sind.
Bei den bisher bekannten Transformato ren (Kern- und Manteltype) treten bei Be lastung der Sekundärwicklung weitere Streu felder auf, die das Aussenstreufeld des Leer laufes bei weitem überwiegen. Diese zusätz lichen Aussenstreufelder sind beim Evolven- tentransformator vollkommen unterdrückt, so dass die beispielsweise bei Radiotransforma toren sonst erforderlichen Schutzmassnahmen gegen Störungsfelder vollkommen überflüs sig sind. Das gilt in gleicher Weise für die sogenannte "kurzschlusssichere" Ausführung des Transformators, bei der zwischen Pri mär- und Sekundärwicklung (8' und 9') der Streukern 17 liegt (rechte Hälfte der Fig. 5).
Dieser besteht aus einem einfachen Blechstreifen, der in einer oder mehreren (voneinander natürlich isolierten) Windun gen zu einem zylindrischen Mantel eingerollt wird und gleich als Stützzylinder für den äussern Wicklungsteil 9' benützt werden kann. In bezug auf sein elektrisches Verhal ten (starker sekundärer Spannungsabfall bei Belastung, Herabminderung des Kurzschluss stromes) ist ein solcher Transformator als "Streutransformator" zu bezeichnen; in bezug auf Aussenfelder ist er wiederum praktisch streuungslos.
Das Herausführen der Wicklungsenden macht bei mässigen Spannungen keine Schwierigkeiten, da hierfür die radial ver laufenden Spalte in den Jochen 5 und 6 zur Verfügung stehen, die nach Bedarf an ein zelnen Stellen stark verbreitert werden kön nen. Durch den Einbau von flachen Isolier- rohren bezw. Isoliertaschen an den Durch trittsstellen der Leitungen kann die Durch schlagsgefahr leicht vermindert werden.
In jenen Fällen, wo die allseits eisen umschlossene Bauweise eines Transformators sich nicht mehr als günstig erweist, so zum Beispiel bei besonders hohen Anschlussspan nungen oder bei Drehstromtransformatoren, bieten Evolventenkerne als solche noch grosse Vorteile. Sie werden dann durch ebene oder ringförmige Joche magnetisch überbrückt. Fig. 7 und 8 zeigen als diesbezügliches Aus führungsbeispiel einen Dreiphasentransfor- mator, bei dem die drei Evolventenkerne 21, 2; und 23 in einem Dreieck angeordnet und durch die zweckmässigerweise in zwei Rin gen ausgeführten Rolljoche 18, 19 verbun den sind (Spannbolzen 22).
Die schematisch angedeuteten Pressplatten 20 und 21 werden zweckmässigerweise so gross gemacht, dass sie auch die Wicklung hinreichend überragen. Dadurch ist hier mit den -einfachsten Mitteln und mit grösster Raumökonomie die bei klei neren Drehstromtransformatoren oft an- gestrebte einfache Transportmöglichkeit (das rollbare Gestell) erreicht.
Transformer. In transformers for alternating current, the iron body is made up of sheet metal to reduce eddy current losses. These were previously held together by screws or rivets, which, in addition to a weakening of the cross-section, has the serious disadvantage that the unavoidable punching burrs on the perforated sheets generate additional eddy currents, which very often give rise to serious operational disruptions.
In the transformer according to the present invention, these deficiencies are eliminated in that the sheets belonging to an iron package are bent according to involute circles and joined together to form an iron body of cylindrical shape. In the beilie lowing drawings, embodiments of the invention are shown. 1 to 3 show the structure of a core package, and FIGS. 4 to 8 show transformers with core packages according to FIGS. 1 to 3.
The sheets 1, 1 ', 1 ", etc. are curved according to circular involutes (Fig. 1 and 2). They can be lined up without gaps and in their entirety form the hollow-cylindrical core 2. Since the sheets are supported against one another, it is sufficient for them Setting a thin pressboard casing B. It is not necessary that the involutes, as shown in Fig. 1, are actually made up to the circle from which they proceeded (base circle) The smaller the base circle diameter is chosen, the longer the sheet metal strips, but their number decreases in the same ratio. Fig. 3 shows a core with a very small base circle diameter.
This has only three sheets curved according to circular involute. The cores described have the following advantages 1. Elimination of any riveting or screwing, therefore no additional eddy current losses.
2. Completely circular cross-section with a uniform cut size for all sheets of the core, which means that - assuming the use of round coils, of course - the space available for the iron is used far better than for cores with a square, rectangular or cross-section.
3. A central hole is available for connecting several sheet metal stacks, which can also be used for ventilation purposes.
4. Favorable acoustic behavior (no humming of the cores).
In addition to these advantages, the core according to FIG. 1 also has the property that it can transmit magnetic force fluxes not only in the direction of the axis but also along the metal sheets from its inner part evenly to the outside. Of course, this type of force line guidance is out of the question for parts of the core packages that lie within the winding, because here force lines have no cause other than to run purely axially. The situation is different when the lines of force emerge from the end faces of the nuclei. Here the uniform transmission of the lines of force in all directions is very desirable and enables the manufacture of transformers whose current-carrying winding is surrounded on all sides by iron.
Fig. 5 shows the longitudinal section through such a transformer. In the hollow cylindrical space between the GE according to FIG. 1 formed core 2 and the core 4 formed according to FIG. 3 is the round coil 7 with the windings 8 and 9. The radial transition of the Kraftlinienflus ses between the inner (2) and the outer hollow core (4) takes place through the yoke parts 5 and 6, which are similar to the cores by rows of involute curved ter, correspondingly longer sheet metal strips ge forms. Fig. 6 shows in the upper part the cross section through such a yoke (yoke plates 5 '). The yoke plates can be made significantly shorter without impairing the Kraftlinienfüh tion if you lead them in a straight line in the part translating the winding space (yoke plates 5 "in the lower part of FIG. 6).
In addition to a not insignificant savings in yoke iron, this embodiment also has the great advantage that cooling air can pass through the gaps that arise between the yoke plates. The resulting cooling surface already achieves the cooling effect of all other cooling surfaces in transformers with a given power of around 0.2 KVA and exceeds the latter many times over with larger transformers because it increases with the cube of the transformer's dimensions.
This extremely valuable property of the transformer allows it to be designed as a dry transformer for significantly greater power than was previously the case and is also very beneficial for oil transformers.
In terms of construction, too, this transformer has great advantages over the existing types. It is sufficient to center the individual parts against each other and axially clamp together (Fig. 4). For the centering of the parts, the tubes 10 and 11 are used; the axial compression is effected by the screw 12 through the intermediary of the two pressure plates 1.3 and 14.
The latter have Ventilationsöff openings to allow the cooling air (indicated by arrows in the right part of Fig. 4) to pass through the yokes 6 and 5 of the transformer. This design is particularly beneficial for oil transformers. The oil box 23 (in the left part of Fig. 4 angedeu tet schematically) surrounds the transformer in an easy-to-manufacture cylindrical shape with a small radial distance. The oil that has become warm in the transformer rises to the top.
then flows downward in the hollow cylindrical space between the oil box 23 and the jacket 11, where it is effectively cooled. In this way an excellent circulation of the oil is ensured. In the case of large transformers, cooling coils can also be installed in the cavity mentioned.
The constructive solution according to FIG. 5 (built-in transformer) is particularly simple and cheap. The tubes 10 and 11 are made a little longer here and are flanged over the yokes on the other side. At the same time, the footplate 15 is gripped by the inner flared tube 10. This has a number of lobes punched out approaches 16, which on the one hand support the transformer well, on the other hand the passage of cooling air both through the interior of the transformer and through the inner tube 10 (in the left part of Fig. 5 by arrows indicated).
Since the current-carrying windings are surrounded on all sides by iron, stray fields to the outside are practically completely avoided with the involute transformer. The slight external scattering that arises at the air gaps between yokes and cores can easily be suppressed by making the outer jacket 11 from sheet iron. For the inner tube 10, however, a non-permeable metal (brass, Alumi nium) is expediently chosen because it would produce a central stray field, executed in iron.
After the tubes 10 and 11 are not linked to the main field and are only set by parts of the air field of the excitation winding, the additional eddy current losses occurring in them are very small; these also disappear practically completely when the pipes are axially slotted (open). which is easily possible after they are not claimed in the radial direction Rich.
In the previously known transformers (core and jacket type), additional stray fields occur when loading the secondary winding, which by far outweigh the external stray field of the idle. These additional external stray fields are completely suppressed with the involute transformer, so that the protective measures against interference fields otherwise required, for example, with radio transformers are completely superfluous. This applies in the same way to the so-called "short-circuit proof" version of the transformer, in which between the primary and secondary windings (8 'and 9') of the scatter core 17 is (right half of FIG. 5).
This consists of a simple sheet metal strip which is rolled into one or more windings (naturally isolated from one another) to form a cylindrical jacket and can be used as a support cylinder for the outer winding part 9 '. With regard to its electrical behavior (strong secondary voltage drop under load, reduction of the short-circuit current), such a transformer can be described as a "scatter transformer"; in relation to outer fields it is again practically free of scatter.
Leading out the winding ends does not cause any problems with moderate tensions, since the radially ver running gaps are available in the yokes 5 and 6, which can be greatly widened at individual points as required. By installing flat insulating pipes or Insulating pockets at the points where the cables pass, the risk of breakdown can be slightly reduced.
In those cases where the all-round iron-enclosed construction of a transformer no longer proves to be favorable, for example with particularly high connection voltages or with three-phase transformers, involute cores as such still offer great advantages. They are then bridged magnetically by flat or ring-shaped yokes. 7 and 8 show, as an exemplary embodiment in this regard, a three-phase transformer in which the three involute cores 21, 2; and 23 arranged in a triangle and verbun by the suitably executed in two rings roller yokes 18, 19 are the (clamping bolt 22).
The schematically indicated press plates 20 and 21 are expediently made so large that they also protrude sufficiently beyond the winding. As a result, with the simplest means and with the greatest economy of space, the simple transport option (the rollable frame), which is often sought for with smaller three-phase transformers, is achieved.