Hochstrom-Transformator. Beim Bau von Hochstrom-Transfoxmato- ren, insbesondere für die Speisung von Kon taktumformern, treten folgende Schwierigkei ten auf. Die hohen Ströme verlangen einen sehr grossen Leiterquerschnitt.
Bei den im Transformatorbau herkömmlichen Spulen wicklungen .aus Draht müssen viele Spulen kleinen Drahtdurchmessers parallel geschaltet werden, weil zu grosse Drahtquersehriitte sich wegen ihrer Steifigkeit nicht mehr biegen lasen, um daraus Spulen zu wickeln. Die Parallelschaltung einzelner Spulen ist schwie rig und zeitraubend.
Wendet man Blechwick lungen an, so ergeben sich bei der üblichen Bauart von Kerntransformatoren und zylin drischen Wicldinm.gen an den Rändern ver mehrte Verluste durch das breitseitige Ein dringen des ausbauchenden Streufeldes in die Bleche. Auch die an die Blechwicklung anzu- schliessenden Stromableitungen geben Anlass zu Schwierigkeiten und zusätzlichen Ver lusten.
Die Anschlüsse der Transformatoren und die Verbindungen von Spulengruppen zur Spule sind aber nicht nur technologisch schwer herzustellen, sondern sie sind. auch der Sitz von zusätzlichen Verlusten.
Diese Ver luste beschränken sich keinesfalls auf die Ver bindungen selbst, sondern ihre starken Felder erzeugen Verluste in benachbarten metalli schen Konstruktionsteilen. Die starken Streu felder von der Hochstromwicklung und den Ableitungen bewirken ferner unerwünschte induktive Spannungsabfälle, die sich umso schwerwiegender auswirken, als die üblichen Spannungen bei hohen Strömen klein sind. Dies hat zur Folge,
dass die Transformatoren mit grosser Leistung nicht mehr für .die sehr kleinen Spannungen von wenigen Volt, wie sie oft erwünscht sind, mit gutem Wirkungs grad bauen lassen, weil die im Transformator induzierte Spannung bis zu den Anschluss- klemmen schon wesentlich durch die gesam ten Spannungsabfälle aufgezehrt werden würde.
Gegenstand der Erfindung ist ein Hoch strom-Transformator mit ringförmigem Eisen kern mit einer aus Rohrleitern gebildeten Hochstromwicklung, bei welchem die genann ten Schwierigkeiten dadurch beseitigt sind, dass erfindungsgemäss die Hoehstromwicklung eine Hülle für den Transformatorkern samt der Primärwicklung bildet und aus ortsfesten,
konzentrisch zueinander und gleichachsig mir Kernachse angeordneten zylindrischen Leitern und die Ringräume zwischen diesen über brückenden Leiterteilen an den Stirnenden der Rohrleiter besteht,
wobei die Anschlüsse der Hüchstromwieklung an mindestens einem Stirnende als Rohre konzentrisch zueinander in Richtung der Kernachse weggeführt sind.
Die Anwendung zylinderförmiger Bau elemente für die Hochstromwickhuig von Transformatoren hat zur Folge, dass das Kernfenster kleiner gehalten werden kann als bei dem bisher üblichen Wicklungsaiübau;
die Verluste werden geringer. Die magnetischen Kraftlinien, welche die Hochstromwieklung erzeugt, treffen diese nur an den, an sieh schmalen Stirnkanten der Rohrleiter, da diese kreisförmig sind.
Durch die konzentrische Umhüllung der Primärwicklung und des Eisenkernes des Transformators wird die Streuung zwischen beiden verringert und der Raum ausserhalb der Sekundärwicklung bleibt vollkommen feld frei. Die Streuinduktivität der ganzen Anord nung weist daher ein Minimum auf und Ver luste in umgebenden Bauteilen durch Einwir kung von Streufeldern sind vollkommen ver mieden.
Die greisringform für,den Transformator und die Hochstromwicklung ergibt einen voll- kommen achsiulssmmetrischen Aufbau und die Amperewindiungen bis zu den Angeh11,I13- stellen des Transformators sind in jedem Punkt ,direkt kompensiert.
In: der Zeichnung sind in, Fig. 1 bis 7 schematisch im Schnitt Beispiele für die Kon- struktions- und .die Verwendungsmöglichkeit des Transformators gemäss der Erfindung veranschaulicht,
unter Weglassung de"z für Glas Verständnis der Erfindung entbehrlichen spezifisch mechanischen Aufbaues und der Schaltungseinzelheiten.
In. allen Figuren ist der Eisenkern des Transformators mit ,a bezeichnet, er trägt die Primärwicklung b.
Der Transformator ist ein Ringkern, der entweder ein Stapel von aus Eisenbann-. gewickelten Kernteilen ist, oder aus einem Band gewickelt sein kann, dessen Breite der Kernhöhe entspricht. Der Kern kann -aber auch durch Schichtung von aus Blechtafeln gestanzten Teilen aufgebaut sein.
Die Sekundär- oder Hochstromwicklung zur Speisung eines nicht gezeichneten Stromver brauchers umschlingt als Hülle den Trans.- formatorkern samt der Primärwicklung. Diese Hülle ist zusammengesetzt aus ortsfesten, konzentrisch zueinander und zur Kernachse angeordneten Rohrleitern,
sowie aus die Ring- räume zwischen diesen überbrückenden Lei terteilen au den Stirnenden der Rohrleiter.
Beim Transformator nach Fig. 1 und la ist die Hülle doppelmantelig ausgeführt, sie besteht aus je zwei konzentrischen Rohrleitern e1 es, die im Innern des Ringkernes ,a liegen, den:
zwei konzentrischen Rohrleitern e2 c4, die ausserhalb des Ringkernes gleiehaehsig mit ihm verlaufen, und aus den diese Rohrleiter an ihren Stirnenden überbrückenden Leiter teilen d1 bis d4. Die Rohrleiter cl bis c4 sind in Serie geschaltet.
Die Wicklungsanschlüsse sind konzentrische Rohrleiter ei e2, die in Richtung der Kernachse weggeführt und einerseits an dem äussersten Rohrleiter c4, anderseits an dem dem Transformatorkern anliegenden innern Rohrleiter cl angeordnet sind. Die Rohrleiter können aus Blech gebo gen oder in mehreren Lagen gewickelt sein..
Um das Herausführen des Wieklunngsan- schh -sses von dem innerhalb des Eisenkernes liegenden Rohrleiter cl. aus der Hülle zu er möglichen, muss der scheibenförmige Über brückungsleiter d2 am obern Stirnende der Rohrleiter c2<B>63</B> mit Durehdringungsöffnun- gen g versehen sein.
Der gleiche Zweck kann erreicht werden, wenn der Ringraum zwischen den Rohrleitern an dieser Stelle durch spei chenartig angeordnete Leiterteile überbrückt wird.
Für flüssigkeitsisolierte Transformatoren besteht die Möglichkeit., die Hochstromwiek lung oder Teile derselben als Behälter für das öl zu benützen. Das im Kernfenster inner- ste Rohr c3 kann, dabei als Behälterwand her angezogen werden, oder es kann das den Kern umhüllende äusserste Rohr c4 mit einer Bo denplatte versehen, als Behälter dienen.
Anstatt je zwei konzentrische Rohrleiter innerhalb und ausserhalb des Kernes des Transformators gemäss Fig. 1 in Serie zu schalten, besteht auch die Möglichkeit der Parallelschaltung der Rohrleiter, wie 'in Fig. 2, 2a und 3 gezeigt, wobei Kreuzungen der innern und der äussern Rohrleiter leicht durchgeführt werden können.
Transformatoren gemäss der Erfindung sind besonders wertvoll in Anlagen zür Er- zeugung von hochamperigem Gleichstrom mit Hilfe eines Kontaktumformers, der mit einer Schaltdrossel mit Ringkern. zur Erzeugung stromschwacher Pausen in der Kontaktdauer kombiniert ist:
Beispiele dieser Art zeigen die Fig. 4 bis 7, wo gleichachsig mit dem Transformatorkern a der ringförmige Kern der Schaltdrossel f vorgesehen ist. Der Dros selkern ist vom Strom der Hochztromwick lung mindestens teilweise durchsetzt.
Die den Transformatorkern samt der Primärwicklung als Hülle umgebende Sekundärwicklung kann auch hier wieder aus nur je einem Rohrleiter Cl C4 innerhalb und ausserhalb des Transfor- matorkernes mit konzentrischen, in der Kern achse weggeführten Anschlüssen <I>ei</I> e2 beste hen (vgl.
Fig. 4 bis 6), oder aber doppelman- teligausgeführt sein (vgl. Fig. 7). Die Hülle des Transformators ist so ausgebildet, dass sie den Kern der Schaltdrossel umschliesst, sie -et zt sich dann aus den konzentrischen, Rohr leitern ei c4, ,den überbrüekunggsleiterteilen d,
d4 und den konzentrischen Anschlüssen ei e2 zusammen. Dabei kann, diese Hülle so ausgebildet sein, dass sie mindestens die Schaltdrosselspule als Doppelmantel um schliesst, wie aus Fig. 5 hervorgeht. Die Hülle der Drossel besteht dann 'aus zwei konzentri schen Rohrleitern ei ei,
ausserhalb des Dros- selkernes und zwei konzentrischen Rohrleitern e2 e22 innerhalb des Kernfensters der Schalt drossel, sowie aus den stirnseitigen Üb,erbrük- kun gsleitezn.
Fig. 6 zeigt As weiteres Beispiel die Ver wendung eines erfindungsgemäss ausgebilde ten Transformators mit Schaltdrossel für Kontaktumformer mit aufgelöster Graetz-- schaltung. Der innerhalb des Kernes von Transformator und Schaltdrossel liegende Rohrleiter cl e2 der aus der Ho.chstromwick- lung gebildeten Hülle führt in diesem Fall zu dem einen
Stromsystem der einen Phase, während eine von diesem Rohrleiter abge zweigte Verbindung e20 zum andern Strom system der aufgelösten Graetzschaltung führt, und der ausserhalb des Kernes liegende Rohr leiter ei der Hülle am Transformatorstern- punkt liegt.
Sehliesslieh ist in Fig. 7 ein mit Schalt drosseln kombinierter Transformator gemäss der Erfindung für den Betrieb eines Kon- taktumformers in dar gestellt.
Innerhalb der von der Hochstrom wicklung gebildeten Hülle sind hier gleich- achsig mit dem Transformatorringkern a die Schaltdrosseln, fi <I>f2</I> auf beiden Stirnseiten des Transformatorkernes angebracht. Die Phase und Gegenphase speisenden Strom leiter der Hochstromwicklumg <B>ei</B> e2 bzw.
C e4 sind parallel geschaltet, von ihrer Mittenan- zapfung führt der Stromleiter e20 zum Transformatorsternpunkt. Der Transforma- tor gemäss Fig. 7 weist im übrigen bezüglich der Hülle die gleichen Bauelemente der Fig. 1 auf, gleichartige Teile tragen gleiche Bezugs zeichen.
Die Drosselspulen f i f 2 können gege benenfalls auch in der in Fig. 5 dargestellten Weise durch die Hochstromwieklung allseitig umschlossen werden. Die Anordnung Fig. 7 ist auch ohne Drossel anwendbar.
In allen; Ausführungsbeispielen sind die Kerne der Schaltdrosselspulen aus Blechband gewickelt. Dabei können die Ringkerne aus einem Blech von einer der Kernhöhe gleichen Breite hergestellt,
oder aus mehreren axial aneinandergereihten Teilkernen kleiner Höhe zusammengesetzt sein. Die magnetische Cha- rakteristik des Kernmaterials für Transforma- tor und Schaltdrossel ist den Erfordernissen für -diese anzupassen. Die Transformatorkerne können aus Sillciumeisen,
die Schaltdrossel kerne aus Nickeleisen bestehen.
Transformatoren gemäss der Erfindung können sowohl in Serie- ,als auch in Parallel- schaltung verwendet werden. Es ist ohne wei teres möglich, einphasige Kombinationen von Transformator und Schaltdrossel für drei- oder mehrphasige Kontaktumformer zu ver wenden. Die einzelnen Transformatoren kön nen dabei neben- oder übereinander aufge stellt werden.
Die Kerne können auch aus ausgestanzten Scheiben oder sonstwie, z. B. Pulverkerne, hergestellt sein.
Abweichend von der Anordnung nach Fig. 1 können auch die Wicklungsanschlüsse an den in bezog auf den Transformatorkern äussern Rohrleitern angeordnet und jeweils ein am Transformatorkern anliegender innerer Rohrleiter mit einem der äussern. Rohrleiter durch Kreuzen der Überbrückungsleiter am einen Stirnende verbunden werden.
High current transformer. The following difficulties arise in the construction of high-current transformers, especially for supplying contact transformers. The high currents require a very large conductor cross-section.
In the coil windings made of wire, conventional in transformer construction, many coils with small wire diameters have to be connected in parallel, because excessively large cross sections of wire can no longer be bent due to their rigidity in order to wind coils from them. The parallel connection of individual coils is difficult and time-consuming.
If sheet metal windings are used, the usual design of core transformers and cylindrical windings results in increased losses at the edges due to the bulging stray field penetrating the sheet metal. The current leads to be connected to the sheet metal winding also give rise to difficulties and additional losses.
The connections of the transformers and the connections from coil groups to the coil are not only technologically difficult to manufacture, they are. also the seat of additional losses.
These losses are by no means limited to the connections themselves; rather, their strong fields generate losses in neighboring metallic construction parts. The strong stray fields from the high-current winding and the leads also cause undesirable inductive voltage drops, which are all the more serious because the usual voltages are small at high currents. As a consequence,
that the transformers with high performance can no longer be built with good efficiency for the very small voltages of a few volts, as they are often desired, because the voltage induced in the transformer up to the connection terminals is essentially due to the total voltage drops would be consumed.
The invention relates to a high-current transformer with a ring-shaped iron core with a high-current winding formed from pipelines, in which the difficulties mentioned are eliminated in that, according to the invention, the high-current winding forms a shell for the transformer core including the primary winding and is made up of stationary,
there are cylindrical conductors arranged concentrically to one another and coaxially with the core axis and the annular spaces between these over bridging conductor parts at the ends of the pipe conductors,
wherein the connections of the Hüchstromwieklung are led away as tubes concentric to one another in the direction of the core axis at at least one end.
The use of cylindrical construction elements for the Hochstromwickhuig of transformers has the consequence that the core window can be kept smaller than in the usual Wicklungsaiübau;
the losses decrease. The magnetic lines of force that the high-current vibration generates only hit the narrow front edges of the pipe conductors, as these are circular.
The concentric covering of the primary winding and the iron core of the transformer reduces the spread between the two and the space outside the secondary winding remains completely field-free. The leakage inductance of the entire arrangement therefore has a minimum and losses in surrounding components due to the effect of leakage fields are completely avoided.
The corrugated ring shape for the transformer and the high-current winding results in a completely axially symmetrical structure and the ampere windings up to the transformer terminals are directly compensated at every point.
In: the drawing, FIGS. 1 to 7 show schematically in section examples for the construction and the possibility of using the transformer according to the invention,
omitting de "z for glass understanding of the invention dispensable specifically mechanical structure and the circuit details.
In. In all figures the iron core of the transformer is marked with, a, it carries the primary winding b.
The transformer is a toroidal core that is made up of either a stack of iron spell. wound core parts, or can be wound from a tape, the width of which corresponds to the core height. The core can, however, also be constructed by layering parts stamped from sheet metal.
The secondary or high-current winding for feeding a power consumer, not shown, wraps around the transformer core as a sheath, including the primary winding. This shell is made up of stationary pipes arranged concentrically to one another and to the core axis,
as well as from the annular spaces between these bridging conductors on the front ends of the pipe conductors.
In the transformer according to Fig. 1 and la, the shell is designed with a double jacket, it consists of two concentric pipe conductors e1 es, which are inside the toroidal core, a, the:
two concentric pipe conductors e2 c4, which run outside of the toroidal core in the same way as it, and from which these pipe conductors share at their front ends bridging conductors d1 to d4. The pipe conductors cl to c4 are connected in series.
The winding connections are concentric pipe conductors ei e2 which lead away in the direction of the core axis and are arranged on the one hand on the outermost pipe conductor c4 and on the other hand on the inner pipe conductor cl adjacent to the transformer core. The pipe conductors can be bent from sheet metal or wound in several layers.
In order to enable the Wieklunngsanschh -sses to be led out of the sheath from the pipe conductor cl. Lying inside the iron core, the disc-shaped bridging conductor d2 at the upper end of the pipe conductor c2 must have penetration openings g be provided.
The same purpose can be achieved if the annular space between the pipe conductors is bridged at this point by ladder parts arranged like a spei.
For liquid-insulated transformers there is the possibility. To use the Hochstromwiek development or parts of it as a container for the oil. The innermost tube c3 in the core window can be pulled towards the wall as a container, or the outermost tube c4 surrounding the core can be provided with a base plate and serve as a container.
Instead of connecting two concentric pipe conductors inside and outside the core of the transformer according to FIG. 1 in series, there is also the possibility of connecting the pipe conductors in parallel, as shown in FIGS. 2, 2a and 3, whereby the inner and outer pipe conductors cross can be done easily.
Transformers according to the invention are particularly valuable in systems for generating high-amperage direct current with the aid of a contact converter that has a switching reactor with a toroidal core. to generate low-current pauses in the contact duration is combined:
Examples of this type are shown in FIGS. 4 to 7, where the annular core of the switching inductor f is provided coaxially with the transformer core a. The throttle core is at least partially penetrated by the current from the Hochztromwick development.
The secondary winding surrounding the transformer core including the primary winding as a sheath can again consist of only one pipe conductor C1 C4 inside and outside the transformer core with concentric connections <I> ei </I> e2 leading away in the core axis (cf. .
4 to 6), or else be designed with a double jacket (cf. FIG. 7). The shell of the transformer is designed in such a way that it encloses the core of the switching reactor, it then consists of the concentric, tubular conductors ei c4,, the bridging conductor parts d,
d4 and the concentric connections ei e2 together. This sheath can be designed in such a way that it encloses at least the switching inductor as a double jacket, as can be seen from FIG. 5. The shell of the throttle then consists of two concentric pipelines ei ei,
outside the throttle core and two concentric pipelines e2 e22 within the core window of the switching throttle, as well as from the frontal bridging lines.
6 shows a further example of the use of a transformer constructed in accordance with the invention with a switching reactor for contact converters with a resolved Graetz circuit. The pipe conductor cl e2 of the shell formed from the high-current winding, which lies within the core of the transformer and switching reactor, leads in this case to the one
Current system of one phase, while a connection e20 branched off from this pipe conductor leads to the other current system of the resolved Graetz circuit, and the pipe conductor lying outside the core lies on the shell at the transformer neutral point.
Finally, FIG. 7 shows a transformer combined with switching chokes according to the invention for operating a contact converter in FIG.
Within the envelope formed by the high-current winding, the switching reactors, fi <I> f2 </I>, are attached to both ends of the transformer core, coaxially with the transformer toroidal core a. The current conductors of the high-current winding <B> ei </B> e2 resp.
C e4 are connected in parallel, the current conductor e20 leads from their center tap to the transformer star point. The transformer according to FIG. 7 otherwise has the same components as in FIG. 1 with regard to the shell, and similar parts have the same reference symbols.
The choke coils f i f 2 can, if necessary, also be enclosed on all sides in the manner shown in FIG. 5 by the high current wave. The arrangement of FIG. 7 can also be used without a throttle.
In all; Exemplary embodiments, the cores of the switching reactor coils are wound from sheet metal strip. The toroidal cores can be made from sheet metal with a width equal to the core height,
or be composed of several axially strung together sub-cores of small height. The magnetic characteristics of the core material for the transformer and switching reactor must be adapted to the requirements for them. The transformer cores can be made of silicon iron,
the throttle cores are made of nickel iron.
Transformers according to the invention can be used both in series and in parallel. It is easily possible to use single-phase combinations of transformers and switching chokes for three- or multi-phase contact converters. The individual transformers can be placed next to or on top of each other.
The cores can also be made from punched discs or otherwise, e.g. B. powder cores be made.
In a departure from the arrangement according to FIG. 1, the winding connections can also be arranged on the outer pipe conductors with respect to the transformer core and an inner pipe conductor adjacent to the transformer core can be arranged with one of the outer conductors. Pipeline can be connected by crossing the bridging ladder at one end.