DE3743222A1 - Gekuehlte drosselspule fuer stromrichteranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gekühlte Drosselspu­ le für Stromrichteranlagen, bei denen die Halbleiterele­ mente und die Beschaltungswiderstände mit Wasser gekühlt werden.

Werden in Stromrichteranlagen Drosselspulen eingesetzt, so ist es zweckmäßig, sie auf die gleiche Art zu kühlen, wie die anderen verlustleistungsbehafteten Bauelemente; d.h. wie die Halbleiterelemente selbst und deren Be­ schaltungswiderstände. Wird für diese anderen Bauelemen­ te Wasser als Kühlmedium verwendet, so liegt es nahe, den Leiter als Hohlprofil auszubilden und ihn direkt zur Wasserführung heranzuziehen. Dies würde eine sehr effek­ tive Kühlung ergeben, wenn nicht erhebliche Nachteile vorhanden sind. Bei Stromrichteranlagen treten Spannun­ gen bis 3000 Volt auf, so daß extrem lange isolierende hydraulische Leitungen eingesetzt werden müssen, um die bei zu kurzen Leitungen bei Wasserkühlung auftretenden Verluste zu vermeiden.

Außerdem werden Drosselspulen für höhere Frequenzen ein gesetzt, bei denen als Leiter Hochfrequenzlitzen verwen­ det werden. Diese Hochfrequenzlitzen bestehen aus einer Vielzahl miteinander verdrillter Drähte und können daher nicht als Hohlprofile ausgebildet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drosselspule zu schaffen, bei der Wasser als Kühlflüssigkeit benutzt werden kann ohne daß lange Isolierrohre oder dergleichen erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Spule in einem Kreisringbehälter aus amagneti­ schem Material angeordnet und versiegelt ist, wobei an dem Behälterdeckel stoffschlüssig angebrachte Tüllen zur Durchführung der elektrischen Zuleitungen vorgesehen sind. Durch diese Anordnung der Spule in einem geschlos­ senen Kreisringbehälter ist eine direkte Berührung des Kühlwassers mit der spannungsführenden Wicklung nicht möglich. Die Spule wird zweckmäßig innerhalb des Kreis­ ringbehälters allseitig mittels Abstandhalter abgestützt und der Raum zwischen Spule und Behälterwandung wird mit einer Vergußmasse ausgefüllt, die über die Tüllen im Behälterdeckel zugeführt wird. Diese Vergußmasse dient zur Stützung und gleichzeitig als Wärmebrücke von der Wicklung zur Behälterwandung. Zweckmäßig wird als Ver­ gußmasse eine Masse mit guter Wärmeleitfähigkeit, z.B. ein mit Aluminiumoxid stark versetztes Harz verwendet. Weiterhin werden die Hohlräume des Magnetsystems mit Ausnahme des Raumes zur Aufnahme der Spule mit einem Leichtkunststoff, z.B. einem Hartschaum ausgefüllt, wobei in diesem Hartschaum Wasserkanäle von zwei Rohren (Zufuhr, Abfuhr) zu den von den Magnetteilen gebildeten Aufnahmeraum für den Kreisringspulenbehälter führen.

Zweckmäßigerweise sind die Zwischenräume zwischen dem Kreisringspulenbehälter und den Magnetteilen mit Wasser­ führungen ausgefüllt, die eine schraubenartige Führung der Kühlflüssigkeit um den Kreisringspulenbehälter er­ zeugen. Diese Wasserführung kann aus einem endlosen Band mit Rippen und Lamellen bestehen. Mittels der Lamellen der Wasserführungen können Bautoleranzen zwischen Kreis­ ringspulenbehälter und Magnetteilen ausgeglichen werden.

Die Erfindung wird an zwei Ausführungsbeispielen, die Drosselspulen mit und ohne Eisenkern zeigen, erläutert.

Im einzelnen zeigen die sechs Figuren:

Fig. 1 Einen Längsschnitt durch eine Hälfte ei­ ner zylindrischen Drosselspule mit Eisen;

Fig. 2 bis 4 die Wasserführung;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Hälfte einer eisenlosen Drosselspule;

Fig. 6 einen Grundriß der Drosselspule nach Fig. 5.

Der Kessel aus amagnetischem Stahl oder Kunststoff, der die Drossel umgibt, besteht, wie sich Fig. 1 entnehmen läßt, aus einem Boden 1 und einer mit dem Boden ver­ schweißten Wandung 2 sowie einem Deckel 3. In diesen Kessel wird ein kreisringförmiges Magnetjoch 4, herge­ stellt aus entsprechenden Blechschnitten, eingelegt. Der leere Innenraum des Magnetjoches 4 wird mit einer Kunst­ stoffscheibe 5 ausgefüllt. Der Magnetring 6 wird am gün­ stigsten nach Art der Schnittbandkerne hergestellt. Vor Einlegen des Schnittbandkernes 7 wird eine Scheibe 8 aus Kunststoff eingelegt, die eine Ausdrehung 9, Zulaufkanäle 10 und eine Zulaufbohrung 11 aufweist. Nach Einsetzen des Schnittbandkernes 7 wird in den Innenraum dieses Kernes ein zylindrisches Kunststoffteil 12 eingesetzt, das eine Bohrung 13 aufweist. Auf den Schnittbandkern 7 und den Kunststoffzylinder 12 wird eine Kunststoffschei­ be 14 mit Ausdrehungen 15 und Zulaufkanälen 16 aufge­ legt.

Die Spule 20, deren Wicklung im vorliegenden Fall aus einem lackisolierten Rechteckdraht 21 besteht, hat zwei angelötete Anschlüsse, die aus Kupferbolzen 22 bestehen. Diese besitzen am Ende eine Verdrehsicherung 23 und eine Gewindebohrung 24. Angeordnet ist die Spule in einem kreisringförmigen Topf, der aus einem Boden 25, der In­ nenwandung 26 und der Außenwandung 27 besteht. Der Boden ist mit den Wandungen dicht verschweißt, und je nach den elektromagnetischen Bedingungen können diese Teile aus amagnetischem, elektrisch schlecht leitendem Stahl oder aus Kunststoff bestehen. Der Deckel 28 des Kreisringtop­ fes ist mit zwei Tüllen 29 versehen, in denen sich die Anschlüsse befinden. Vor dem Einbringen der Spule müssen noch Abstandhalter eingebracht werden, von denen ein unterer 30 gezeigt ist. Seitliche Abstandshalter, die nicht dargestellt sind, können noch nach Einbringen der Spule aber vor dem Aufsetzen des Deckels angeordnet wer­ den. Um die Spulenwicklung eindeutig zu fixieren, wird über die Tüllen 29 ein mit Aluminiumoxid vermischtes Harz, das vorher entlüftet wurde, eingebracht. Hierdurch wird eine gute Wärmeleitung erzielt, so daß die in der Spule 20 entstehende Wärme an die Außenwandungen 26 und 27 abgeleitet wird. Der Ringspulenbehälter wird in eine Form eingelegt, da das Harz unter Druck zugeführt wird. Zunächst wird in diesem Arbeitsgang bis knapp unterhalb des Deckels 28 ausgegossen. Bevor der Ringspulenbehälter und die anderen Magnetteile eingebaut weden, muß die Wasserführung 50 gemäß den Fig. 2 bis 4 eingebaut werden. Die Wasserführung besteht aus einem endlosen, leicht elastischen Band 51, z.B. aus einem Thermoplast mit Rippen 52. Die Rippen sind oben mit Lamellen 53 ver­ sehen, die leicht ausknicken, so daß auf diese Art und Weise Bautoleranzen von Spule und Magnetteilen ausgegli­ chen werden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Rip­ pen 52 sind im halben Teilungsabstand "t" angeordnet und die Rippenhöhe beträgt etwa ein Sechstel des Teilungsab­ standes "t". Durch diesen Aufbau des elastischen Bandes 51 werden beim Aufwickeln auf die Außenwand bzw. auf die Innenwand kaum mechanische Spannungen auf den Spulenbe­ hälter übertragen. Zweckmäßigerweise ist das Band mit einer Selbstklebeschicht 54 versehen. Aus Fig. 4, in der eine Abwicklung der Innen- oder Außenwand darge­ stellt ist, kann man den schraubenförmigen Wasserverlauf entnehmen.

Zwischen die Magnetteile 6 und 7 kann nun der vorberei­ tete Kreisringspulentopf eingebaut werden. Bautoleranzen werden, wie bereits erwähnt, von den Lamellen 53 aufge­ nommen. Der Kreisringspulentopf stützt sich über die Noppen 32 nach unten ab. Über die Tüllen 29 werden ela­ stische Ringe 33 geschoben, die beim Aufbringen des obe­ ren Joches 34 die Bohrungen 35 nach unten abdichten.

Nach dem Anordnen des Magnetjoches 34 wird eine Scheibe 36 aus Kunststoff in den leeren Innenraum des Joches eingelegt. Diese Scheibe besitzt zwei Bohrungen 37. An­ schließend wird der Deckel 3 aufgelegt und mit der Wan­ dung 2 des Kessels verschweißt. Der Deckel besitzt zwei größere Durchzüge 39, die mit Bohrungen 40 versehen sind, sowie zwei kleinere Durchzüge 41 für die Wasseran­ schlußrohre 42. Ein oder zwei weitere Durchzüge 43 kön­ nen für die Abspannung 44 von Boden und Deckel vorgese­ hen sein. Nach diesem Montageschritt werden bei den elektrischen Anschlüssen Formen aufgelegt und die Durch­ führungen 45 ausgegossen, wobei sich das Harz in den Bohrungen 40 verankert.

Abschließend wird die Spule noch getränkt, in dem über ein Rohr der Innenraum evakuiert und über das andere das Tränkharz nachgeführt wird. Nach einer bestimmten Stand­ zeit unter Druck wird die Drosselspule entleert und aus­ gebacken.

In den Fig. 5 und 6 ist eine eisenlose Drosselspule mit einer Wicklung aus Hochfrequenzlitze dargestellt. Wieder besteht der Kessel aus amagnetischem Stahl oder bei zu großen Verlusten in den Wandungen aus einem Kunststoff. Der Boden 61 ist mit der Wandung 62 stoff­ schlüssig verbunden. In dem Kessel wird ein Füllkörper 63 aus Hartschaum angeordnet, der eine untere Ausdrehung 64 und Zuführkanäle 65 und eine obere Ausdrehung 66 und Kanäle 67 sowie eine Bohrung 68 besitzt. In den Kreis­ ringspalt zwischem dem Füllkörper 63 und der Wandung 62 wird eine Spule in einem Kreisringbehälter angeordnet, die aus einer bandagierten Wicklung 71 besteht, deren Enden zu elektrischen Anschlüssen führen. Diese bestehen aus Kabelschuhen 72 mit einem Verdrehungsschutz 73 und enthalten eine Gewindebohrung 74. Der kreisringförmige Spulentopf besteht aus dem Boden 75, der Innenwandung 76 und der Außenwandung 77. Der Boden und die Wandungen sind dicht miteinander verbunden und können aus Metall oder aus Kunststoff bestehen. Der Deckel 78 des Kreis­ ringbehälters besitzt zwei Tüllen 79, in denen die elek­ trischen Anschlüsse sich befinden. Der Deckel wird mit der Innen- und Außenwandung verbunden. Innerhalb des Kreisringtopfbehälters stützt sich die Spule 71 über Abstandhalter 80 ab und andererseits der Kreisringtopf­ behälter über Abstandhalter 82 gegenüber dem Boden 61 des Kessels. Der Kreisringtopfbehälter wird mit einem Harz 81, das stark mit Aluminiumoxid vermischt ist, zur Fixierung der Wicklung und zur Wärmeleitung gefüllt.

An der Topfinnenwandung und der Außenwandung des Füll­ körpers sind wieder die bereits erwähnten Wasserführun­ gen aufgebracht, so daß die vorbereitete Spule in dem Kreisringtopfbehälter eingesetzt werden kann. Sie stützt sich über Nocken 82 nach unten ab. Über jede Tülle 79 wird ein Dichtungsring 83 geschoben. Anschließend der Deckel 84. In dem Deckel befinden sich Öffnungen für das Zuleitungsrohr 85 und das Ableitungsrohr 86 für die Kühlflüssigkeit. Anschließend wird der Deckel mit der Außenwandung 62 verbunden. Mittels Formen werden die Durchführungen 87 ausgegossen, wobei durch hier nicht erkennbare Bohrungen in den Tüllen 79 eine Verankerung des Harzes stattfindet. Nach der Fertigmontage wird auch hier wieder ein Tränkungsprozeß durchgeführt.

Claims (9)

1. Gekühlte Drosselspule für Stromrichteranlagen, bei denen die Halbleiterelemente und die Beschaltungswi­ derstände mit Wasser gekühlt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spule (20, 71) in einem Kreisringbehäl­ ter aus amagnetischem Material angeordnet und versiegelt ist, wobei an dem Behälterdeckel (28, 78) stoffschlüssig angebrachte Tüllen (35, 79) zur Durchführung der elektri­ schen Zuleitungen vorgesehen sind.

2. Gekühlte Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule in dem Kreisringbehälter allseitig mittels Abstandshalter (30, 80) abgestützt ist.

3. Gekühlte Drosselspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Spule und Behälterwandung mit einer Vergußmasse ausgefüllt wird (Stützung und Wärmebrücke).

4. Gekühlte Drosselspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergußmasse eine Masse mit guter Wärmeleitfähigkeit (z.B. mit Aluminiumoxid stark ver­ setztes Harz) verwendet wird.

5. Gekühlte Drosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume des Magnetaufbaues mit Ausnahme zur Aufnahme der Spule mit einem Leichtkunststoff, z.B. einem Hartschaum, ausge­ füllt sind, wobei eingearbeitete Wasserkanäle (10, 16, 65, 67) von zwei unterschiedlich langen Rohren (85, 86) zu dem von den Magnetteilen gebildeten Aufnahmeraum des Kreisringbehälters führen.

6. Gekühlte Drosselspule nach einem der vorherge­ henden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zwischenräume zwischen dem Kreisringbehälter und den Magnetteilen Wasserführungen vorgesehen sind, die eine schraubenartige Führung der Kühlflüssigkeit um den Kreisringbehälter erzeugen.

7. Gekühlte Drosselspule nach einem der vorherge­ henden Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserführung aus einem endlosen Band mit Rippen und Lamellen besteht.

8. Gekühlte Drosselspule nach einem der vorherge­ henden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Lamellen der Wasserführungen Bautoleranzen zwischen Spule und Magnetteilen ausgeglichen werden.

9. Gekühlte Drosselspule nach einem der vorherge­ henden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wahl des Rippenabstandes die Strömungsgeschwindig­ keit und damit die Wärmeabfuhr einstellbar ist.