DE19854902A1

DE19854902A1 - Transformator mit von einer Gleichstromkomponente beaufschlagten Wicklung

Info

Publication number: DE19854902A1
Application number: DE1998154902
Authority: DE
Inventors: Friedrich Alber; Bernd Hofmann; Winfried Jungnitz; Wolfgang Sahm; Kurt Schmierer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-02-17

Abstract

In durch eine Gleichstromkomponente beaufschlagten Transformatoren wird der Eisenkern (1) in die Sättigung geführt. Daraus folgende Verlusterhöhungen werden erfindungsgemäß durch Querteilung eines Teils der Kernschenkelbleche (2) minimiert, wobei durch die nichtgeteilten durchgehenden Kernschenkelbleche (2) die erforderliche Festigkeit des Kernschenkels (4) gewährleistet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator, insbesondere Giessharztransformator, mit einer von einer Gleichstromkom ponente beaufschlagten Wicklung und mit einem aus Blechlamel len geschichteten Eisenkern.

Werden Transformatoren beispielsweise in Frequenzumrichter anlagen eingesetzt, so können sie durch Gleichstromkomponen ten beaufschlagt werden, die 0,5 bis 1% des Nennstromes er reichen. Dadurch wird der Eisenkern in die Sättigung geführt, in deren Folge ein erheblicher Verlustanstieg und eine Über hitzung von Eisenteilen im Kernbereich auftreten. Zur Minde rung dieser Nachteile ist es bekannt, den Eisenkern in einen oberen und einen unteren Teil mit einem dazwischen liegenden durchgehenden Luftspalt zu teilen.

Diese Maßnahme erfordert aber erhebliche mechanische Vorkeh rungen, weil die auftretenden Magnetkräfte die sich gegen überliegenden Eisenkernteile aufeinanderzuziehen versuchen und weil sich die Enden der Blechlamellen auffächern. Beides muß durch aufwendige Abhilfemaßnahmen verhindert werden. Da bei muß außerdem gewährleistet sein, daß weder einzelne Blechlamellen noch die Kernteile als Ganzes Raum zum Schwin gen haben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen Transformator eine Anordnung zu schaffen, mit der einerseits eine Sättigung des Eisenkernes durch eine Gleichstromkompo nente in einer Wicklung und andererseits der erhebliche Auf wand zur mechanischen Sicherung eines durch einen Luftspalt quergeteilten Eisenkerns vermeidbar ist.

Diese Aufgabe wird für einen Transformator der eingangs ge nannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in seinem Ei senkern 30% bis 70% der Blechlamellen in ihrem innerhalb einer Wicklung liegenden Kernschenkel durch Querteilung einen Luftspalt bilden.

Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorge sehen, daß etwa 50% der Blechlamellen in ihrem innerhalb der Wicklung liegenden Kernschenkel einen Luftspalt bilden, in dem abwechselnd durchgehende und durch Querteilung einen Luftspalt bildenden Doppellagen von Blechlamellen aufeinan derliegen, wobei der Luftspalt in Richtung der Längsachse des Kernschenkels gemessen etwa 2 mm stark ist, oder daß die Querteilung der Blechlamellen schräg erfolgt und daß der Luftspalt gegen die Kernschenkellängsachse abwechselnd im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt ist.

Gemäß zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung bestehen kernschenkelparallele Zuganker oder Zugdeckplatten aus nicht magnetischem Werkstoff, umfassen erforderliche Kernbandagen außerhalb des Bereichs des Luftspaltes den Kernschenkel, und/ oder ist die Nenninduktion im Kernschenkel in Abhängigkeit von der Frequenz einer an der Wicklung anliegenden Wechsels pannung um so niedriger, je kleiner diese Frequenz ist. Dabei ist die Nenninduktion im Kernschenkel im Bereich außerhalb des Luftspaltes ≦ 1 Tesla.

Nach weiteren Ausgestaltungen der Erfindung weist der Kern schenkel im Bereich der Luftspalte eine thermisch festere Lackierung auf als in anderen Bereichen und sind die Blech lamellen durch sie quer zur Schichtebene durchsetzende Iso lierstoffbolzen gegen Verschiebungen gesichert.

Erfindungsgemäß ausgeführte und gestaltete Transformatoren sind sehr vorteilhaft, weil in ihrem Eisenkern auch beim Auf treten von Gleichkomponenten in einer Wicklung eine Sättigung beispielsweise bei einem Gleichstrom von bis zu 1% I_N nicht auftritt und weil außerdem über die üblichen Spanneinrichtun gen des Eisenkernes hinausgehende Vorkehrungen zur Gewährlei tung der mechanischen Festigkeit der Anordnung nicht erfor derlich sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 Kern und Wicklungen eines Transformators und

Fig. 2 eine Einzelheit bei II in größerem Maßstab und als Schnitt X-X.

Ein Transformator beispielsweise zum Einsatz in einer Fre quenzumrichteranlage hat einen dreischenkligen Eisenkern 1. Der Eisenkern 1 ist aus einer Vielzahl von Blechlamellen 2 aus Transformatorblech geschichtet und trägt auf jedem der durch Joche 3 verbundenen Kernschenkel 4 einen Wicklungssatz 5 aus mindestens je einer Wicklung für die Unterspannung und für die Oberspannung. Der Wicklungssatz 5 auf dem in der Fig. 1 rechten Kernschenkel 4 ist im Halbschnitt dargestellt, um die Ansicht auf eine Einzelheit II freizugeben.

Auf den äußeren Lagen der Blechlamellen 2 der Kernschenkel 4 liegen nicht dargestellte Zuganker oder Zugdeckplatten aus nichtmagnetischem Werkstoff. Die Zuganker bzw. die Zugdeck platten werden durch ebenfalls nicht dargestellte Kernbanda gen so fest auf den Kernschenkel 4 gepreßt, daß jede Blechla melle 2 schon durch die Reibkraft an ihren jeweils benachbar ten Blechlamellen 2 fixiert ist. Zusätzlich sind jedoch alle Abschnitte des Eisenkernes 1 in nicht dargestellter Art und Weise von Isolierstoffbolzen durchsetzt, die schon während der Schichtung und der Montage des Eisenkernes 1 die Blechla mellen 2 gegen Verschiebungen sichern.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind ein Teil der Blechlamellen 2 wie im Transformatorenbau üblich einstückig, d. h., sie erstrecken sich durchgehend vom unteren bis zum oberen Joch 3. Der andere Teil der Blechlamellen 2 ist jedoch geteilt und bildet so Luftspalte 6, die eine deutliche Erhö hung der Induktion in dem den Luftspalten 6 benachbarten Be reichen der durchgehenden Blechlamellen 2 erzwingen. Bei in Doppellagen von 0,35 mm starken Blechlamellen 2 beschichteten Kernschenkel 4 hat sich erfindungsgemäß eine Spaltlänge von 2 mm gemessen in Richtung der Kernschenkellängsachse als zweck mäßig erwiesen. Die Induktion in jeweils zwei aufeinanderlie genden durchgehenden Blechlamellen 2 ist hierbei im Bereich neben den Luftspalten 6 verdoppelt, wenn auf beiden Seiten der durchgehenden Blechlamellen 2 je zwei Blechlamellen 2 quergeteilt sind und einen Luftspalt 6 bilden.

Dadurch wird der den Luftspalt 6 benachbarte Abschnitt des Kernschenkels 4 stärker aufgeheizt als der übrige Eisenkern 1. Zur sicheren Vermeidung von Korrosion an den Blechlamellen 2 ist daher der jeweils Luftspalten 6 benachbarte Bereich mit einer thermisch festeren Lackierung versehen, als der übrige Eisenkern 1.

Durch die Luftspalte 6 wird verhindert, daß der Eisenkern 1 aus den Jochen 3 und den Kernschenkeln 4 durch eine auftre tende Gleichstromkomponente insgesamt in eine induktive Sät tigung geführt wird. Dadurch werden auch die Folgen der Sät tigung vermieden, die vor allem in einem erheblichen Verlust anstieg und einer kräftigen Überhitzung von Eisenteilen im Kernbereich bestehen. Gleichzeitig wird aber durch die stüt zende Wirkung der zwischen benachbarten Luftspalten 6 durch gehenden Blechlamellen 2 die erforderliche Festigkeit des Kernschenkels 4 gewährleistet.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die quergeteilten Blechlamellen 2 rechtwinklig zur Kernschenkelachse geteilt, so daß auch die Luftspalte 6 rechtwinklig zur Kernschenkel achse liegen. Dies führt bei gleich viel durchgehenden und geteilten Blechlamellen 2 in einem Kernschenkel 4 zu einer sicher ausreichenden Festigkeit. Werden jedoch deutlich mehr als die Hälfte der Blechlamellen 2 geteilt, so ist es zweck mäßig deren Querteilung und damit die gebildeten Luftspalte 6 unter einen spitzen Winkel zur Kernschenkellängsachse zu le gen. Um auch dabei die mechanische Festigkeit und Steifig keit für den Kernschenkel 4 weiter zu erhöhen, sind die Luft spalte 6 abwechselnd im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeiger sinn gegen die Kernschenkellängsachse verdreht.

Claims

1. Transformator, insbesondere Giessharztransformator, mit einer von einer Gleichstromkomponente beaufschlagten Wicklung (5) und mit einem aus Blechlamellen (2) geschichteten Eisen kern (1), dadurch gekennzeichnet, daß 30% bis -0% der Blechlamellen (2) in ihrem innerhalb der Wicklung (5) liegenden Kernschenkel (4) durch Querteilung einen Luftspalt (6) bilden.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 50% der Blechlamellen (2) in ihrem innerhalb der Wicklung (5) liegenden Kernschenkel (4) einen Luftspalt (6) bilden, in dem abwechselnd durchgehende und durch Querteilung einen Luft spalt (6) bildende Doppellagen von Blechlamellen (2) aufein anderliegen.

3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft spalt (6) in Richtung der Längsachse des Kernschenkels (4) gemessen etwa 2 mm stark ist.

4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer teilung der Blechlamellen (2) schräg erfolgt und daß der Luftspalt (6) gegen die Kernschenkellängsachse abwechselnd im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt ist.

5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß kernschen kelparallele Zuganker oder Zugdeckplatten aus nichtmagneti schem Werkstoff bestehen.

6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß erforder liche Kernbandagen außerhalb des Bereichs des Luftspaltes (6) den Kernschenkel (4) umfassen.

7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nenn induktion im Kernschenkel (4) in Abhängigkeit von der Fre quenz einer an der Wicklung (5) anliegenden Wechselspannung um so niedriger ist, je kleiner diese Frequenz ist.

8. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nenn induktion im Kernschenkel (4) im Bereich außerhalb des Luft spaltes (6) ≦ 1 Tesla ist.

9. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern schenkel (4) im Bereich des Luftspaltes (6) eine thermisch festere Lackierung aufweist als in anderen Bereichen.

10. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blech lamellen (2) durch sie quer zur Schichtebene durchsetzende Isolierstoffbolzen gegen Verschiebungen gesichert sind.