DE3407852A1 - Spule, durch die ein elektrischer strom geleitet wird - Google Patents

Description

• Spulen durch die ein elektrischer Strom
• geleitet wird Die Erfindung bezieht sich auf eine Spule, durch die ein elektrischer Strom geleitet wird.
• Es sind luftgekühlte Drosselspulen und Transformatoren bekannt. Insbesondere sind luftgekühlte Drossel spulen bekannt, die eine Scheibenbauform aufweisen. Jede Scheibe besteht hierbei aus einem aufgerollten Metallband, dessen einzelne Lagen voneinander isoliert sind und an dessen Enden sich die elektrischen Zuleitungen befinden. Die Scheiben sind nebeneinander mit bestimmten Abständen voneinander angeordnet und in bestimmter Reihenfolge elektrisch miteinander verbunden. Die Abstände zwischen den Scheiben dienen der ZufUhrung kühlender Luft.
• Eine derart luftgekühlte Drosselspule muß eine sehr große wärmeabgebende Oberfläche aufweisen, damit bei dem schlechten Wärmeübergang zur Luft die Verlustleistung abgeführt werden kann, ohne daß die zulässige Wicklungstemperatur überschritten wird. Dies hat ein großes Volumen und ein großes Gewicht der Drosselspule zur Folge und ist besonders nachteilig beim Einsatz der Drosselspule auf Fahrzeugen.
• Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spule der eingangs genannten Art anzugeben, die ein kleines Volumen, kleiner Gewicht und eine geringe Verlustleistung aufweist.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
• Das Verhältnis von Breite zu Dicke des Folienmaterials wird in Abhängigkeit vom Strom so festgelegt, daß die auf die Oberfläche der Spule bezogene Verlustleistung so groß wird, daß die Flüssigkeit in der Spulenoberfläche zum Sieden kommt.
• Mit dem breiten und sehr dünnen Folienmaterial ergibt sich eine kleine wärmeabgebende (Stirn-) Fläche, die zu den für das Sieden der Kühlflüssigkeit notwendigen Wärmestromdichten führt.
• Die Spule gemäß der Erfindung kann auch beim Aufbau von Transformatoren Verwendung finden, indem Primär- und/oder Sekundärwicklung entsprechend aufgebaut und gekühlt werden.
• Die Vorteile der Spule gemäß der Erfindung sind folgende: - Die Wärmeverlustleistung wird durch die Siedekühlung erheblich geringer als mit Luftkühlung, weil das Drosselspulenmaterial mit Siedekühlung in einem wesentlich niedrigeren Temperaturbereich betrieben werden kann.
• - Das Bauvolumen wird geringer zum einem, weil eine große Anzahl von Kühlluftspalten entfällt und die notwendigen Kühlspalte enger gehalten werden können, und zum anderen, weil sich mit Folienmaterial eine bestimmte Anzahl von Windungen auf geringerem Durchmesser unterbringen lassen.
• - Die Ausbildung von Wirbelströmen kommt bei einem Folienleiter weniger zur Geltung, so daß diese Bauform auch für höhere Frequenzen (z.B. Kommutierungsdrosselspulen) infrage kommen kann, vgl. "Archiv für Elektrotechnik" Bd. 56 (1974) Heft 3, Seiten 128 bis 136 von Holz, J.
• "Die Minimierung der Wechselstromverluste in Hochleistungsluftspulen aus Bandleitern".
• - Das Gewicht wird geringer, weil der Wickel faktor für Folienleiter besser ist als mit Flachmaterial (die Windungszahl steht quadratisch in der Formel für die Induktivität, der mittlere Durchmesser nur linear).
• Die Spule gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
• In der Figur ist mit 1 ein Metallfolienband bezeichnet, das eine Breite b besitzt; es ist zu einer Spule 2 aufgewickelt, wobei im Innern eine zylinderförmige Öffnung freigehalten ist, in die ein Eisenkern eingefügt werden kann.
• Das Folienband kann aus Kupfer oder zur weiteren Gewichtsreduzierung aus Aluminium bestehen. Die einzelnen Lagen der Spule sind gegeneinander isoliert. Das äußere Ende des Folienbandes besitzt eine elektrische Zuleitung 3, die gegebenenfalls mit einem Isoliermantel 4 umgeben sein kann.
• Entsprechend besitzt das innere Ende des Folienbandes einen elektrischen Anschluß, dessen Zuleitung gegebenenfalls von einem Isoliermantel 5 umgeben ist.
• Die Spule 2 ist in ein nicht dargestelltes Gefäß eingebaut, derart, daß sie dieses in der Höhe (Durchmesser) fast vollständig ausfüllt. Als Siedekühlflüssigkeit wird Frigen, inerte Flüssigkeit oder auch entionisiertes Wasser verwendet.
• Das Folienmaterial wird so dünn gewählt, daß es bei vorgegebener Wicklungstemperatur (bestimmt durch die Isolierstoffklasse), nur noch mit Siedekühlung möglich is t, die Verlustleistung über die Stirnflächen abzugeben. Bei zu hoher Verlustleistung (Wicklungsgradoptimierung) kann zur Verringerung der Verlustleistung durch eine größere Folienbreite ein ausreichender Querschnitt zur Verfügung gestellt werden. Die Temperatur in der Mitte der Folie erhöht sich- dabei nur unwesentlich, da sie weniger von der Leiterbreite als vom Wärmeübergang zwischen Leiter und Kühlmittel bestimmt wird, und dieser ist bei Siedekühlung im Vergleich zur Luft- oder Ölkühlung (z.B. bei herkömmlichen Transformatoren) wesentlich besser.
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Claims (3)

1. Spule. durch die ein elektrischer Strom geleitet wird Patentansprüche 1. Spule, durch die ein elektrischer Strom geleitet wird, dadurch gekennzeichnet. daß der stromführende Leiter aus einem aufgewickelten Band sehr dünnen Folienmaterials bestimmter Breite besteht, dessen einzelne Lagen untereinander isoliert sind, und daß im Betrieb die komplette Spule in eine Siedekühlflüssigkeit getaucht ist.
2. 2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die Spule beim Aufbau von Transformatoren Verwendung findet.
3. 3. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet0 daß das Verhältnis von Breite zu Dicke des Folienmaterials in Abhängigkeit von Strom und Frequenz so festgelegt wird, daß bei Vorgegebener Verlustleistung die Leistungsdichte an der Spulenoberfläche so groß wird, daß die die Oberfläche benetzende Flüssigkeit zumindest bei Nennstrom zu sieden beginnt.