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DE19854902A1 - Transformer, especially cast resin transformer; has 30- 70% of metal sheets forming air gap through division of their cross-section in side part of core - Google Patents

Transformer, especially cast resin transformer; has 30- 70% of metal sheets forming air gap through division of their cross-section in side part of core

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DE19854902A1
DE19854902A1 DE1998154902 DE19854902A DE19854902A1 DE 19854902 A1 DE19854902 A1 DE 19854902A1 DE 1998154902 DE1998154902 DE 1998154902 DE 19854902 A DE19854902 A DE 19854902A DE 19854902 A1 DE19854902 A1 DE 19854902A1
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air gap
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core leg
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Friedrich Alber
Bernd Hofmann
Winfried Jungnitz
Wolfgang Sahm
Kurt Schmierer
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Siemens Corp
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Siemens Corp
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    • HELECTRICITY
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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.The iron core (1) is brought into saturation in transformers loaded with a DC component. Loss increases resulting therefrom are minimized according to the invention by transverse division of part of the core leg sheets (2), the required strength of the core leg (4) being ensured by the undivided continuous core leg sheets (2).

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator, insbesondere Giessharztransformator, mit einer von einer Gleichstromkom­ ponente beaufschlagten Wicklung und mit einem aus Blechlamel­ len geschichteten Eisenkern.The invention relates to a transformer, in particular Cast resin transformer, with one of a DC comm component loaded winding and with a sheet metal laminate len layered iron core.

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.Are transformers, for example, in frequency converters systems used, so they can by DC components ten, which are 0.5 to 1% of the nominal current pass. This leads the iron core to saturation, as a result, a significant increase in losses and an over heating of iron parts occur in the core area. To the Minde tion of these disadvantages, it is known to iron the iron core upper and a lower part with an intermediate one to share continuous air gap.

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.However, this measure requires considerable mechanical precautions because the magnetic forces that occur oppose each other Try to pull overlying iron core parts together and because the ends of the metal fins fan out. Both must be prevented by elaborate remedial measures. There at must also ensure that neither individual Sheet metal fins still the core parts as a whole room to swing have.

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. The invention is therefore based on the object for one Transformer to create an arrangement with the one hand a saturation of the iron core by a direct current compo nente in one winding and on the other hand the considerable opening wall to mechanically secure one through an air gap cross-divided iron core is avoidable.  

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.This task is ge for a transformer of the beginning named type according to the invention solved in that in his egg lower 30% to 70% of the sheet metal fins inside a winding lying core leg by transverse division Form air gap.

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.According to advantageous embodiments of the invention is pre see that about 50% of the metal fins in their inside the Winding core legs form an air gap in the alternating one and cross division one Double layers of sheet metal lamellae forming an air gap the lie, the air gap in the direction of the longitudinal axis of the Core leg measured is about 2 mm thick, or that the Transverse division of the sheet metal fins takes place obliquely and that the Air gap against the core leg longitudinal axis alternately in the Is pivoted clockwise and counterclockwise.

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.According to expedient developments of the invention tie rods or tension cover plates made of parallel to the core leg are not magnetic material, include required core bandages the core leg outside the area of the air gap, and / or is the nominal induction in the core leg dependent on the frequency of a change applied to the winding voltage, the lower this frequency is, the lower. Here is the nominal induction in the core leg in the area outside of the air gap ≦ 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.According to further embodiments of the invention, the core leg in the area of the air gaps a thermally stronger Paint on than in other areas and are the sheet metal lamellas pass through them across the layer level Lierstoffbolzen secured against displacement.

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% IN 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.Transformers designed and designed according to the invention are very advantageous because in their iron core, even when DC components occur in a winding, saturation does not occur, for example, with a direct current of up to 1% I N , and because, in addition, precautions are taken beyond the usual clamping devices of the iron core Ensuring the mechanical strength of the arrangement are not neces sary.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:An embodiment of the invention is based on a Drawing explained in more detail. It shows:

Fig. 1 Kern und Wicklungen eines Transformators und Fig. 1 core and windings of a transformer and

Fig. 2 eine Einzelheit bei II in größerem Maßstab und als Schnitt X-X. Fig. 2 shows a detail at II on a larger scale and as section XX.

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.A transformer, for example, for use in a frequency converter system has a three-leg iron core 1 . The iron core 1 is layered from a multiplicity of sheet metal lamellae 2 made of transformer sheet metal and carries on each of the core legs 4 connected by yokes 3 a winding set 5 composed of at least one winding each for the undervoltage and for the upper voltage. The winding set 5 on the core leg 4, which is on the right in FIG. 1, is shown in half section in order to reveal the view of a detail II.

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.Tension anchors or tension cover plates made of non-magnetic material (not shown ) lie on the outer layers of the sheet metal lamellae 2 of the core legs 4 . The tie rods or the tension deck plates are pressed so tightly on the core legs 4 by likewise not shown Kernbanda conditions that each Blechla melle 2 is already fixed by the frictional force on their respective adjacent sheet metal plates 2 . In addition, however, all sections of the iron core 1 are penetrated in a manner not shown by Isolierstoffbolzen that already during the stratification and assembly of the iron core 1 the Blechla mellen 2 secure against displacement.

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.As can be seen in particular from FIG. 2, as is customary in transformer construction, part of the sheet metal fins 2 are in one piece, ie they extend continuously from the lower to the upper yoke 3 . However, the other part of the sheet metal lamellae 2 is divided and thus forms air gaps 6 which force a significant increase in the induction in the air gaps 6 adjacent to the continuous sheet metal lamellae 2 . In the case of core legs 4 coated in double layers of 0.35 mm thick sheet metal lamellae 2, a gap length of 2 mm measured in the direction of the core leg longitudinal axis has proven to be expedient according to the invention. The induction in each case two consecutive continuous sheet metal lamellae 2 is doubled in the area next to the air gaps 6 when two sheet metal lamellae 2 are cross-divided on both sides of the continuous sheet metal lamellae 2 and form an air gap 6 .

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.As a result, the section of the core leg 4 which is adjacent to the air gap 6 is heated more strongly than the rest of the iron core 1 . In order to reliably prevent corrosion on the sheet metal fins 2 , the region adjacent to the air gaps 6 is therefore provided with a thermally stronger coating than the rest of the iron core 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.Through the air gaps 6 is prevented that the iron core 1 from the yokes 3 and the core legs 4 is performed by an occurring direct DC component in total induction satiation. This also avoids the effects of satiation, which mainly resulted in a considerable loss and a strong overheating of iron parts in the core area. At the same time, however, the required strength of the core leg 4 is ensured by the supporting effect of the between adjacent air gaps 6 by going sheet metal lamellae 2 .

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.In the illustrated embodiment, the cross-divided laminations 2 are perpendicular to the core leg axis, so that the air gaps 6 are perpendicular to the core leg axis. With the same amount of continuous and divided sheet metal lamellae 2 in a core leg 4, this leads to a sufficiently strong strength. However, if significantly more than half of the laminations 2 are divided, it is advisable to leverage their transverse division and thus the air gaps 6 formed at an acute angle to the longitudinal axis of the core leg. In order to further increase the mechanical strength and rigidity for the core leg 4 increase, the air gaps 6 are rotated alternately clockwise and counterclockwise against the longitudinal axis of the core leg.

Claims (10)

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.1. Transformer, in particular cast resin transformer, with a winding acted upon by a DC component ( 5 ) and with an iron core ( 1 ) layered from laminations ( 2 ), characterized in that 30% to -0% of the laminations ( 2 ) within it the core ( 4 ) lying on the winding ( 5 ) form an air gap ( 6 ) by transverse division. 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.2. Transformer according to claim 1, characterized in that about 50% of the laminations ( 2 ) in their inside the winding ( 5 ) lying core leg ( 4 ) form an air gap ( 6 ), in the alternating continuous and by transverse division an air gap ( 6 ) forming double layers of sheet metal lamellae ( 2 ) lie one on top of the other. 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.3. Transformer according to claim 1 or 2, characterized in that the air gap ( 6 ) measured in the direction of the longitudinal axis of the core leg ( 4 ) is approximately 2 mm thick. 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.4. Transformer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the transverse division of the sheet metal fins ( 2 ) takes place obliquely and that the air gap ( 6 ) is pivoted alternately clockwise and counterclockwise against the core leg longitudinal axis. 5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß kernschen­ kelparallele Zuganker oder Zugdeckplatten aus nichtmagneti­ schem Werkstoff bestehen. 5. Transformer according to one of claims 1 to 4, characterized in that core parallel tie rods or cover plates made of non-magnetic chemical material.   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.6. Transformer according to one of claims 1 to 5, characterized in that required core bandages Liche outside the region of the air gap ( 6 ) comprise the core leg ( 4 ). 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.7. Transformer according to one of claims 1 to 6, characterized in that the nominal induction in the core leg ( 4 ) as a function of the frequency of an AC voltage applied to the winding ( 5 ) is lower, the lower this frequency. 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.8. Transformer according to one of claims 1 to 7, characterized in that the nominal induction in the core leg ( 4 ) in the area outside the air gap ( 6 ) ≦ 1 Tesla. 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.9. Transformer according to one of claims 1 to 8, characterized in that the core leg ( 4 ) in the region of the air gap ( 6 ) has a thermally stronger coating than in other areas. 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.10. Transformer according to one of claims 1 to 9, characterized in that the sheet metal lamellae ( 2 ) are secured through them transversely to the layer plane insulating bolts against displacement.
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