Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftdrossel für
Thyristor-Gleichstromanlagen, insbesondere Gleichstroman triebe, aus Doppelspulen, die aus Einzelspulen mit je einem einzigen in einer Ebene spiralförmig gewickelten Leiter recht eckigen Querschnitts zusammengesetzt sind und aus zwi schen den Doppel- und Einzelspulen angeordneten Abstands haltern, mit Fremdkühlung.
Für mittels Thyristoren gesteuerte Gleichstromantriebe mittlerer und grösserer Leistung werden im allgemeinen Luft drosseln verwendet. die elektrisch durch die Strombelastbar keit und die Induktivität charakterisiert sind. Die Strombelast barkeit ist durch den Effektivwert des Stromes der Ma schine und die Schaltung des Stromrichters gegeben. Die op timale Drosselinduktivität ist von mehreren variablen Para metern abhängig und wurde bisher für jeden Anwendungs fall eigens berechnet und danach die konstruktive Ausfüh rung der Drosseln festgelegt. Für den Aufbau von Luftdros seln wurde bisher die Konstruktion der Hochspannungsdros seln übernommen. Bei Luftdrosseln für Gleichstromantriebe führt dieser Aufbau jedoch zu einer relativ geringen Material ausnutzung und zu einem unnötig grossen Raumbedarf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstel lung von Luftdrosseln zu vereinfachen und das Volumen, das
Gewicht und den Preis zu verringern. Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Luftdrossel aus
Grundausführungen der zu den Doppelspulen vereinigten Ein zelspulen, die im Durchmesser abgestuft und/oder im Quer schnitt und/oder Material des Leiters unterschiedlich sind, aus den Abstandshaltern und aus als Ummantelung dienen den Abdichtungselementen nach dem Baukastenprinzip der art zusammengesetzt ist, dass das Kühlmittel nur die durch die Abstandshalter gebildeten Zwischenräume zwischen den
Einzelspulen radial durchströmt.
Die einzelnen Windungen der Einheitsspulen sind beispielsweise durch ein Glimmerband gegeneinander isoliert.
Vorteilhafterweise sind die Wicklungsenden der Einheitsspulen um 45" gegeneinander versetzt angeordnet. Die innenliegenden Enden der beiden eine Doppelspule bildenden Einheitsspulen sind zweckmässig mittels eines vorgefertigten Verbindungsstückes derart miteinander verbunden, dass der
Wickelsinn der beiden Einheitsspulen gegenläufig ist und die aussenliegenden Enden um 1800 gegeneinander versetzt oder im wesentlichen an der gleichen Stelle des Spulenumfangs angeordnet sind. Zur Anpassung an die geforderte Strombelastbarkeit ist z. B. das Leitermaterial für die Einheitsspulen wahlweise Kupfer oder Aluminium. Die zu einer Drosselspule zusammengesetzten Doppelspulen sind mit Vorteil durch Druckringe und Bolzen zusammengehalten.
Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der für den Aufbau von Luftdrosseln verwendeten Einheitsspulen
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Luftdrossel
Fig. 3 eine aus zwei Drosselspulen zusammengesetzte Baueinheit.
Für den Aufbau der Luftdrosseln werden die in Fig. 1 schematisch dargestellten Einheitsspulen 1 verwendet, die aus einem in einer Ebene spiralförmig aufgewickelten Leiter 2 hergestellt sind. Der Leiter hat zweckmässigerweise rechteckigen Querschnitt und wird vorteilhafter Weise zur Verbesserung der Wärmeabfuhr so gewickelt, dass die Schmalseiten des Querschnittes aneinander liegen. Zur Isolation der einzelnen Windungen voneinander reicht es beispielsweise aus, zwischen den einzelnen Windungen ein Glimmerband anzuordnen, da die Spannung zwischen den einzelnen Windungen weniger als 30 V beträgt. Für die Herstellung der Einheitsspule kann natürlich auch ein mit einer Lackschicht versehener Leiter verwendet oder die fertig gewickelte Einheitsspule kann nachträglich beispielsweise elektrophoretisch mit einer Isolierschicht beschichtet werden.
Bei Verwendung von Aluminium als Leitermaterial kann die Isolierschicht durch Eloxieren hergestellt sein. Damit stets die aussenliegenden Wicklungsenden 4 der Luftdrossel für den Anschluss zur Verfügung stehen, werden jeweils zwei Einheitsspulen zu einer Drosselspule verbunden. Das innenliegende Wicklungsende 3 ist gegenüber dem aussenliegenden Wicklungsende 4 jeder Einheitsspule um 45" versetzt. Dadurch lassen sich Doppelspulen herstellen, bei denen die aussenliegenden Wicklungsenden 4 einer Doppelspule gegeneinander um 180 versetzt sind (Ausführung A in Fig. 1) oder im wesentlichen an der gleichen Stelle des Umfanges der Doppelspule angeordnet sind (Ausführung B in Fig. 1).
Die Ausführung A ergibt sich beispielsweise dadurch, dass die oberhalb der gestrichelten Horizontallinie dargestellten Einheitsspulen auf die unter der Horizontallinie dargestellten Einheitsspulen gelegt und die innen liegenden Wicklungsenden 3 durch ein Verbindungsstück 5 verbunden werden. In analoger Weise ergibt sich die Ausführung B, wenn die links von der vertikalen Linie dargestellten Einheitsspulen auf die Einheitsspulen auf der rechten Seite gelegt und die Wickelenden 3 durch das Verbindungsstück 5 verbunden werden. Da stets zwei gleichartige Einheitsspulen zu einer Doppelspule zusammengebaut werden, können zur Verbindung der innenliegenden Wicklungsenden 3 vorgefertigte Verbindungsstücke 5 verwendet werden. Durch die Ausführungen A und B wird eine Parallelschaltung, eine Reihenschaitung bzw. eine Reihenparallelschaltung der Doppelspulen erleichtert.
Die Einheitsspulen werden mit unterschiedlichem Durchmesser, mit unterschiedlichem Leiterquerschnitt und aus verschiedenem Leitermaterial hergestellt. Durch die Kombinationsmöglichkeiten, die sich hieraus für jede Einheitsspule ergeben, ist zur Herstellung einer Luftdrossel nur eine begrenzte Anzahl von Einheitsspulen notwendig, damit die Ströme und die Induktivitäten auf verhältnismässig breiter Basis abgestuft werden können. Zur Abstufung der Ströme können Einheitsspulen mit unterschiedlichem Querschnitt eines Leiters aus Kupfer oder Aluminium vorgesehen sein und die Doppelspulen auf unterschiedliche Weise serienparallel geschaltet werden. Zur Abstufung der Induktivität sind Einheitsspulen mit unterschiedlicher Windungszahl und unterschiedlichem mittleren Spulendurchmesser vorgesehen. Die Drosselspulen werden beispielsweise aus 1, 2 oder 4 Doppelspulen hergestellt.
Durch Parallelschaltung lässt sich eine Abstufung der Ströme im Verhältnis 1 :2 :4 erzielen. Durch zwei Einheitsspulen, die sich im Leiterquerschnitt unterscheiden, wird z. B. eine Strombelastbarkeit der Drosselspule im Verhältnis 1 :4 ermöglicht. Auf den Grundstrom bezogen, ergibt dies eine Abstufung im Verhältnis 4 : 6 :16. Durch die Verwendung von Kupfer und Aluminium ist eine weitere Abstufungsmöglichkeit im Verhältnis von etwa 1: 0,8 gegeben.
Mit Einheitsspulen in beispielsweise zwei Grössen, deren mittlere Durchmesser z. B. im Verhältnis 1 :2 zueinander stehen, und durch Anwendung einer Reihenschaltung, einer Parallelschaltung oder einer Reihenparallelschaltung der Doppelspulen lässt sich die Induktivität abstufen. Vorteilhafterweise haben mit verschiedenen Leiterquerschnitten gewickelte Einheitsspulen dieselbe Spulenbreite. Eine erhebliche Erhöhung der Belastbarkeit der Drosselspulen lässt sich durch die Verwendung entsprechender Isolierstoffe und durch Fremdbelüftung der Drosselspulen erzielen. Die Fremdbelüftung führt wegen der erhöhten Wärmeabfuhr zu einer erheblichen Verminderung der Grösse und damit auch des Gewichtes der Drosseln.
Fig. 2 zeigt eine aus Einheitsspulen 1 zusammengesetzte Drosselspule. Zwischen je zwei eine Doppelspule bildenden Einheitsspulen 1, die im Ausführungsbeispiel aus je 14 Windungen bestehen, ist ein Abstandshalter 6 aus isolierendem Material angeordnet. In gleicher Weise sind je zwei benachbarte Drosselspulen durch Abstandshalter 7 gegeneinander isoliert und in ihrer radialen Lage gehalten. Die Abstandshalter 6 und 7, die vorzugsweise aus elastischem und auch für Temperaturen über 100 "C geeignetem Kunststoff bestehen, sind so gestaltet und angeordnet, dass sie zusammen mit den Einheitsspulen Kanäle 16 bilden, durch die Kühlluft hindurchströmen kann. Die über die Einheitsspulen herausragenden Enden der Abstandshalter 7 können mit Bohrungen versehen sein, in denen Halte- oder Spannbolzen 8 angeordnet sind.
In Fig. 3 sind beispielsweise zwei Drosselspulen 9 in der in Fig. 2 dargestellten Ausführung zu einer Baueinheit zusammengefasst, die mit einem Lüfter 10 ausgestattet ist. Zwischen den Drosselspulen 9 und zwischen diesen und den die Baueinheit zusammenhaltenden Spannkreuzen 13 sind weitere Abstandshalter 11 bzw. 12 angeordnet. Am Aussenumfang der Baueinheit ist eine Abdichtung 14 derart angeordnet, dass die Kühlluft nur die Zwischenräume zwischen den Einheits- bzw. Doppelspulen der Drosselspulen 9 hindurchströmen kann. Vorteilhafterweise drückt der Lüfter die Kühlluft in den Innenraum der Spulen, so dass die Kühlluft durch die von den Einheitsspulen und den Abstandshaltern gebildeten Kühlkanäle 16 nach aussen entweicht. Durch diese Führung der Kühlluft wird eine gleichmässigere Verteilung erzielt.
Die Höhe der Abstandshalter 7 und 11 in Richtung der Spulenachse ist von dem gewünschten Grad der Gegenkopplung zwischen den jeweils benachbarten Spulen abhängig.
Das untere Spannkreuz ist beispielsweise mit einer Fussplatte 15 zur Aufstellung der Baueinheit versehen. Die Baueinheit kann jedoch auch mit einem Fahrgestell ausgestattet sein.
Die Drosseln können nicht nur für Gleichstromantriebe, sondern auch für Thyristor-Wechselstromantriebe, wie z. B.
synchrone Kaskaden und Stromrichtermotoren, und in Verbindung mit Wechselrichtern verwendet werden.
The present invention relates to an air throttle for
Thyristor DC systems, in particular DC drives, from double coils, which are composed of individual coils each with a single spiral wound conductor in a plane of rectangular cross-section and from tween the double and single coils arranged spacers, with external cooling.
Air throttles are generally used for medium and large power DC drives controlled by means of thyristors. which are electrically characterized by the current carrying capacity and the inductance. The current loading capacity is given by the rms value of the current of the machine and the circuit of the converter. The optimal choke inductance is dependent on several variable parameters and was previously calculated separately for each application and then the design of the chokes was determined. For the construction of air chokes, the construction of the high-voltage chokes was previously adopted. In the case of air throttles for DC drives, however, this structure leads to a relatively low level of material utilization and an unnecessarily large space requirement.
The invention is based on the object to simplify the produc- tion of air throttles and the volume that
Reduce weight and price. According to the invention, this object is achieved in that the air throttle from
Basic versions of the single coils combined to form the double coils, which are graduated in diameter and / or in cross-section and / or material of the conductor are different, from the spacers and from the sheathing serve the sealing elements according to the modular principle of the type that the coolant is only the spaces formed by the spacers between the
Radial flow through individual coils.
The individual turns of the unit coils are isolated from one another, for example by a mica tape.
The winding ends of the unit coils are advantageously arranged offset from one another by 45 ". The inner ends of the two unit coils forming a double coil are expediently connected to one another by means of a prefabricated connecting piece in such a way that the
The direction of winding of the two unit coils is opposite and the outer ends are offset from one another by 1800 or are arranged essentially at the same point on the coil circumference. To adapt to the required current carrying capacity is z. B. the conductor material for the unit coils either copper or aluminum. The double coils combined to form a choke coil are advantageously held together by pressure rings and bolts.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments shown in the drawings. Show it:
Fig. 1 is a schematic representation of the unit coils used for the construction of air chokes
2 shows a cross section through an air throttle
3 shows a structural unit composed of two choke coils.
For the construction of the air chokes, the unit coils 1 shown schematically in FIG. 1 are used, which are made from a conductor 2 wound spirally in one plane. The conductor expediently has a rectangular cross section and is advantageously wound in order to improve the dissipation of heat so that the narrow sides of the cross section lie against one another. To isolate the individual turns from one another, it is sufficient, for example, to arrange a mica strip between the individual turns, since the voltage between the individual turns is less than 30 V. A conductor provided with a lacquer layer can of course also be used for the production of the standard coil, or the finished wound standard coil can subsequently be coated with an insulating layer, for example electrophoretically.
If aluminum is used as the conductor material, the insulating layer can be produced by anodizing. So that the outer winding ends 4 of the air choke are always available for the connection, two unit coils are connected to form a choke coil. The inner winding end 3 is offset by 45 "from the outer winding end 4 of each unit coil. This enables double coils to be produced in which the outer winding ends 4 of a double coil are offset from one another by 180 (embodiment A in FIG. 1) or essentially at the same Place of the circumference of the double coil are arranged (version B in Fig. 1).
The embodiment A results, for example, from the fact that the unit coils shown above the dashed horizontal line are placed on the unit coils shown below the horizontal line and the inner winding ends 3 are connected by a connecting piece 5. In an analogous manner, embodiment B results when the unit coils shown on the left of the vertical line are placed on the unit coils on the right and the winding ends 3 are connected by the connecting piece 5. Since two identical unit coils are always assembled to form a double coil, prefabricated connecting pieces 5 can be used to connect the inner winding ends 3. A parallel connection, a series connection or a series parallel connection of the double coils is facilitated by the versions A and B.
The standard coils are manufactured with different diameters, with different conductor cross-sections and from different conductor materials. Due to the possible combinations that result from this for each unit coil, only a limited number of unit coils is necessary to produce an air choke, so that the currents and the inductances can be graded on a relatively broad basis. In order to graduate the currents, unit coils with different cross-sections of a conductor made of copper or aluminum can be provided and the double coils can be connected in parallel in series in different ways. Standard coils with different numbers of turns and different mean coil diameters are provided to graduate the inductance. The choke coils are made from 1, 2 or 4 double coils, for example.
By connecting in parallel, the currents can be graded in a ratio of 1: 2: 4. With two standard coils, which differ in conductor cross-section, z. B. enables a current rating of the inductor in a ratio of 1: 4. In relation to the basic current, this results in a gradation in the ratio 4: 6: 16. The use of copper and aluminum provides a further option in the ratio of about 1: 0.8.
With standard bobbins in two sizes, for example, the mean diameter of which is e.g. B. in the ratio 1: 2 to each other, and by using a series connection, a parallel connection or a series parallel connection of the double coils, the inductance can be graded. Unit coils wound with different conductor cross-sections advantageously have the same coil width. A considerable increase in the load capacity of the choke coils can be achieved by using appropriate insulating materials and by external ventilation of the choke coils. Due to the increased heat dissipation, external ventilation leads to a considerable reduction in the size and thus also the weight of the throttles.
FIG. 2 shows a choke coil composed of unit coils 1. A spacer 6 made of insulating material is arranged between every two unit coils 1 which form a double coil and which in the exemplary embodiment each consist of 14 turns. In the same way, two adjacent choke coils are insulated from one another by spacers 7 and held in their radial position. The spacers 6 and 7, which are preferably made of elastic plastic which is also suitable for temperatures above 100 ° C., are designed and arranged in such a way that, together with the unit coils, they form channels 16 through which cooling air can flow. The ends protruding over the unit coils the spacer 7 can be provided with bores in which retaining or clamping bolts 8 are arranged.
In FIG. 3, for example, two choke coils 9 in the embodiment shown in FIG. 2 are combined to form a structural unit which is equipped with a fan 10. Further spacers 11 and 12 are arranged between the choke coils 9 and between these and the clamping crosses 13 that hold the structural unit together. A seal 14 is arranged on the outer circumference of the structural unit in such a way that the cooling air can only flow through the spaces between the unit or double coils of the choke coils 9. The fan advantageously presses the cooling air into the interior of the coils so that the cooling air escapes to the outside through the cooling channels 16 formed by the unit coils and the spacers. This guidance of the cooling air results in a more even distribution.
The height of the spacers 7 and 11 in the direction of the coil axis is dependent on the desired degree of negative coupling between the respective adjacent coils.
The lower clamping cross is provided, for example, with a footplate 15 for setting up the structural unit. However, the unit can also be equipped with a chassis.
The chokes can be used not only for DC drives, but also for thyristor AC drives, such as. B.
synchronous cascades and converter motors, and can be used in conjunction with inverters.