DE909600C

DE909600C - Heavy current choke coil

Info

Publication number: DE909600C
Application number: DED10301A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dobbertin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-09-27
Filing date: 1951-09-27
Publication date: 1954-04-22

Description

Starkstrom-Drosselspule Auf dem Gebiet der elektrischen Starkstromtechnik treten in Maschinen und in Anlagen häufig überströme auf, die höchst unerwünschte Belastungen hervorrufen. Sie sind einerseits bei der Inbetriebsetzung von Maschinen eine bekannte Begleiterscheinung, andererseits werden sie durch Kurzschlüsse ausgelöst.Heavy current choke coil In the field of electrical heavy current engineering Overcurrents often occur in machines and systems, which are highly undesirable Cause stress. On the one hand, you are involved in the commissioning of machines a well-known side effect, on the other hand they are triggered by short circuits.

Die Größenordnungen dieser beiden überstromarten sind sehr verschieden. Meist sind die Strombelastungen, die bei der Inbetriebsetzung von Maschinen auftreten, im Vergleich mit denjenigen, die auf Kurzschlüsse zurückgehen, gering. Trotzdem ist eine zuverlässige Beherrschung aller dieser überstromarten erforderlich.The magnitudes of these two types of overcurrent are very different. The current loads that occur when machines are started up are usually low compared to those caused by short circuits. Nevertheless reliable control of all of these types of overcurrent is required.

Zur Herabsetzung derjenigen Überströme, die bei der Inbetriebsetzung von Maschinen zustande kommen, hat man bisher meist Wirkwiderstände benutzt. Sie werden entweder selbsttätig oder von Hand mit fortschreitendem Übergang in den normalen Betriebszustand nach und nach ausgeschaltet und schließlich kurzgeschlossen. Es sind auch schon Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten, z. B. Kohlepulver oder Uran-Dioxvd, verwendet worden. Alle diese sogenannten Anlaßeinrichtungen haben aber erhebliche Nachteile, die einerseits durch das Vorhandensein der beweglichen Schalt- und Betätigungsglieder und andererseits durch die bei ihnen auftretenden Energieverluste bedingt sind. Bei der Verwendung von Widerständen mit negativem Temperaturkoeffizienten kommt noch der Mangel hinzu, daß nach einer ersten erfolgten Abschaltung nicht sofort eine Wiedereinschaltung vorgenommen werden kann, weil der Widerstand eine gewisse Zeit für seine Abkühlung benötigt.To reduce those overcurrents that occur during commissioning originate from machines, so far one has mostly used resistors. she are either automatically or manually as the transition progresses to normal Operating status gradually switched off and finally short-circuited. It are also resistors with a negative temperature coefficient, e.g. B. coal powder or uranium dioxide. All have these so-called starting devices but significant disadvantages, on the one hand due to the presence of the movable Switching and actuating elements and on the other hand by the occurring with them Energy losses are caused. When using resistors with negative There is also the shortcoming of temperature coefficients that occurred after a first one Shutdown cannot be restarted immediately because the Resistance needs a certain time to cool down.

Auch der Blindwiderstände bedient man sich bisher schon zur Begrenzung von Überströmen, und zwar entweder in der Weise, daß eine Zuschaltung oder eine Umschaltung von Drosselspulen herbeigeführt wird. Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, daß der Luftspalt des Eisenkerns einer Drosselspule beim Auftreten des überstromes beseitigt wird. Durch die vergrößerte magnetische Induktion läßt man dabei die Anziehung eines Ankers zustande kommen, der den Eisenweg schließt. Die Gesamtmagnetisierung kommt dann dein Eisen zugute. Der Widerstand der stromdurchflossenen Spule wird so erhöht und der Strom selbst herabgesetzt.The reactive resistances have also been used for limitation up to now of overcurrents, either in such a way that a connection or a Switching of choke coils is brought about. Another known method consists in that the air gap of the iron core of a choke coil when the overcurrent occurs is eliminated. Due to the increased magnetic induction one leaves the attraction of an anchor that closes the iron road. The total magnetization then your iron will benefit. The resistance of the current-carrying coil becomes so increased and the current itself decreased.

Die bekannten Vorkehrungen, bei denen Blindwiderstände Verwendung finden, beruhen ebenfalls auf einer Betätigung beweglicher Teile. Auch sie sind deshalb alle mit den bekannten Mängeln behaftet, die sich durch die Abnutzung ergeben. Ihre einwandfreie Wirkungsweise hängt in starkem Maße von einer sorgfältigen Pflege und Überwachung ab. Noch stärker aber macht sich bei ihnen der Nachteil geltend, daß sie erst mehr oder weniger lange nach dem Auftreten eines überstromes wirksam werden und ihn nicht schon im Augenblick seiner Entstehung herabsetzen.The known precautions where reactances are used are also based on an actuation of moving parts. They are too therefore all afflicted with the known defects that result from wear and tear. Their proper functioning depends to a large extent on careful maintenance and surveillance. But the disadvantage is even more pronounced for them, that they only take effect more or less long after the occurrence of an overcurrent and not diminish it at the moment of its creation.

Erfindungsgemäß sind diese Nachteile durch eine Starkstrom-Drosselspule mit geschlossenem ferromagnetischem Kern behoben, dessen maximale Permeabilität bei Magnetisierungen über 5o Örsted erreicht ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Kernbaustoff @"erwendung finden, dessen Permeabilität beim halben Wert derjenigen Magnetisierung, die der maximalen Permeabilität zugeordnet ist, höchstens die Hälfte dieser Permeabilität beträgt. Wird in einer noch darüber hinausgehenden Vervollkommnung der Erfindung ein Kernbaustoff benutzt, bei welchem das Produkt aus dem Quadrat der Magnetisierung bei maximaler Permeabilität und dem Wert dieser Permeabilität größer als o,5 X io0 Gauß ist, so ergeben sich besonders günstige Verhältnisse für die Beherrschung der Überströme. Bei sämtlichen für die Erfindung in Betracht kommenden Baustoffen handelt es sich um verschiedene Arten der an sich bekannten Dauermagnetstähle bzw. Legierungen. An Hand der nachstehenden Beschreibung und der Zeichnung soll die Erfindung näher erörtert werden. Gleichzeitig werden dabei noch ihre weiteren Merkmale behandelt. In der Abb. i sind die Kurven mittlerer Permeabilität ,u = f (S_) von Drosselspulenkernen wiedergegeben, von denen der einen normales Transformatorenblech mit Luftspalt und der anderen ein Dauermagnetstahl nach der Erfindung zugrunde liegt. Die Abb. 2 zeigt den Querschnitt durch einen ringförmigen Kern aus Dauermagnetstahl, und die Abb. 3 läßt den Grundriß eines ringförmigen Kerns erkennen, der aus verschiedenen Dauermagnetstählen zusammengesetzt ist. In den Abb. 4 bis 6 sind Anwendungsfälle für die Drosselspule nach der Erfindung gezeigt. Bei allen im vorstehenden erwähnten Darstellungen handelt es sich, soweit sie auf die Erfindung Bezug nehmen, lediglich um Ausführungsbeispiele.According to the invention, these disadvantages are remedied by a high-voltage choke coil with a closed ferromagnetic core, the maximum permeability of which is achieved when magnetizations exceed 50 Örsted. In a further embodiment of the invention, a core building material can be used whose permeability at half the value of the magnetization assigned to the maximum permeability is at most half this permeability If the product of the square of the magnetization at maximum permeability and the value of this permeability is greater than 0.5 x 10 Gauss, the conditions for controlling the overcurrents are particularly favorable different types of permanent magnet steels or alloys known per se. The invention will be discussed in more detail with reference to the following description and the drawing. At the same time, its further characteristics will be treated. In Fig. i the curves of mean permeability, u = f ( S_) of inductor cores like given, one of which is based on a normal transformer sheet with an air gap and the other is based on a permanent magnet steel according to the invention. Fig. 2 shows the cross section through an annular core made of permanent magnet steel, and Fig. 3 shows the plan view of an annular core which is composed of various permanent magnet steels. In Figs. 4 to 6 applications for the choke coil according to the invention are shown. All of the above-mentioned representations, insofar as they refer to the invention, are merely exemplary embodiments.

In Abb. i gibt der Linienzug .-i den Verlauf der mittleren Permeabilitäten ,u in Abhängigkeit von der Magnetisierungsfeldstärke S einer Spule für einen Spulenkern aus Transformatorenblech mit Luftspalt wieder. Es ist deutlich ersichtlich, daß die Kurve A in dem Bereich, der in Abb. i wiedergegeben ist, einen fast parallelen Verlauf zur Abszissenachse besitzt. Diese Abhängigkeit ist für die zum Aufbau von Drosselspulen bisher üblich gewesenen Kernausbildungen charakteristisch. Da der Scheinwiderstand der Spule bei den hier in Betracht kommenden Betriebsverhältnissen nur eine Funktion der mittleren Permeabilität ist, haben Änderungen des die Spule durchfließenden Stromes bzw. der dadurch verursachten Magnetisierungsfeldstärke, wie sich aus dem zur Abszissenachse parallelen Verlauf des Linienzuges A ergibt, keinerlei Änderungen des Scheinwiderstandes zur Folge.In Fig. I, the line.-I shows the course of the mean permeabilities , u as a function of the magnetization field strength S of a coil for a coil core from transformer sheet with air gap again. It can be clearly seen that curve A in the area shown in Fig. i is almost parallel Has course to the abscissa axis. This dependency is for building Choke coils are characteristic of core designs that have been customary up to now. Since the Impedance of the coil under the operating conditions in question is only a function of the mean permeability, changes in the coil have flowing current or the magnetization field strength caused by it, as follows from the course of the line A, which is parallel to the abscissa axis, does not result in any changes in the impedance.

Der Linienzug B der Abb. i veranschaulicht den Verlauf der Permeabilität,u für einen Spulenkern aus einem Baustoff nach der Erfindung wiederum in Abhängigkeit von der Magnetisierungsfeldstärke S@. Es zeigt sich, daß der Linienzug B einen im Gegensatz zu dem Linienzug A durchaus nicht parallelen Verlauf zur Abszissenachse aufweist. Die Kurve B besitzt vielmehr bei dem Abszissenwert S5", einen deutlichen Wendepunkt mit verhältnismäßig steiler Tangente. Diese Tatsache ist eine charakteristische Eigenschaft der Kernbaustoffe nach der Erfindung. Sie hat zur Folge, daß bei Anwachsen des Stromes in der Drosselspule und damit der Magnetisierungsfeldstärke .5 über FH, hinaus die Werte der Permeabilität ,u stark ansteigen und wegen ihres unmittelbaren Zusammenhanges mit dein Scheinwiderstand der Spule zu einer ganz beträchtlichen Widerstandsvergrößerung führen.The line B of Fig. I illustrates the course of the permeability, u for a coil core made of a building material according to the invention in turn as a function on the magnetization field strength S @. It can be seen that the line B is an im In contrast to the line A, the course is by no means parallel to the abscissa axis having. Rather, the curve B has a clear one at the abscissa value S5 ″ Turning point with a relatively steep tangent. This fact is a characteristic one Property of the core building materials according to the invention. It has the consequence that when growing of the current in the choke coil and thus the magnetization field strength .5 over FH, in addition, the values of permeability, u increase sharply and because of their immediate Connection with your impedance of the coil to a very considerable one Lead to an increase in resistance.

Aus der Abb. i geht weiterhin hervor, daß die maximale Permeabilität /c (= 85) bei Magnetisierungsfeldstärken über 5o Orsted, und zwar bei ioo Örsted erreicht ist. Darüber hinaus ist aus der Darstellung ersichtlich, daß die Permeabilität beim halben Wert derjenigen Magnetisierungsfeldstärke (z. B. ioo Örsted), die der maximalen Permeabilität (u," = 85) zugeordnet ist, höchstens die Hälfte dieser Permeabilität (also ,u",/2) beträgt. Es ist schließlich für den Linienzug B noch von Bedeutung, daß das Produkt aus dem Quadrat der Magnetisierungsfeldstärke bei maximaler Permeabilität (c",") und dem Wert dieser Permeabilität größer als o,5 X io6 Gauß ist.From Fig. I it can also be seen that the maximum permeability / c (= 85) at magnetization field strengths over 5o Orsted, namely at 100 Örsted is reached. In addition, it can be seen from the illustration that the permeability at half the value of the magnetization field strength (e.g. 100 Örsted) that the maximum permeability (u, "= 85) is assigned, at most half of this permeability (i.e., u ", / 2). Finally, it is still important for the line B, that the product of the square of the magnetization field strength at maximum permeability (c ",") and the value of this permeability is greater than 0.5 X io6 Gauss.

Ein Dauermagnetstahl, der alle die Eigenschaften besitzt, die sich aus dem Linienzug B der Abb. i ergeben, ist beispielsweise gehärteter Chromstahl, der neben 6,24% Chrom noch i,i40/OKohlenstoff enthält (Cr 58, C i i E). Viele sogenannte Örstite besitzen diese Eigenschaften ebenfalls, und zwar häufig in erheblich stärkerem Ausmaß.A permanent magnet steel that has all the properties that are from the line B of Fig. i, for example, is hardened chrome steel, which contains 6.24% chromium and 1.440 / O carbon (Cr 58, C i i E). Many so-called Örstites also have these properties, and often to a much greater extent Extent.

Die Form der Spulenkerne aus einem Baustoff, wie er im vorstehenden erörtert wurde, ist an sich beliebig. Es ist ausschlaggebend, daß sie im Grundriß einen geschlossenen geometrischen Körper von gekrümmter oder auch eckiger Gestalt ergeben. Der Querschnitt dieser Körper kann wiederum entweder eckig oder gekrümmt sein. Er kann insbesondere, wie sich aus Abb.2 ergibt, aus einzelnen übereinandergeschichteten Scheiben des in Betracht kommenden Baustoffes bestehen. Die Kerne können schließlich auch, so wie es die Grundrißdarstellung der Abb. 3 zeigt, aus voneinander verschiedenen Kernbaustoffen zusammengesetzt sein.The shape of the coil cores from a building material like the one above has been discussed is in itself arbitrary. It is crucial that they are in plan a closed geometric body with a curved or angular shape result. The cross-section of this body can in turn either be angular or curved be. In particular, he can as can be seen from Fig. 2, from individual There are stacked panes of the building material in question. Finally, the cores can also, as shown in the plan view in Fig. 3 shows, be composed of different core building materials.

Den einfachsten Anwendungsfall der Drosselspule nach der Erfindung innerhalb eines elektrischen Starkstromleitungszuges zeigt die Abb. q.. Der Leitungszug L, der zu dem Stromverbraucher L' führt, enthält dabei die Spule S nebst ihrem Kern K. Diese Anordnung ist an sich auch schon von der herkömmlichen Drosselspule bekannt.The simplest application of the choke coil according to the invention within an electric power line is shown in Fig. Q .. The line L, which leads to the power consumer L ', contains the coil S together with its core K. This arrangement is in itself already from the conventional choke coil known.

In der Abb. 5 ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Drosselspule im Rotorkreis R des elektrischen Drehstrommotors 31 gezeigt. Die Drosselspulen nebst ihren Kernen (D1 und D2) sind dabei in V-Schaltung zu beiden Seiten des Punktes T unmittelbar im Rotor R untergebracht.In Fig. 5, the use of the choke coil according to the invention in the rotor circuit R of the electric three-phase motor 31 is shown. The choke coils and their cores (D1 and D2) are accommodated directly in the rotor R on both sides of the point T in a V connection.

Bei der Anordnung nach Abb. 6 dient die Drosselspule D nebst ihrem Kern K dazu, einen Berührungsschutz für den Nulleiter 1N eines N etztransformators F zu vermitteln.In the arrangement according to Fig. 6, the choke coil D serves together with its Core K to this, a contact protection for the neutral conductor 1N of a network transformer F to convey.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Heavy current choke coil, characterized by a closed ferromagnetic core whose maximum permeability when magnetized about 5o Örsted is reached.

2. Coil according to claim i, characterized by a Core building material whose permeability is half the value of the magnetization that is assigned to the maximum permeability, at most half of this permeability amounts to.

3. Coil according to claim i or 2, characterized in that the product of the square of the magnetization at maximum permeability and the value. this permeability is greater than 0.5 X ios Gauss q ..

Spool according to one of the claims i to 3, characterized in that the core consists of layered sheet metal.

5. Coil according to one of Claims i to q., Characterized in that the core in sections consists of materials with different permeabilities.

6. Application of high-voltage inductor according to one of claims i to 5 in the rotor circuit of three-phase machines. use the high-voltage choke coil according to one of claims i to 5 as protection against accidental contact for the neutral conductor of a mains transformer.