DE2456092C3 - Drosselspule - Google Patents

Description

-^r> Die Erfindung betrifft eine Drosselspule mit einem von elektrischen Leitern umgebenen Magnetkern, der mehrere aus magnetisierbarem Material bestehende Ringkerne aufweist, die axial übereinander angeordnet und in einem von Kühlflüssigkeit durchflossenen

"> Behälter untergebracht sind.

Es ist bereits eine induktive Anordnung bekannt (DE-AS 21 15 574),die einen Leistungstransformator für Mittelfrequenz bildet Zur elektromagnetischen Verkettung der Leiter dienen in Form eines Stapels angeordnete Ferritkerne als Transformatorkern. Die Ringkerne werden während des Betriebes von der Kühlflüssigkeit umspült, welche die in den Ferritkernen des Transformatorkerns und in den Leitern entstehende Verlustwärme abführen soll. Die Verlustwärmeabfüh-

■"> rung ist dabei nicht sehr wirkungsvoll, da ein Teil der Leiter nur auf einer Seite von dem Kühlmittel berührt wird. Ferner ist der die Leiter nur über radial durch den Kiihlflüssigkeitsbehälter hindurch nach außen ragende starre Laschen möglich, und ein Teil der Leiter selbst

*^r< bildet eine Wand des Kühlflüssigkeitsbehälters, wodurch die Möglichkeiten einer Reihen- und Parallelschaltung von Leiterschleifen sehr beschränkt werden bzw. die Leiter zum Teil nur aus massiven Blechen hergestellt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drosselspule der eingangs genannten Art die in einer Frequenzvervielfacheranordnung als Sättigungsdrossel mit Frequenzen in der Größenordnung von 1OkHz anregbar sein und dabei Oberwellen in der Größenordnung von 50 kHz

y> erzeugen soll, so auszubilden, daß die Verlustwärme wirkungsvoller abgeführt und gleichzeitig die Möglichkeiten der Reihen- und Parallelschaltung von Leiterschleifen erweitert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei der

*<» Verwendung in einer Frequenzvervielfacheranordnung die Drosselspule als Sättigungsdrossel anregbar ist und dabei Oberwellen erzeugt und die dementsprechend rechteckförmige Sättigungskennlinien aufweisenden Ringkerne innerhalb eines Kühlmittelbehälters in einem

""' besonderen Isoliergestell festgehalten sind, das aus zwei koaxialen Tragrohren besteht deren radialer Abstand voneinander größer ist als die radiale Breite der Ringkerne, daß die Tragrohre durch im Kühlmittelbe-

hälter angeordnete Blöcke abgestützt sind, daß fcühlmitteleinlaßöffnungen am unteren Ende in den Ringraum zwischen den Tragrohren einmünden, daß mehrere aus den elektrischen Leitern gebildete Schleifen als Spulen so auf dem Isoliergestell angeordnet sind, daß sie die Querschnitte der Ringkerne umschließen, und zu außerhalb des Kühlmittelbehälters angeordneten Klemmen führen, und daß ein Kühlmittelauslaßstutzen in dem Kühlmittelbehälter eine derartige Höhe hat, da£ die das Isoliergestell umschließenden Leiterschleifen vollständig unterhalb des Kühlmittelspiegels liegen.

Eine Frequenzvervielfacheranordnung, in der eine mit einer Mittelanzapfung versehene Drosselspule verwendet wird, welche, wenn der Augenblickswert des sie durchfließenden Stroms eine bestimmte Höhe überschreitet, schlagarig in den Sättigungszustand übergeht und Oberwellen erzeugt, ist an sich bekannt (DE-OS 22 60 226).

Bei der Drosselspule nach der Erfindung können die Leiterschleifen aus normalem Draht hergestellt werden, da sie keinen Teil der Kühlmittelbehälterwand bilden. Die Kühlwirkung ist besser als bei dem bekannten Leistungstransformator, da die Leiterschleifen vollständig in das Kühlmittel eingetaucht sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel einer Drosselspule nach der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Drosselspule in den Ebenen AB, BCvon F i g. 2,

F i g. 2 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils Fl von F i g. 1, wobei weder Spulen noch Anschlüsse dargestellt sind, und

F i g. 3 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils F2 von Fig.l.

Die Ringkerne 1, die den Magnetkern bilden, sind gleiche Ringkerne rechteckigen Querschnittes, die durch ebenes Bewickeln eines kreisförmigen Dorns mit einem durchgehenden Streifen aus Spezialmagnetstahl hergestellt sind, der geringe Verluste und eine Sättigungskurve hat, die sich im wesentlichen einer Rechteckkennlinie nähert

Das diese Ringkerne 1 abstützende Isoliergestell besteht aus zwei konzentrischen Tragrohren 2 und 3 aus Isolierstoff, von denen das eine außerhalb und das andere innerhalb der Ringkerne 1 angeordnet ist, und aus radialen Verbindungsstegen 4, die ebenfalls aus Isolierstoff bestehen und zum Abstützen der Ringkerne 1 und gleichzeitig zum Aussparen eines Zwischenraums zwischen den Ringkernen für den Kreislauf des Kühlmittels dienen.

Die Bewicklung der Drosselspule ist durch eine gerade Anzahl von Spulen gekennzeichnet, welche dieselbe Anzahl von Windungen haben und gleichmäßig um den ringförmigen Magnetkern verteilt sind. Diese Spulen sind aus isoliertem biegsamem Kabel hergestellt, welches so um die Tragrohre 2 und 3 herumgewickelt ist, daß es den Querschnitt des durch die Gesamtheit der Ringkerne 1 gebildeten Magnetkerns umschließt (vgl. Fig. 1). Der Übersichtlichkeit halber ist in F i g. 1 nur ein Paar Spulen 5 und 6 dargestellt, die im vorliegenden Fall aufeinander gewickelt und in einem Winkelbereich von 30° des ringförmigen magnetischen Kreises zu der Ebene AB von F i g. 2 benachbart angeordnet sind.

Der Eingang 7 und der Ausgang 8 der Spule 5 durchqueren den Decke! 9 des Behälters 10 durch eine Kabeldurchführung 11. Sie sind an den Rand einer kreisförmigen öffnung 12, die in einer metallischen Leiterplatte 13 gebildet ist, beziehungsweise an den Rand einer kreisförmigen öffnung 14 angeschlossen, die in einer zweiten metallischen Leiterplatte 15 gebildet ist Der Eingang 16 und der Ausgang 57 der Spule 6 sind in gleicher Weise durch eine Kabeldurchführung 18 hindurchgeführt und an den Rand der kreisförmigen öffnung 14 der Platte 15 bzw. an den Rand einer kreisförmigen öffnung 19 angeschlossen, die in einer dritten metallischen Leiterplatte 20 gebildet ist Wenn man von der Platte 13 ausgeht, gelangt man somit in die Spule 5 hinein und aus dieser hinaus zu der Platte 15, von der aus man in die Spule 6 hinein und aus dieser hinaus zu der Platte 20 gelangt Die Spulen 5 und 6 sind somit elektrisch in Reihe geschaltet und infolgedessen bilden die Platten 13 und 20 die äußeren Anschlüsse einer Drosselspule, deren Platte 15 eine Mittelanzapfung ist Die Paare von gleichmäßig um den ringförmigen Magnetkern verteilten Spulen sind in derselben Weise verbunden, und diese Verbindungen sind somit in drei kreisförmigen Schichten von Leitern vorhanden, die sich zu den Rändern der koaxialen öffnungen 12 bzw. 19 bzw. 14 zunehmenden Durchmessers hin erweitern, welche in den in drei einander überlagerten Ebenen angeordneten Platten 13 bzw. 20 bzw. 15 gebildet sind. In Fig.3 ist gezeigt wie, von oben betrachtet drei typische Verbindungen 21, 22, 23 mit den Platten 13 bzw. 20 bzw. 15 aussehen; außerdem ist die Durchbohrung dieser Platten für den Anschluß sämtlicher Verbindungen gezeigt, im vorliegendem Fall für zwölf Paare von Spulen, zwölf Verbindungen mit der Platte 13, zwölf Verbindungen mit der Platte 20 und vierundzwanzig Verbindungen mit der Platte 15. Die Platten 13 und 20 bilden somit die äußeren Anschlüsse, und die Platte 15 bildet die Mittelanzapfung einer Drosselspule, die aus zwei Hälften gebildet ist, weiche jeweils aus zwölf parallel geschalteten Spulen bestehen.

In Fig.3 ist außerdem die Reihe von Löchern 24 ersichtlich, die in die Anschlußplatten gebohrt sind, damit diese mit der Anwendungsschaltung verbunden werden können. Außerdem sind die vier oberen Befestigungsmuttern 25 von vier Isolieranordnungen aus Abstandshülsen und Haltebolzen sichtbar, welche die drei Anschlußplatten auf dem Deckel 9 des Behälters abstützen. Eine dieser Anordnungen ist bei 26 in F i g. 1 dargestellt.

F i g. 1 zeigt außerdem den von dem Kühlmittel durchströmten Kreis. Das Kühlmittel ist im allgemeinen Wasser. Es wird von einem nicht dargestellten Verteiler über vier nicht dargestellte biegsame Schläuche durch vier Löcher zugeführt, die in vier Blöcke gebohrt sind, welche an dem Boden des Behälters angeschweißt sind und die Aufgabe haben, die Tragrohre 2 und 3 abzustützen und zu zentrieren, damit sich der untere Teil der Spulen in einer bestimmten Höhe über dem Boden des Behälters befindet Diese Blöcke sind mit unterbrochenen Linien um 90° gegeneinander versetzt in Fig.2 dargestellt, und einer dieser Blöcke ist im Schnitt an der Stelle 27 in F i g. 1 gezeigt. Von der Einlaßöffnung 28 aus wird das Kühlmittel zwangsläufig durch den Kanal 29 hindurch auf einem Weg, der durch eine aus Pfeilen bestehende Linie dargestellt ist, zwischen die beiden Tragrohre 2 und 3 geleitet, wobei das Kühlmittel gezwungen wird, abwechselnd an den äußeren und inneren Zylinderflächen der aufeinanderfolgenden Ringkerne 1 entlangzugehen, die den Magnetkern bilden, und die zwischen den horizontalen

Stirnflächen der Ringkerne gebildete Zwischenräume abwechselnd von außen nach innen und von innen nach außen zu durchströmen. Dieser Weg wird also erzwungen, und zwar durch Isolierringe, wie etwa die Ringe 30 und 31, die abwechselnd innerhalb und außerhalb der aufeinanderfolgenden Ringkerne 1 angeordnet sind und somit gleichzeitig zum Zentrieren der Ringkerne auf den Tragrohren 2, 3 und als Leitvorrichtungen für den Zwangsumlauf des Kühlmitteis dienen. Das Kühlmittel tritt durch einen im Zentrum des Behälters angeordneten Stutzen 32 aus Isolierstoff aus, dessen oberes Ende sich oberhalb der Kern-Spulen-Anordnung befindet und dessen unteres Ende in eine Hülse 33 eingepaßt ist, welche für den Anschluß eines nicht dargestellten biegsamen Ablaßschlauches stutzenförmig bis unter den Behälter verlängert ist. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß unter dem Behälter der erforderliche Zwischenraum für die Zuleitungs- und Ableitungsschläuche zur Verfügung steht, weil der Behälter auf einer Gruppe von nicht dargestellten Isolatoren abgestützt wird, die in Buchsen eingeschraubt werden, welche für diesen Zweck in dem Boden des Behälters vorgesehen sind. Diese Buchsen sind in F i g. 2 in Draufsicht sichtbar, und eine von ihnen, die mit der Bezugszahl 34 bezeichnet ist, ist in F i g. 1 im Schnitt gezeigt. Die Bezugszahl 35 bezeichnet eine in F i g. 2 in Draufsicht und in F i g. 1 im Schnitt dargestellte Buchse für eine Entleerungsschraube.

Das in den Zeichnungen dargestellte Beispiel bezieht sich auf eine Ausführungsform, die für eine Drosselspule, welche eine bestimmte Anzahl von Paaren von in Reihenparallelschaltung miteinander verbundenen Spulen aufweist und über eine Mittelanzapfung verfügt, besonders günstig ist. Die gleiche Ausführungsform des magnetischen Kreises und der Bewicklung kann für jedwede gewünschte Schaltung von mehreren Spuler oder für eine einzige Spule verwendet werden, wobei je nach Lage des Falles die Konzeption von Anschlüssen die aus in übereinanderliegenden Horizontalebenen angeordneten Anschlußplatten mit koaxialen öffnungen bestehen, beibehalten wird oder nicht.

Beispielsweise könnten in dem Fall, in welchem die Verwendung und die elektrischen Kenndaten mehrere parallel geschaltete Spulen ohne Mittelanzapfung erfordern, die Verbindungen durch zwei kreisförmige Schichten von Leitern gebildet sein, welche an die Ränder von zwei koaxialen kreisförmigen Öffnungen regelmäßig angeschlossen sind, die in zwei metallischer Leiterplatten gebildet sind, welche sich in zwei übereinanderliegenden Ebenen befinden.

Bezüglich des Zwangsumlaufes des Kühlmittels könnte man anstelle der abwechselnden Ringe 30 und 31 Ringkerne mit derselben radialen Breite verwenden, die aber abwechselnd einen Innendurchmesser, der gleich dem Außendurchmesser des inneren Tragrohres 3 ist, und einen Außendurchmesser haben, der gleich dem Innendurchmesser des äußeren Tragrohres 2 ist.

Außerdem könnte hinsichtlich des Zwangsumlaufes des Kühlmittels, wenn die Abmessungen zu einem zentralen Ableitungsstutzen mit einem Durchmesser führen würden, der die Anpassung an einen biegsamen Schlauch verhindert, die Ableitung über mehrere Stutzen kleineren Durchmessers erfolgen, die in mehrere zweckmäßig in dem Boden des Behälters verteilte Hülsen eingepaßt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Drosselspule mit einem von elektrischen Leitern umgebenen Magnetkern, der mehrere aus magnetisierbarem Material bestehende Ringkerne aufweist, die axial übereinander angeordnet und in einem von Kühlflüssigkeit durchflossenen Behälter untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung in einer Frequenzvervielfacheranordnung die Drosselspule als Sättigungsdrossel anregbar ist und dabei Oberwellen erzeugt und die dementsprechend rechteckförmige Sättigungskennlinien aufweisenden Ringkerne (1) innerhalb eines Kühlmittelbehälters (10) in einem besonderen Isoliergestell festgehalten sind, das aus zwei koaxialen Tragrohren (2, 3) besteht, deren radialer Abstand voneinander größer ist als die radiale Breite der Ringkerne, daß die Tragrohre (2, 3) durch im Kühlmittelbehälter (10) angeordnete Blöcke (27) abgestützt sind, daß Kühlmitteleinlaßöffnungen (28) am unteren Ende in den Ringraum zwischen den Tragrohren einmünden, daß mehrere aus den elektrischen Leitern gebildete Schleifen als Spulen (S, 6) so auf dem Isoliergestell angeordnet sind, daß sie die Querschnitte der Ringkerne (1) umschließen, und zu außerhalb des Kühlmittelbehälters (10) angeordneten Klemmen (21,22,23) führen, und daß ein Kühlmittelauslaßstutzen (32) in dem Kühlmittelbehälter (10) eine derartige Höhe hat, daß die das Isoliergestell umschließenden Leiterschleifen vollständig unterhalb des Kühlmittelspiegels liegen.

2. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spulen (3, 6), die die gleiche Windungszahl haben, regelmäßig um den Magnetkern verteilt sind, daß ihre aus dem Kühlmittelbehälter (10) austretenden Enden in zwei kreisförmigen Schichten äquidistant an den inneren Rändern von in zwei übereinanderliegenden metallischen Platten (13, 20) gebildeten koaxialen kreisförmigen öffnungen (12 bzw. 19) befestigt sind und daß die metallischen Platten (13, 20) die beiden Pole einer durch Parallelschaltung sämtlicher Spulen gebildeten Drosselspule bilden.

3. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von Spulen (5, 6), die alle die gleiche Windungszahl haben, gleichmäßig um den Magnetkern verteilt ist, daß ihre aus dem Behälter austretenden Enden in drei kreisförmigen Schichten an den inneren Rändern von in drei übereinanderliegenden metallischen Platten (13,15, 20) gebildeten koaxialen öffnungen (12, 14, 19) befestigt sind und daß eine (IS) der Platten die Mittelanzapfung und die beiden anderen Platten (13, 20) die äußeren Anschlüsse einer Drosselspule bilden, welche aus zwei Hälften besteht, von denen jede durch die Parallelschaltung der Hälfte sämtlicher Spulen gebildet ist.

4. Drosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliergestell Stege (4) zwischen den Tragrohren (2,3) aufweist, die zum Abstützen der Ringkerne (1) und gleichzeitig zum Aussparen von Zwischenräumen zwischen den Ringkernen dienen.

5. Drosselspule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Ringkernen (1) ausgesparten Zwischenräume aufgrund von Isolierringen (30), die abwechselnd innerhalb und außerhalb der Ringkerne angeordnet sind und so

gleichzeitig zur Zentrierung der Ringkerne auf den Tragrohren (2,3) und als Leitvorrichtungen für einen Kühlmittelzwangsumlauf dienen, Kanäle bilden, die das Kühlmittel in dem Ringraum zwischen den beiden Tragrohren abwechselnd an den äußeren und inneren zylindrischen Flächen der Ringkerne entlang- und durch den Zwischenraum zwischen den horizontalen Stirnflächen der Ringkerne abwechselnd von außen nach innen und von innen nach außen hindurchleiten.

6. Drosselspule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwangsumlauf des Kühlmittels abwechselnd entlang der äußeren und inneren zylindrischen Flächen der Ringkerne (1) bewirkt wird, indem Ringkerne gleicher radialer Breite verwendet werden, die aber abwechselnd einen Innendurchmesser, der gleich dem Außendurchmesser des inneren Tragrohres (3) ist, und einen Außendurchmesser haben, der gleich dem Innendurchmesser des äußeren Tragrohres (2) ist