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Oberwellenfreier Kernrahmen für Drehstromtransformatoren Gegenstand
der Erfindung ist ein oberwellenfreier Eisenkern für Drehstromtransformatoren, Drosseln
u. dgl., der aus einzelnen Teilrahmen zu einem sog. Rahmenkern zusammengebaut ist.
Es ist bekannt, daß das Erregernetz von der Lieferung gewisser Oberwellen des Magnetisierungsstromes,
beispielsweise der fünften, siebten usw., entlastet werden kann, wenn zwei Transformatoren
mit gleichen dreischenkligen Eisenkernen und bei gleicher Induktion parallel geschaltet
werden, wovon der eine die Erregerwicklung in Dreieck, der andere in Sternschaltung
erhält. Des weiteren ist es bekannt, daß eine Erregerwicklung in symmetrischer Zickzackschaltung
hinsichtlich der Aufnahme der Magnetisierungsströme wie eine solche in Dreieckschaltung
arbeitet. Da ferner immer bezüglich der Magnetisierungsströme die elektrische Parallelschaltung
von Erregerwicklungen gleichwertig ist der magnetischen Parallelschaltung von Kernteilen,
ist es Aufgabe der Erfindung, aus der Vereinigung eines Rahmenkerns in magnetischer
Zickzackschaltung mit einem Kern in normaler Sternschaltung der Schenkel einen Kern
zu schaffen, der hinsichtlich seiner magnetoelektrischen Eigenschaften so ausgelegt
ist, daß er von der Aufnahme der fünften, siebten usw. Oberwellen des Magnetisierungsstromes
frei ist, und zwar in gleicher Weise, wie es für den Kern in der kombinierten Form
der magnetischen Stern-Dreieckschaltung oder für die Parallelschaltung von in Stern
und Dreieck geschalteten Erregerwicklungen auch der Fall ist.
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Dieses Ziel wird bei einem in seinen Fenstern zwei Zweischenkelkernrahmen
einschließenden und außen von einem zweischenkligen Kernrahmen umgebenden Dreischenkelkern
gemäß der Erfindung dann erreicht,
wenn bei der Auslegung des Kerns
folgende Bedingungen beachtet werden: i. Der magnetische Widerstand R1 der beiden
in den Kernfenstern des dreischenkligen Kerns eingesetzten zweischenkligen Kernrahmen
muß gleich dem magnetischen Widerstand R, des den Dreischenkelkern außen umgebenden
zweischenkligen Außenkernrahmens sein (Bedingung R1 = R2).
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2. Der magnetische Widerstand RS des mittleren Schenkels des dreischenkligen
Kernrahmens muß gleichgemacht werden dem magnetischen Widerstand R4 der dem Mittelschenkel
benachbarten Joche und der daran anschließenden Außenschenkel des Dreischenkelkerns
(Bedingung R4 = R5).
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3. Das Dreifache des letztgenannten Kernwiderstandes R4 muß gleich
sein dem magnetischen Widerstand R1 der in den Kernfenstern des dreischenkligen
Rahmens untergebrachten zweischenkligen Kernrahmen (Bedingung R1 = 3 - R4).
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Bei Kernen der angegebenen Art verschwinden aus dem Magnetisierungsstrom
einer jeden Phase sämtliche Oberwellen, deren Ordnungszahl k die Bedingung cos
befriedigt.
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Es ist dies immer der Fall für k = i2n ± 5 mit n = o, 1, 2,
3... Damit werden also die Oberwellen der Ordnungszahl 5, 7,i7, ig usw. unterdrückt,
und außerdem werden die Systeme der Felder in sämtlichen Kernteilen sowie das System
der aufgenommenen Magnetisierungsströme symmetrisch. . Bei der Erfüllung der erfindungsgemäßen
Bedingung für die Oberwellenfreiheit ist, wenn man gleiche Induktionsverteilung
in sämtlichen Kernteilen verlangt, noch folgende Bemessungsvorschrift für den Kern
zu beachten: i. Das Verhältnis zwischen der Permeabilität y1 des Bleches im zweischenkligen
Innenrahmen und der Permeabilität M2 des Bleches im zweischenkligen Außenrahmen
muß gleich gewählt werden dem Verhältnis der zugehörigen mittleren Eisenweglängen.
2. Das Verhältnis der Permeabilität @ul zwischen dem inneren Rahmen und der Permeäbilität
,u4 des Bleches der beiden Joche und des außenliegenden Schenkels des dreischenkligen
Kerns muß gleich sein dem fachen Verhältnis der mittleren Eisenweglänge in den
entsprechenden magnetischen Kreisen.
3. Das Verhältnis der Permeabilität ,u4 in den beiden Jochen und anschließenden
Außenschenkeln des Dreischenkelkerns und der Permeabilität p, des Mittelschenkels
des Dreischenkelkerns muß gleich dem Verhältnis der mittleren Eisenweglängen in
den entsprechenden magnetischen Kreisen sein.
Ferner müssen noch folgende Querschnittsbemessungen der einzelnen Kernteile eingehalten
werden Der Querschnitt Q1 in dem zweischenkligen Innenkernrahmen muß gleich dem
Querschnitt Q2 des äußeren Zweischenkelrahmens sein (Q1 = Q2). Weiter müssen
die Querschnitte Q4 sämtlicher Joche und sämtlicher Schenkel Q5 des Dreischenkelkerns
untereinander gleich sein, und schließlich muß der Querschnitt Q4 des Dreischenkelrahmens
gleich dem )/3fachen des Querschnitts in den übrigen zweischenkligen Kernteilen
sein.
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. Die Oberwellenfreiheit kann also gemäß der Erfindung praktisch auf
zwei verschiedenen Wegen herbeigeführt werden, nämlich durch Verwendung von Blechsorten
mit entsprechend verschiedenen Permeabilitäten oder durch Verwendung ein und derselben
Blechsorte für sämtliche Kernteile. Hierbei müssen dann allerdings, z. B. wenn die
entsprechenden Blechsorten nicht zur Verfügung stehen, zur Erzwingung der Gleichheit
der nach der Erfindung geforderten magnetischen Widerstände einige Kernteile mit
entsprechend bemessenen Luftspalten versehen werden. Da aber die Permeabilität des
Eisenkerns selbst bei höheren Induktionswerten erheblich größer ist als die der
Luft, fallen diese Luftspalte sehr klein aus und erhöhen den gesamten Magnetisierungsbedarf
des Kerns vor allem bei größeren Kernen kaum.
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An Hand der Zeichnung, die einen gemäß der Erfindung ausgeführten
Rahmenkern für einen Drehstromtrarisformator zeigt, soll die Erfindung näher erläutert
werden.
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Mit i sind die zwei zweischenkligen inneren Kernrahmen und mit 2 ein
zweischenkliger, diese beiden Rahmen mit Abstand außen umschließenden Kernrahmen
bezeichnet. Diese Kernanordnung stellt eine magnetische Zickzackschaltung dar. In
dem Raum zwischen Außenrahmen 2 und Innenrahmen i ist ein in Sternschaltung arbeitender
Dreischenkellcern 3 angeordnet. Damit stellt die ganze Kernanordnung eine Vereinigung
der magnetischen Zickzack- und magnetischen Sternschaltung dar. Der magnetische
Widerstand der in den Kernfenstern des Dreischenkelrahmens eingesetzten beiden inneren
Rahmen i ist mit R1 und der des äußeren Zweischenkelrahmens 2 mit R2 angegeben.
Der magnetische Widerstand des Mittelschenkels des Dreischenkelkerns ist mit R6
angedeutet, und der magnetische Widerstand der daran anschließenden Joche und der
damit verbundenen Außenschenkel mit RV 1U1 ,u1 -,u5 sind die Permeabilitäten der
Blechsorten der zugehörigen Kernteile. Mit Q, bis Q5 sind die aktiven Kernquerschnitte
der entsprechenden magnetischen Kerne angedeutet und mit h bis 1s die mittleren
Eisenweglängen der magnetischen Pfade in diesen Kernteilen.