DE922839C - Hochstrom-Transformator - Google Patents

Description

• Hochstrom-Transformator Beim Bau von Hochstrom-Transformatoren, insbesondere für die Speisung von Kontaktumformern, treten folgende Schwierigkeiten auf. Die hohen Ströme verlangen, einen sehr großen Leiterquerschnitt. Bei dem im TransfoTmatorhau herkömmlichen Spulenwicklungen aus Draht müssen viele Spulen kleinen Drahtdurchmessers parallel geischaltet werden, weil zu große Drahtquerschnitte sich wegen ihrer Ste@ifigkeit nicht mehr biegen lassen, um daraus Spulen zu wickeln. Die Parallelschaltung einzelner Spulen ist schwierig und zeitraubend. Wendet man Blechwicklungen an, so ergeben sich bei der üblichen Bauart von Kerntransformatoren und zylindrischen Wicklungen an. den Rändern vermehrte Verluste durch das breitseitige Eindringen des ausbauchenden Streufeldes in die Bleche. Auch die an die Blechwicklung anzuschließenden Stromableitungeln geben Anlaß zu Schwierigkeiten und zusätzlichen. Verlusten. Die, Anschlüsse- der Transformatoren und die VeT-bindungen von Spulengruppen zur Spule sind aber nicht nur technologisch schwer herzustellen, sondern sie sind auch der Sitz von zusätzlichen. Verlusten. Diese Verluste beschränken sich keinesfalls auf die Verbindungen selbst, sondern. ihre starken Felder erzeugen Verluste in benachbarten metallischen Konstruktionsteilen, Diej starken Streufelder von. der Hochstromwicklung und den Ableitungen bewirken ferner unerwünschte induktive, Spannungsabfälle, die sich um so, schwerwiegender auswirken, als die üblichen Spannungen bei hohen Strömen klein sind. Dies hat zur Folge, daß sich Transformatoren mit großer Leistung nicht mehr für die sehr kleinen Spannungen, von ,venigen Volt, wie sie oft erwünscht sind, mit gutem Wirkungsgrad bauen lassen, weil die im Transformator induzierte Spannung bis zu den. Anschlußklemmen sschon wesentlich durch die gesamten Spannungsabfälle aufgezehrt -,verden würde.
• Gegenstand der Erfindung ist ein. Hochstrom-Transformator mit ringförmigem Eisenkern und mit einer aus Rohrleitern gebildeten Hochstromwicklung, bei welchem die genannten Schwierigkeiten dadurch beseitigt sind, daß erfindungsgemäß die Hochs.tromwicklung eine Hülle für den TransfoTmatorkern samt der Primärwicklung bildet und aus ortsfesten, konzentrisch zueinander und gleichachsig zur Kernachse angeordneten zylindrischen Leitern. und die Ringräume zwischen diesen überbrückenden Leiterteilen an den. Stirn.-enden der Rohrleiter besteht, wobei die Anschlüsse der Hochstromwicklung an mindestens einem Stirnende als Rohre konzentrisch zueinander in Richtung der Kernachse weggeführt sind.
• Die Anwendung zylinderförmiger Bauelemente für die Hochstromwicklung von Transformatoiren hat zur Folge, da,ß das Kernfenster kleiner gei halten werden kann, als. bei dem bisher üblichen. Wicklungsaufbau; die Verluste werden geringer. Die magnetischen Kraftlinien, welche die Hochstromwicklung erzeugt, treffen diese nur an den an. sich 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 feldfrei. Die Streuinduktivität der ganzen Anordnung weist daher ein Minimum auf, und Verluste in, umgebenden Bauteilen durch Einwirkung vom, Strenfeldern sind vollkommen vermieden.
• Die Kreisringform für den Transformator und die Hochstromwicklung ergeben einen vollkommen axialsymmetrischen Aufbau, und die, Amperewindungen bis. zu dem, Anschlußstellen, des Transformators sind in jedem Punkt direkt kompensiert.
• In der Zeichnung sind in Fig. i bis 7 schematisch im Längsschnitt Beispiele für die Konstruktions-und die Verwendungsmöglichkeit des Transformators gemäß der Erfindung veranschaulicht unter Weglassung des für das Verständnis der Erfindung entbehrlichen spezifisch mechanischen Aufbaues und der Schaltungseinzelheiten.
• In allen Figuren ist der Eisenkern. des Transformators. mit d bezeichnet, er trägt die Primärwicklung b. Der Transformatorkern ist ein Ringkern, der entweder ein, Stapel von aus Eisenband 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 Stromverbrauchers umschlingt als Hülle den Transformatorkern samt der Primärwicklung. Diese Hülle ist zusammengesetzt aus ortsfesten, konzentrisch zueinander und zur Kernachse an,-geordneten Rohrleitern sowie aus die Ringräume zwischen diesen überbrückenden Leiterteilen an den Stirnenden der Rohrleiter.
• Beim Transformator nach Fig. i ist die Hülle doppelmantelig ausgeführt; sie besteht aus je zwei konzentrischen Rohrleitern cl, c3, die im Innern des Ringkernes d liegen, den zwei konzentrischen Rohrleitern c2, c4, die außerhalb des Ringkernes gleichachsig mit ihm verlaufen, und aus den diese Rohrleiter an ihrem. Stirnenden überbrückenden Leiterteilen dl bis d4. Die Rohrleiter cl bis c4 sind in Serie geschaltet. Die Wicklungsanschlüsse sind konzentrische Rohrleiter el, e2, die in Richtung der Kernachse weggeführt und einerseits an dem äußersten Rohrleiter c4, andererseits an dem dem Transformato,rkern anliegenden inneren. Rohrleiter cl angeordnet sind. Die Rohrleiter können aus. Blech gewickelt sein.
• Um dass Herausführen des, Wicklungsanschlusses von denn innerhalb, des Eisenkernes liegenden Rohrleiter cl aus der Hülle zu ermöglichen, müssen die Überbrückungsleiter d2 am oberen Stirnende der Rohrleiter cl, c2 mit Durchdringungsöffnungen versahen sein, wenn dieser Scheibenform hat. Der gleiche Zweck kann. erreicht werden., wenn der Ringraum zwischen. den. Rohrleitern an dieser Stelle durch speichenartig angeordnete Leiterteile überbrückt wird.
• Für flüssigkeitsisolierte Transformatoren. besteht die Möglichkeit, die Hochstromwicklung oder Teile derselben als Behälter für das öl zu benutzen. Das im Kernfenster innerste Rohr c3 kann dabei als Behälterwand herangezogen. werden, oder es kann das. den Kern umhüllende äußerste Rohr c4, mit einer Bodenplatte versehen, als Behälter dienen.
• Anstatt j e zwei konzentrische Rohrleiter innerhalb und außerhalb. des- Kernes des Transformators gemäß Fig. i in Serie zu schalten, besteht auch die Möglichkeit der Parallelschaltung der Rohrleiter, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, wobei Kreuzungen der innesren und der äußeren. Rohrleiter leicht durchgeführt werden können.
• Transformatoren gemäß der Erfindung sind besonders wertvoll in Anlagen zur Erzeugung von hochamperigem Gleichstrom mit Hilfe eines Kon,-taktumforrn;ers, der mit einer Schaltdrossel mit Ringkern zur Erzeugung stromschwacher Pausen. in der Kontaktdauer kombiniert ist. Beispiele dieser Art zeigen die Fig. ¢ bis 7, wo gleichachsig mit dem Transformatorkern a der ringförmige Kern der Schaltdrossel f vorgesehen ist. Der Drosselkern ist vom Strom der Hochstromwicklung mindestens teilweise durchsetzt. Die den Trans.formatorkern samt der Primärwicklung als Hülle umgebende Sekundärwicklung kann auch hier wieder aus nur je einem Rohrleiter, cl, c4 innerhalb und außerhalb des Trarnsformatorkernes, mit konzentrischen., in der Kernachse weggeführten Anschlüssen e1, e2 bestehen (vgl. Fing. q. bis 6) oder aber doppelmantelig ausgeführt sein (vgl. Fig. 7). Die Hülle des Transformä.tors ist so ausgebildet, daß sie den Kern der Schaltdrossel umschließt, sie setzt sich dann aus den konzentrischen Rohrleitern cl, c4, den Überbrückungsleiterteilen dl, d4 und den konzentrischen Anschlüssen e1, e2 zusammen. Dabei kann diese Hülle so ausgebildet sein, daß sie mindestens die Schaltdra-,sselspule als Doppelmantel umschließt, wie aus Fig. 5 hervorgeht. Die Hülle der Drossel besteht dann aus zwei konzentrischen Rohrleitern e1, ell außerhalb des Drosselkernes und zwei konzentrischen Rohrleitern e2, e22 innerhalb des Kernfensters der Schaltdrossel sowie aus den stirnseitigen Überbrückungsleitern.
• Fig.6 zeigt als weiteres Beispiel die Verwendung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Transformators mit Schaltdrossel für Kontaktumformer mit aufgelöster Graetzschaltung. Der innerhalb des Kernes von Transformator und Schaltdrossel liegende Rohrleiter cl, e2 der aus der Hochstro:mwicklung gebildeten Hülle führt in dem Fall zu dem einen Stromsystem der einen Phase, während eine von diesem Rohrleiter abgezweigte Verbindung zum anderen, Stromsystem der aufgelösten Graetzschaltung führt und der außerhalb des Kernes liegende Rohrleiter e1 der Hülle: am Transformatorsternpunkt liegt.
• Schließlich ist in Fig. 7 ein mit Schaltdrosseln kombinierter Transformator gemäß der Erfindung für den Betrieb eines Kontaktumformers in Gegentaktschaltung dargestellt. Innerhalb der vom der Hochstromwicklung gebildeten Hülle sind hier gleichachsig mit dem Transformatorringkern a die Schaltdrosseln f1, f2 auf beiden: Sti:rnseiten. des Transformatorkernes angebracht. Die die Phase und Gegenphase speisenden Stromleiter der Hochstromwicklung cl, c2 bzw. c3, c4 sind parallel geschaltet; von ihrer Mitteuanzapfung führt der Stromleiter e2o zum Transformatorsternpunkt. Der Transformator gemäß Fig. 7 weist im übrigen. bezüglich der Hülle die gleichen. Bauelemente der Fig. i auf; gleichartige Teile tragen gleiche Bezugzeichen. Die Drosselspulen. f l, f2 können gegebenenfalls auch in der in Fig. 5 dargestellten Weise durch die Hochstromwicklung albseitig umschlossen werden. Die Anordnung der Fig. 7 ist auch ohne Drossel anwendbar.
• In allen Ausführungsbeispielen sind die Kerne der Schaltdrolsselspulen aus. Blechband gewickelt. Dabei können die Ringkerne aus einem Blech von einer der Kernhöhe gleichen Breite, hergestellt oder aufs mehreren axial a.neinanderge@reihten Teilkernen kleiner Höhe zusammengesetzt sein. Die magnetische Charakteristik des Kernmaterials für Transformator und Schaltdrossel ist den Erfordernissen für diese anzupaisseu. Die Transformatorkerne können aus Sili,ciumeisen, die, Schaltdrosselkerne aus Nickeleisen bestehen.
• Transformatoren gemäß der Erfindung können sowohl in Serien- als auch in Parallelschaltung verwendet werden. Es ist ohne Weitereis möglich, einphasige Kombinationen von Transformator und Schaltdrossel für drei- oder mehrphasige Kontaktumformer- zu verwenden. Die: einzelnen Transformatoren können dabei neben- oder übereinander aufgestellt werden. Die Kerne können auch aus ausgestanzten Scheiben oder sonstwie, z. B. als Pulverkerne, hergestellt sein.
• Abweichend von der Anordnung nach. Fig. i können auch die Wicklungsanschlüsse an den in bezug auf den. Transformatorkern äußeren Rohrleitern angeordnet und jeweils ein am Transformatoirkern; anliegender innerer Rohrleiter mit einem der äußeren. Rohrleiter durch Kreuzen der Überbrücku.n:gsleiiter am einen Stirniende verbunden werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Hochstrom-Transformator mit rinigfö:rmigem Eisenkern und mit einer aus Roh.rleitern gebildeten. Hochstromwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochstromwicklung eine Hülle für den Transfoarmatorkern samt der Primärwicklung bi`lde@t und aus ortsfesten., konzentrisch zueinander und. gleicha,ch:sig zur Kernachse angeordneiten. zylindrischien Leitern und diel Ringräume zwischen diesen, überb.rückenden Leiterteilen an den. Stirnenden der Rohrleiter besteht, wobei die, Anschlüsse der Hachstromwicklung an mindestens einem Stirnende als Rohre konzentrisch. zueinander in Richtung der Kernachse weggeführt sind. a. Transformator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle für Transformato,rkern und Primärwicklung doppelmantelig ausgebildet ist, indem je zwei konzentrische Rohrleiter innerhalb und außerhalb deis Ringkernes [email protected], und, durch die Rohrleiter an den Stirnenden überbrückende Leiterteile, in: Serie geschaltet sind, wobei die Wicklungsanschlüsse, einerseits an. dem äußersten. und andererseits an dem dem Transformato,rkern. an.liegmden, inneren. Rohrleiter angeordnet sind. 3. Transformator nach Anispruch. i, dadurch gekennzeichnet, da:ß die Hülle für Transformato,rkern und Primärwicklung dappelmantelig ausgebildet ist, indem je zwei konzein.trische Rohrleiter innerhalb und außerhalb des Ringkernes vorgesehen. und durch die Rohrleiteir an den Stirnenden überbrückende Leiterteile parallel geschaltet sind, wobei die Wicklungsanschlüsse an den in. bezug auf den Transformatorkern. äußeren Rohrleitern. angeordnet sind und jeweiils ein. am Transformatorkern anliegender innerer Rohrleiter mit einem der äußeren Rohrleiter durch Kreuzen der Überhrückun.gsleiter am einen Stirnende verbun:den ist. q.. Transformator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle. für Transformatorkern und Primärwicklung doppelma:ntelig ausgebildet ist, indem je zwei konzentrische Rohrleiter innerhalb und außerhalb des Ringkeirnes vorgesehen. und durch die Rohrleiter an den Stirnenden überbrückende Leiterteile :sowie durch Anwendung von Kreuzungen der innerem, und der äußeren Rohrleiter parallel geschaltet sind. 5. Transformator nach. Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleiter aus Blech gewickelt sind. 6. Transformator nach Anspruch i bis 5 für die Erzeugung von hochamperige@m Gleichstrom in einem Kontaktumformer, der mit einer Schaltdrossel mit Ringkern, zur Erzeugung stromschwacher Pausen in der Kontaktdauer kombiniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichachsig mit dem Transformator liegende Drosselkern vom Strom der Hochstromwicklung des Transformators mindestens teilweise durchsetzt isst. 7. Transformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dafi die Hülle des Transformators den Ringkern der Schaltdrossel umschließt. B. Transformator nach Anspruch i und 7, dadurch gekennzeichnet, daß. mindestens die Hülle der Schaltdrossel' doppelwandig ist und aus. je zwei innerhalb bzw. außerhalb, des Drosselkernes liegenden Rohrleitern beisteht, die durch Leiterteile an ihren Stirnseiten in Serie, geschaltet sind. g. Transformator nach Anspruch i bis 8 für Kontaktumformer mit aufgelöster Graetzschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb der Ringkerne von Transformator und Schaltdrossel liegende Rohrlei.ter der Hülle, zu dem einen Stromsystem der einem, Phase und eine von diesem Rohrleiter abgezweigte Verbi.ndung zum anderem Stromsystem der aufgelöstem, Graetz.schaltung geführt ist, während der außerhalb der Kerne liegende Rohrleiter der Hülle am Transfortnatorsternpunkt liegt. io. Transformator nach Anspruch. i und 6 bis 8 für Kontaktumformer mit Gegentaktschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der von der Hochstromwicklung gebildeten Hülle auf beiden Stirnseiten des Transformatorkearnes Schaltdrosselspulen gleichachsig mit dem Transformator vorgesehen sind, wobei die die Phase und Gegenphase speisenden Stromleiter der Hochstromwicklungparallel geschaltet und mit einer Anzapfung an den Transformatorsternpunkt geführt sind. ii. Transformator nach Anspruch z bis io, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringräume zwischen konzentrischen Rohrleitern durch scheibenförmige Leiterteile überbrückt sind. 12. Transformator nach Anspruch i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringräume zwischen, konzentrischen Rohrleitern durch speichenförmige Leiterteile überbrückt sind. 13. Transformator nach Anspruch i bis io, dadurch 'gekennzeichnet, daß zum Herausführen, des Wicklungsanschlusses von einem Rohrleiter innerhalb der Kerne aus der Hülle in den die Rohrleiter verbindenden Leiterteilen Durchdringungsöffnungen vorgesehen sind. 1q.. Transformator nach Anspruch i bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die, Kerne der Schaltdrosseln und des Transformatorkernes aus. Band gewickelt sind. 15. Transformator nach Anspruch 1q., dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelkerne aus axial aneinandergereihten Teilkernen zusammengesetzt sind. 16. Transformator nach Anspruch i bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatorkerne aus Blech gestanzt und geschichtet sind. 17. Transformator, nach Anspruch i bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens Teile der die Hülle bildenden Hochstromwicklung als Behälter zur Aufnahme eines Kühlmediums herangezogen sind.