DE2115574B2 - Leistungstransformator fuer mittelfrequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungstransformator für Mittelfrequenz, insbesondere zur Speisung von Induktoren für die induktive Erwärmung von Werkstücken oder zur Speisung von Mittelfrequenz-Induktionsöfen, mit insbesondere aus Ferrit bestehenden Kernelementen und flüssigkeitsgekühlten Wicklungsleitern.

Bei einem bekannten Mittelfrequenz-Leistungstransformator dieser Art (französische Patentschrift 513 090) bestehen Primär- und Sekundärwicklung aus nebeneinander angeordneten Scheibenwicklungen, wobei sich Primär- und Sekundärteilwicklungen einander abwechseln. Die Wicklungsleiter werden dabei durch Kupferhohlprofile gebildet, die von Kühlwasser durchflossen sind. Für die magnetische Verkettung der Wicklungen dienen z. B. aus Ferrit bestehende Kernelemente, welche die Wicklungen rahmenartig umschließen. Bei einer anderen bevorzugten Wicklungsärt für Mitteifrequenztransformatoren werden Primär- und Sekundärwicklung aus einlagigen konzentrisch im geringen Abstand voneinander angeordneten Zylinderwicklungen gebildet

Ein Hauptproblem, das sich bei solchen Mittelfrequeüz-Leistungstransformatoren stellt, besteht meist in der Aufgabe, die Eisenverhiste möglichst

ίο niedrig zu halten.

Zur Verringerung der Eisenverluste und damit zur Erreichung eines günstigen Leistungsgewichts des Transformators wird z. B. die im Kern entstehende Verlustwärme durch intensive Kühlung abgeführt.

Eine solche Kühlung kann mit Hilfe von Kupferplatten erfolgen, die in gewissen Abständen zwischen den Trafoblechen des Blechpaket des Transformators eingelegt und die an ihren Rändern mit Kühlrohren verlötet sind.

Die Erfahrung hat nun gezeigt, daß z. B. bei einem 0,35 mm starken Trafoblech, und wenn man Eisenverluste von 100 W/kg zuläßt, bei einem solchen Mittelfrequenztransformator nut einer Betriebsfrequenz von inOkHz eine magnetische Flußdichte von etwa 2000 Gauß erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Mittelfrequenz-Leistungstransformator anzugeben, der bei gleicher Leistung wesentlich kleinere Verluste und ein wesentlich kleineres Gewicht aufweist als die üblichen Mittelfrequenzleistungstransformatoren, und aus dem überdies aus einem System von wenigen normierten Transformatoreinheiten auf einfache Weise Transformatoren mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen bzw. unterschiedlicher Nennleistung aufgebaut werden können.

Der Mittelfrequenz-Leistungstransformator gemäß der Erfindung, mit der diese Aufgabe gelöst wird, ist gekennzeichnet durch mehrere mit ihren Wicklungen untereinander elektrisch verbundene, jeweils ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 aufweisende Transformatoreinheiten, welche jeweils zwei voneinander getrennte Wicklungen aufweisen, gebildet durch eine innere Leiterschleife mit zwei ineinander angeordneten, in etwa zylindermantelförmigen Leitern, die an einem Ende durch eine ringförmige Abschlußzone elektrisch miteinander verbunden und an dem von dieser Abschlußzone abgewandten Ende mit Anschlußleitern versehen sind und die an diesem anschlußseitigen Ende mit einem elektrisch isolierenden Teil zu einem mit Kühlmantelanschlüssen versehenen, ringförmigen Gefäß ergänzt sind welches den Transformatorkern enthält, sowie durch eine äußere Leiterschleife mit einem zylindermantelförroigen ersten Leiter, der den äußeren Leiter der inneren Leiterschleife umfaßt, und mit einem zweiten Leiter, der innerhalb des inneren Leiters der inneren Leiterschleife angeordnet ist, wobei die beiden Leiter der äußeren Leiterschleife Kühlkanäle aufweisen, an einem Ende durch eine ringförmige Abschlußzone eletkrisch miteinander verbunden und an dem von dieser Abschlußzone abgewandten Ende mit Anschlußleitern versehen sind.

Die Anwendung von topfartigen Leiterschleifen, d. h. von solchen, die zwei ineinander angeordneten zylindermantelförmige Leiter aufweisen, welche an einem Ende zur Bildung einer »Topfform« miteinander elektrisch verbunden und am anderen Ende zwei Anschlüsse aufweisen, ist zwar bei Drosselspu-

len (deutsche Auslegeschiift 1 126 023) an sich bekannt, doch steht dort, im Gegensatz zur vorliegendpc Erfindung, die »Topffornyc einer guten Abführung der Verlustwärme entgegen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Figuren eingehend erläutert.

Die F i g. 1 und 2 zeigen im Schnitt, bzw. teils im Grundriß und im Querschnitt eine Transformatoreiuheit mit zwei elektromagnetisch verketteten Leiterschleifen, die im Prinzip also einen Transformator mit eineoi Übersetzungsverhältnis 1:1 darstellt

Die eine Leiterschleife besteht aus einem kreiszylindrischen, einen seitlichen Schlitz 1 aufweisenden Mantelleiter 2 aus Kupferblech, der an seinem einen (in F i g. 1 oberen) Ende in eine Endplatte als ringförmige Abschlußzone 3 übergelit, sowie aus einem konzentrisch angeordneten Kupferrohr als Rohrleiter 4, das mit Hilfe einer Gewindemuffe 5 bzw. Mutter 6 mit der Endplatte 3 elektrisch leitend verschraubt ist. Der Mantelleiter 2 und der Rohrleiter 4 sind mit zugehörigen Anschlußlaschen als Anschlußleiter 7, 8 versehen, welche durch eine elektrisch isolierende Zwischenlage 9 voneinander getrennt sind.

Die zweite Leiterschleife weist zwei konzentrische Rohrleiter 10, 11 auf, die im Raum zwischen dem äußeren Mantelleiter 2 und dem inneren Rohrleiter 4 der ersten Leiterschleife angeordnet und mit Hilfe von zylindrischen elektrischen Isolierungen 12. 13 auf Abstand gehauen werden. Die Rohrleiter 10, 11 sind dabei an dem einen (in Fig. 1 unteren) Ende durch einen elektrisch leitenden Böden 14 zur Leiterschleife verbunden, welche an dem anderen (Fig. 2 oberen) Ende durch einen Deckelteil 15 aus elektrisch isolierenden Material zu einem abgeschlossenen ringförmigen Behälter ergänzt ist. Der elektrische Anschluß dieser zweiten Leiterschleife erfolgt über zwei, in der Nähe des Deckelteils 15 mit den Rohrleitern 10,11 verbundenen und durch eine elektrische Isolierung 16 voneinander getrennten Anschlußlaschen als Anschlußleiter 17, 18, die radial durch den seitlichen Schlitz 1 im Mantelleiter 2 hindurch nach außen ragen.

Zur elektromagnetischen Vei kettung der beiden Leiter dienen mehrere zwischen den Rohrlei tern IO und 11 in dem ringförmigen Behälter der zweiten Leiterschleife in Form eines Stapels angeordnete Ferritringe als Transformatorkern 19, die während des Betriebes von einer Kühlflüssigkeit umspült werden, welche über Kühlmittelanschlüsse 20, 21 durch den Behälter geleitet wird und dabei die in den Ferritringen des Transformatorkerns 19 sowie in der zweiten Leiterschleife cntsteücüuc Veriuftwänne abführt. Zur Kühlung der ersten Leiterschleife sind auf dem äußeren Mantelleiter 2 zwei sich in axialer Richtung erstreckende Kühlrohre 22 angelötet, die im Bereich der Endplatte als Abschlußzone 3 des Mantelleiters 2 durch ein halbkreisförmiges Rohrstück 23 zu einer Küblmittelschleife verbunden sind. Durch den inneren Rohrleiter 4 wird als zusätzliche Kühlung der ersten Leiterschleife gleichfalls eine Kühlflüssigkeit geleitet.

Mehrere z. B. eine Anzahl η Transformatoreinheiten gemäß den Fig. 1 und 2, können auf einfache Weise dadurch zu einem Transformator mit dem Übersetzungsverhältnis η: 1 zusammengeschaltet weiden, daß man ihre primären Leiterschleifen in Reihe und ihre sekundären Leiterschleifen parallel schaltet. Die F i g. 3 bis 5 zeigen nun eine vorteilhafte Zusammenschaltung von vier identischen Transformatoreinheiten zu einem Transformator mit dem Über-Setzungsverhältnis 4:1. Die Transformatoreinheiten sind dabei zur besseren Übersichtlichkeit nur in den Umrissen, die elektrischen Verbindungen aber im Detail dargestellt. Fig. 4 zeigt die Anordnung im Grundriß, während in den Fig. 3 und 5 ihr primärseitiges bzw. sekundärseitiges Ende im Aufriß dargestellt ist.

Die vier Transformatoreinheiten 24 sind mit parallelen Achsen in eine Reihe nebeneinander angeordnet. Ihre primärseitigen Anschlußlaschen 17, 18 (Fig. 3) weisen (im Gegensatz zur Ausführung nach F i g. 2) einen genügend großen Abstand voneinander auf, um zwischen sich gekröpfte Verbindungsstücke 25 aufzunehmen, welche die Laschen 17 der ersten drei Transformatoreinheiten mit den Laschen 18 der jeweils nächsten Transformatoreinheit verbinden. Die Lasche 17 der ersten Transformatoreinheit und Lasche 18 der letzten Transformatoreinheit sind mit winkelförmigen Kontaktstücken 26 verbunden, die als Anschlüsse für die Reihenschaltung dienen. Anschlußlaschen 17, 18, Verbindungsstücke 25 und Kontaktstücke 26, sowie eine Anzahl von plattenförmigen Isolierstücken werden dabei miteinander zu stabilen Paketen verschraubt.

Die Parallelschaltung der sekundärseitigen An-

schlußlasche 7, 8 der Transformatoreinheit 24 erfolgt mittels zweier Kupferplatten 27 (siehe F i g. 5), die beiderseits außen an diesen Anschlußlaschen 7, 8 anliegend, mit diesen bzw. mit durch eine elektrisch isolierende Zwischenlage 28 voneinander getrennten

Kontaktstücken 29 zur Bildung von guten eletkrischen Verbindungen verschraubt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Leistungstransfoimator für Mittelfrequenz, insbesondere zur Speisung von Induktoren für die induktive Erwärmung von Werkstücken oder zur Speisung von Mittelfrequenz-Induktionsöfen, mit insbesondere aus Ferrit bestehenden Kernelementen und flüssigkeitsgekühlten Wicklungsleitern, gekennzeichnet durch mehrere mit ihren Wicklungen untereinander elektrisch verbundene, jeweils ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 aufweisende Transformatoreinheiten, welche jeweils zwei voneinander getrennte Wicklungen aufweisen, gebildet durch eine innere Leiterschleife mit zwei ineinander angeordneten, in etwa zylindermantelförmigen Leitern (10, 11), die an einem Ende durch eine ringförmige Abschlußzone (14) elektrisch miteinander verbunden und an dem von dieser Abschlußzone (14) abgewandten Ende mit Anschlußleitern (17, 18) versehen sind und die an diesem anschlußseitigen Ende mit einem elektrisch isolierenden Teil (15) zu einem mit Kühlmittelanschlüssen (20, 21) versehenen, ringförmigen Gefäß ergänzt sind, welches den Transformatorkern (19) enthält, sowie durch eine äußere Leiterschleife mit einem zylindermantelförmigen ersten Leiter (2), der den äußeren Leiter (11) der inneren Leiterschleife umfaßt, und mit einem zweiten Leiter (4), der innerhalb des inneren Leiters (10) der inneren Leiterschleife angeordnet ist, wobei die beiden Leiter (2, 4) der äußeren Leiterschleife Kühlkanäle (22, 23) aufweisen, an einem Ende durch eine ringförmige Abschlußzone (3) elektrisch miteinander verbunden und an dem von dieser AbschJußzone (3) abgewandten Ende mit Anschlußleitern (7, 8) versehen sind.

2. Leistungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er für ein Übersetzungsverhältnis n:l eine Anzahl η Transformatoreinheiten aufweist, mit jeweils einer primären und einer sekundären Leiterschleife, wobei die primären Leiterschleifen zur Bildung des Transformatoreingangskreises elektrisch in Reihe, und die sekundären Leiterschleifen zur Bildung des Transformatorausgangskreises parallel geschaltet sind.