DE922839C

DE922839C - High current transformer

Info

Publication number: DE922839C
Application number: DEA15838A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl-Ing Hartmann
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BROWN AG
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BROWN AG
Priority date: 1952-05-10
Filing date: 1952-05-22
Publication date: 1955-01-27

Description

Hochstrom-Transformator Beim Bau von Hochstrom-Transformatoren, insbesondere für die Speisung von Kontaktumformern, treten folgende Schwierigkeiten auf. Die hohen Ströme verlangen, einen sehr großen Leiterquerschnitt. Bei dem im TransfoTmatorhau herkömmlichen Spulenwicklungen aus Draht müssen viele Spulen kleinen Drahtdurchmessers parallel geischaltet werden, weil zu große Drahtquerschnitte sich wegen ihrer Ste@ifigkeit nicht mehr biegen lassen, um daraus Spulen zu wickeln. Die Parallelschaltung einzelner Spulen ist schwierig und zeitraubend. Wendet man Blechwicklungen an, so ergeben sich bei der üblichen Bauart von Kerntransformatoren und zylindrischen Wicklungen an. den Rändern vermehrte Verluste durch das breitseitige Eindringen des ausbauchenden Streufeldes in die Bleche. Auch die an die Blechwicklung anzuschließenden Stromableitungeln geben Anlaß zu Schwierigkeiten und zusätzlichen. Verlusten. Die, Anschlüsse- der Transformatoren und die VeT-bindungen von Spulengruppen zur Spule sind aber nicht nur technologisch schwer herzustellen, sondern sie sind auch der Sitz von zusätzlichen. Verlusten. Diese Verluste beschränken sich keinesfalls auf die Verbindungen selbst, sondern. ihre starken Felder erzeugen Verluste in benachbarten metallischen Konstruktionsteilen, Diej starken Streufelder von. der Hochstromwicklung und den Ableitungen bewirken ferner unerwünschte induktive, Spannungsabfälle, die sich um so, schwerwiegender auswirken, als die üblichen Spannungen bei hohen Strömen klein sind. Dies hat zur Folge, daß sich Transformatoren mit großer Leistung nicht mehr für die sehr kleinen Spannungen, von ,venigen Volt, wie sie oft erwünscht sind, mit gutem Wirkungsgrad bauen lassen, weil die im Transformator induzierte Spannung bis zu den. Anschlußklemmen sschon wesentlich durch die gesamten Spannungsabfälle aufgezehrt -,verden würde.High-current transformer When building high-current transformers, in particular for the supply of contact converters, the following difficulties arise. the high currents require a very large conductor cross-section. The one in the TransfoTmatorhau Conventional coil windings made of wire require many coils of small wire diameter connected in parallel, because wire cross-sections that are too large are due to their rigidity can no longer be bent to wind coils from it. The parallel connection of individual Spooling is difficult and time consuming. If you apply sheet metal windings, then you will find out with the usual design of core transformers and cylindrical windings at. the edges increased losses due to the broad-sided penetration of the bulging Stray field in the sheets. Also the current leads to be connected to the sheet metal winding give rise to difficulties and additional ones. Losses. The, connectors- the Transformers and the VeT connections from coil groups to the coil are not only technologically difficult to manufacture, but they are also the seat of additional ones. Losses. These losses are in no way limited to the connections themselves, but. their strong fields generate losses in neighboring metallic construction parts, The strong stray fields of. the high-current winding and the conductors Furthermore, undesirable inductive, voltage drops, which are all the more serious than the usual voltages at high currents are small. This has to As a result, transformers with high performance are no longer suitable for the very small ones Tensions, from , few volts, as they are often desired, with good Build efficiency because the voltage induced in the transformer is up to the. Terminals have already been used up by the entire voltage drop -, would verden.

Gegenstand der Erfindung ist ein. Hochstrom-Transformator mit ringförmigem Eisenkern und mit einer aus Rohrleitern gebildeten Hochstromwicklung, bei welchem die genannten Schwierigkeiten dadurch beseitigt sind, daß erfindungsgemäß die Hochs.tromwicklung eine Hülle für den TransfoTmatorkern samt der Primärwicklung bildet und aus ortsfesten, konzentrisch zueinander und gleichachsig zur Kernachse angeordneten zylindrischen Leitern. und die Ringräume zwischen diesen überbrückenden Leiterteilen an den. Stirn.-enden der Rohrleiter besteht, wobei die Anschlüsse der Hochstromwicklung an mindestens einem Stirnende als Rohre konzentrisch zueinander in Richtung der Kernachse weggeführt sind.The invention is a. High current transformer with ring-shaped Iron core and with a high-current winding formed from pipelines, in which the difficulties mentioned are eliminated in that, according to the invention, the high-current winding forms a shell for the transformer core including the primary winding and consists of stationary, cylindrical concentric to one another and coaxially to the core axis Ladders. and the annular spaces between these bridging conductor parts on the. Forehead.-ends the pipe conductor consists of, the connections of the high-current winding to at least one front end as tubes led away concentrically to one another in the direction of the core axis are.

Die Anwendung zylinderförmiger Bauelemente für die Hochstromwicklung von Transformatoiren hat zur Folge, da,ß das Kernfenster kleiner gei halten werden kann, als. bei dem bisher üblichen. Wicklungsaufbau; die Verluste werden geringer. Die magnetischen Kraftlinien, welche die Hochstromwicklung erzeugt, treffen diese nur an den an. sich schmalen Stirnkanten, der Rohrleiter, da diese kreisförmig sind.The use of cylindrical components for high-current winding of transformers has the consequence that the core window will be kept smaller can, as. with the usual. Winding structure; the losses decrease. The magnetic lines of force that the high-current winding generates hit it only to the. narrow front edges, the pipe ladder, as these are circular.

Durch die konzentrische Umhüllung der Primärwicklung und des Eisenkernes. des Transformators wird die Streuung zwischen beiden. verringert, und der Raum außerhalb der Sekundärwicklung bleibt vollkommen feldfrei. Die Streuinduktivität der ganzen Anordnung weist daher ein Minimum auf, und Verluste in, umgebenden Bauteilen durch Einwirkung vom, Strenfeldern sind vollkommen vermieden.Due to the concentric covering of the primary winding and the iron core. of the transformer becomes the leakage between the two. decreased, and the space outside the secondary winding remains completely field-free. The leakage inductance of the whole Arrangement therefore has a minimum and losses in the surrounding components The effects of the Strenfeldern are completely avoided.

Die Kreisringform für den Transformator und die Hochstromwicklung ergeben einen vollkommen axialsymmetrischen Aufbau, und die, Amperewindungen bis. zu dem, Anschlußstellen, des Transformators sind in jedem Punkt direkt kompensiert.The circular shape for the transformer and the high-current winding result in a completely axially symmetrical structure, and the, ampere turns up to. to the connection points of the transformer are directly compensated in every point.

In der Zeichnung sind in Fig. i bis 7 schematisch im Längsschnitt Beispiele für die Konstruktions-und die Verwendungsmöglichkeit des Transformators gemäß der Erfindung veranschaulicht unter Weglassung des für das Verständnis der Erfindung entbehrlichen spezifisch mechanischen Aufbaues und der Schaltungseinzelheiten.In the drawing, FIGS. I to 7 are shown schematically in longitudinal section Examples of the design and possible uses of the transformer illustrated according to the invention omitting the for the understanding of Invention dispensable specifically mechanical structure and the circuit details.

In allen Figuren ist der Eisenkern. des Transformators. mit d bezeichnet, er trägt die Primärwicklung b. Der Transformatorkern ist ein Ringkern, der entweder ein, Stapel von aus Eisenband gewickelten Kernteilen ist oder aus einem Band gewickelt sein kann, dessen Breite der Kernhöhe entspricht. Der Kern kann. aber auch durch Schichtung von aus Blechtafeln gestanzten Teilen aufgebaut sein. Die Sekundär- oder Hochstromwicklung zur Speisung eines nicht gezeichneten Stromverbrauchers umschlingt als Hülle den Transformatorkern samt der Primärwicklung. Diese Hülle ist zusammengesetzt aus ortsfesten, konzentrisch zueinander und zur Kernachse an,-geordneten Rohrleitern sowie aus die Ringräume zwischen diesen überbrückenden Leiterteilen an den Stirnenden der Rohrleiter.The iron core is in all figures. of the transformer. denoted by d, he carries the primary winding b. The transformer core is a toroidal core that is either is a stack of core pieces wound from iron tape or wound from a tape can be, the width of which corresponds to the core height. The core can. but also through Layering of parts stamped from sheet metal can be built up. The secondary or High-current winding for feeding a power consumer, not shown, wraps around as a sheath the transformer core including the primary winding. This shell is assembled of fixed, concentrically arranged pipes to each other and to the core axis as well as from the annular spaces between these bridging ladder parts at the front ends the pipe ladder.

Beim Transformator nach Fig. i ist die Hülle doppelmantelig ausgeführt; sie besteht aus je zwei konzentrischen Rohrleitern cl, c3, die im Innern des Ringkernes d liegen, den zwei konzentrischen Rohrleitern c2, c4, die außerhalb des Ringkernes gleichachsig mit ihm verlaufen, und aus den diese Rohrleiter an ihrem. Stirnenden überbrückenden Leiterteilen dl bis d4. Die Rohrleiter cl bis c4 sind in Serie geschaltet. Die Wicklungsanschlüsse sind konzentrische Rohrleiter el, e2, die in Richtung der Kernachse weggeführt und einerseits an dem äußersten Rohrleiter c4, andererseits an dem dem Transformato,rkern anliegenden inneren. Rohrleiter cl angeordnet sind. Die Rohrleiter können aus. Blech gewickelt sein.In the case of the transformer according to FIG. I, the casing is designed with a double jacket; it consists of two concentric pipes cl, c3, which are inside the toroidal core d, the two concentric pipes c2, c4, which are outside the toroidal core run coaxially with him, and from which this pipe ladder to hers. Front ends bridging ladder parts dl to d4. The pipe conductors cl to c4 are connected in series. The winding connections are concentric pipe conductors el, e2, which run in the direction of the Core axis led away and on the one hand to the outermost pipe conductor c4, on the other hand on the inner one adjoining the transformer core. Pipe ladder cl are arranged. The pipe ladder can be made. Be wrapped in sheet metal.

Um dass Herausführen des, Wicklungsanschlusses von denn innerhalb, des Eisenkernes liegenden Rohrleiter cl aus der Hülle zu ermöglichen, müssen die Überbrückungsleiter d2 am oberen Stirnende der Rohrleiter cl, c2 mit Durchdringungsöffnungen versahen sein, wenn dieser Scheibenform hat. Der gleiche Zweck kann. erreicht werden., wenn der Ringraum zwischen. den. Rohrleitern an dieser Stelle durch speichenartig angeordnete Leiterteile überbrückt wird.In order to ensure that the winding connection is led out from within, of the iron core lying pipe clad from the sheath, must be the Bridging ladder d2 at the upper end of the pipe ladder cl, c2 with penetration openings be provided if this has a disc shape. The same purpose can. can be achieved., if the annulus between. the. Pipelines at this point through spoke-like arranged conductor parts is bridged.

Für flüssigkeitsisolierte Transformatoren. besteht die Möglichkeit, die Hochstromwicklung oder Teile derselben als Behälter für das öl zu benutzen. Das im Kernfenster innerste Rohr c3 kann dabei als Behälterwand herangezogen. werden, oder es kann das. den Kern umhüllende äußerste Rohr c4, mit einer Bodenplatte versehen, als Behälter dienen.For liquid-insulated transformers. it is possible, to use the high-current winding or parts of it as a container for the oil. The innermost tube c3 in the core window can be used as the container wall. will, or the outermost tube c4, which envelops the core, can be provided with a base plate, serve as a container.

Anstatt j e zwei konzentrische Rohrleiter innerhalb und außerhalb. des- Kernes des Transformators gemäß Fig. i in Serie zu schalten, besteht auch die Möglichkeit der Parallelschaltung der Rohrleiter, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, wobei Kreuzungen der innesren und der äußeren. Rohrleiter leicht durchgeführt werden können.Instead of each two concentric pipe conductors inside and outside. To connect the core of the transformer according to FIG. i in series, there is also the Possibility of parallel connection of the pipe conductors, as shown in Fig. 2 and 3, wherein Intersections of the inner and the outer. Pipe ladder can be carried out easily.

Transformatoren gemäß der Erfindung sind besonders wertvoll in Anlagen zur Erzeugung von hochamperigem Gleichstrom mit Hilfe eines Kon,-taktumforrn;ers, der mit einer Schaltdrossel mit Ringkern zur Erzeugung stromschwacher Pausen. in der Kontaktdauer kombiniert ist. Beispiele dieser Art zeigen die Fig. ¢ bis 7, wo gleichachsig mit dem Transformatorkern a der ringförmige Kern der Schaltdrossel f vorgesehen ist. Der Drosselkern ist vom Strom der Hochstromwicklung mindestens teilweise durchsetzt. Die den Trans.formatorkern samt der Primärwicklung als Hülle umgebende Sekundärwicklung kann auch hier wieder aus nur je einem Rohrleiter, cl, c4 innerhalb und außerhalb des Trarnsformatorkernes, mit konzentrischen., in der Kernachse weggeführten Anschlüssen e1, e2 bestehen (vgl. Fing. q. bis 6) oder aber doppelmantelig ausgeführt sein (vgl. Fig. 7). Die Hülle des Transformä.tors ist so ausgebildet, daß sie den Kern der Schaltdrossel umschließt, sie setzt sich dann aus den konzentrischen Rohrleitern cl, c4, den Überbrückungsleiterteilen dl, d4 und den konzentrischen Anschlüssen e1, e2 zusammen. Dabei kann diese Hülle so ausgebildet sein, daß sie mindestens die Schaltdra-,sselspule als Doppelmantel umschließt, wie aus Fig. 5 hervorgeht. Die Hülle der Drossel besteht dann aus zwei konzentrischen Rohrleitern e1, ell außerhalb des Drosselkernes und zwei konzentrischen Rohrleitern e2, e22 innerhalb des Kernfensters der Schaltdrossel sowie aus den stirnseitigen Überbrückungsleitern.Transformers according to the invention are particularly valuable in systems for the generation of high-amperage direct current with the help of a Kon, -taktumforrn; ers, the one with a switching throttle with a toroidal core to generate low-current pauses. in the contact duration is combined. Examples of this type are shown in FIGS coaxial with the transformer core a is the ring-shaped core of the switching reactor f is provided. The choke core is at least from the current of the high-current winding partially interspersed. The transformer core including the primary winding as a sheath surrounding secondary winding can also consist of only one pipe conductor, cl, c4 inside and outside of the transformer core, with concentric., in the Connections e1, e2 carried away from the core axis exist (cf. fingers q. To 6) or else be designed with a double jacket (see. Fig. 7). The shell of the transformer gate is designed so that it encloses the core of the switching throttle, it then sits down the end the concentric pipelines cl, c4, the bridging ladder parts dl, d4 and the concentric connections e1, e2 together. This shell can be designed so that it has at least the switching wire, sselspule as a double jacket encloses, as can be seen from FIG. The shell of the throttle then consists of two concentric pipelines e1, ell outside the throttle core and two concentric Pipelines e2, e22 within the core window of the switching throttle as well as from the frontal ones Bridging ladders.

Fig.6 zeigt als weiteres Beispiel die Verwendung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Transformators mit Schaltdrossel für Kontaktumformer mit aufgelöster Graetzschaltung. Der innerhalb des Kernes von Transformator und Schaltdrossel liegende Rohrleiter cl, e2 der aus der Hochstro:mwicklung gebildeten Hülle führt in dem Fall zu dem einen Stromsystem der einen Phase, während eine von diesem Rohrleiter abgezweigte Verbindung zum anderen, Stromsystem der aufgelösten Graetzschaltung führt und der außerhalb des Kernes liegende Rohrleiter e1 der Hülle: am Transformatorsternpunkt liegt.As a further example, FIG. 6 shows the use of a device according to the invention trained transformer with switching choke for contact converter with resolved Graetz circuit. The one lying within the core of the transformer and switching reactor Pipe conductor cl, e2 of the envelope formed from the high-current winding leads in this case to one power system of one phase, while one branched off from this pipe Connection to the other, current system of the resolved Graetz circuit leads and the Tubular conductors e1 of the envelope lying outside the core: at the transformer star point lies.

Schließlich ist in Fig. 7 ein mit Schaltdrosseln kombinierter Transformator gemäß der Erfindung für den Betrieb eines Kontaktumformers in Gegentaktschaltung dargestellt. Innerhalb der vom der Hochstromwicklung gebildeten Hülle sind hier gleichachsig mit dem Transformatorringkern a die Schaltdrosseln f1, f2 auf beiden: Sti:rnseiten. des Transformatorkernes angebracht. Die die Phase und Gegenphase speisenden Stromleiter der Hochstromwicklung cl, c2 bzw. c3, c4 sind parallel geschaltet; von ihrer Mitteuanzapfung führt der Stromleiter e2o zum Transformatorsternpunkt. Der Transformator gemäß Fig. 7 weist im übrigen. bezüglich der Hülle die gleichen. Bauelemente der Fig. i auf; gleichartige Teile tragen gleiche Bezugzeichen. Die Drosselspulen. f l, f2 können gegebenenfalls auch in der in Fig. 5 dargestellten Weise durch die Hochstromwicklung albseitig umschlossen werden. Die Anordnung der Fig. 7 ist auch ohne Drossel anwendbar.Finally, FIG. 7 shows a transformer combined with switching reactors according to the invention for operating a contact converter in a push-pull circuit. Within the envelope formed by the high-current winding, the switching reactors f1, f2 are coaxial with the transformer ring core a on both: front sides. of the transformer core attached. The current conductors of the high-current winding cl, c2 and c3, c4 feeding the phase and antiphase are connected in parallel; The conductor e2o leads from its center tap to the transformer star point. The transformer according to FIG. 7 also has. the same for the shell. Components of Fig. I on; similar parts have the same reference numerals. The reactors. fl, f2 can optionally also be enclosed on the side by the high-current winding in the manner shown in FIG. 5. The arrangement of FIG. 7 can also be used without a throttle.

In allen Ausführungsbeispielen sind die Kerne der Schaltdrolsselspulen aus. Blechband gewickelt. Dabei können die Ringkerne aus einem Blech von einer der Kernhöhe gleichen Breite, hergestellt oder aufs mehreren axial a.neinanderge@reihten Teilkernen kleiner Höhe zusammengesetzt sein. Die magnetische Charakteristik des Kernmaterials für Transformator und Schaltdrossel ist den Erfordernissen für diese anzupaisseu. Die Transformatorkerne können aus Sili,ciumeisen, die, Schaltdrosselkerne aus Nickeleisen bestehen.In all of the exemplary embodiments, the cores are the switching roller coils the end. Wrapped sheet metal tape. The toroidal cores can be made from sheet metal from one of the Core height of the same width, manufactured or axially arranged in a row Part cores of small height be composed. The magnetic characteristics of the The core material for the transformer and switching reactor is the requirements for this to be paid for. The transformer cores can be made of silicon iron, the switching reactor cores consist of nickel iron.

Transformatoren gemäß der Erfindung können sowohl in Serien- als auch in Parallelschaltung verwendet werden. Es ist ohne Weitereis möglich, einphasige Kombinationen von Transformator und Schaltdrossel für drei- oder mehrphasige Kontaktumformer- zu verwenden. Die: einzelnen Transformatoren können dabei neben- oder übereinander aufgestellt werden. Die Kerne können auch aus ausgestanzten Scheiben oder sonstwie, z. B. als Pulverkerne, hergestellt sein.Transformers according to the invention can be used both in series and can be used in parallel. It is possible without further notice to have single-phase Combinations of transformer and switching reactor for three- or multi-phase contact converter to use. The: individual transformers can be side by side or on top of each other be set up. The cores can also be made from punched disks or otherwise, z. B. be made as powder cores.

Abweichend von der Anordnung nach. Fig. i können auch die Wicklungsanschlüsse an den in bezug auf den. Transformatorkern äußeren Rohrleitern angeordnet und jeweils ein am Transformatoirkern; anliegender innerer Rohrleiter mit einem der äußeren. Rohrleiter durch Kreuzen der Überbrücku.n:gsleiiter am einen Stirniende verbunden werden.Notwithstanding the arrangement according to. Fig. I can also use the winding connections to the in relation to the. Transformer core arranged and outer pipelines respectively one at the transformer core; adjoining inner pipe conductor with one of the outer ones. Pipe ladder connected by crossing the bridges at one end will.

Claims

PATENT CLAIMS: i. High-current transformer with a ring-shaped iron core and a core made of pipe conductors. High-current winding, characterized in that the high-current winding forms a sheath for the transformer core including the primary winding and consists of stationary., Concentric to one another and. the same to the core axis. cylindrical conductors and the annular spaces between these bridging conductor parts on the. The front ends of the pipe conductor consists, the connections of the high current winding at at least one front end as concentric tubes. are led away from each other in the direction of the core axis. a. Transformer according to claim i, characterized in that the casing for the transformer, core and primary winding is double-jacketed by having two concentric pipe conductors inside and outside of the toroidal core voirge@seh.en, and conductor parts bridging through the pipe conductors at the front ends in: Are connected in series, with the winding connections, on the one hand. the extreme. and on the other hand, on the transformer. an. lying, inner. Tubular conductors are arranged. 3. Transformer according to claim. i, characterized in that: ß the sheath for the transformer, core and primary winding is dappel-sheathed, in that two konzein.trische pipe conductors are provided inside and outside of the toroidal core. and conductor parts bridging at the front ends are connected in parallel by the pipe conductor, the winding connections being connected to the transformer core with respect to the transformer core. outer pipelines. are arranged and each one. The inner pipe conductor attached to the transformer core is connected to one of the outer pipe conductors by crossing the bridging conductors at one end. q .. Transformer according to claim i, characterized in that the casing. for the transformer core and primary winding is double-sided by providing two concentric pipe conductors inside and outside of the ring core. and ladder parts bridging through the pipe ladder at the front ends: as well as by using crossings of the inner and outer pipe conductors are connected in parallel. 5. Transformer after. Claims i to q., Characterized in that the pipe conductors are wound from sheet metal. 6. Transformer according to claim i to 5 for the generation of high-amperige @ m direct current in a contact converter which is combined with a switching inductor with a toroidal core to generate low-current pauses in the contact period, characterized in that the inductor core lying coaxially with the transformer is powered by the current the high-current winding of the transformer is at least partially interspersed. 7. Transformer according to claim 6, characterized in that the shell of the transformer encloses the toroidal core of the switching reactor. B. Transformer according to claim i and 7, characterized in that. at least the shell of the switching throttle 'is double-walled and off. two pipelines located inside and outside of the throttle core, which are connected in series by ladder sections on their end faces. G. Transformer according to claims i to 8 for contact converters with resolved Graetz circuit, characterized in that the pipe conductor of the casing lying within the toroidal cores of the transformer and switching choke to the one current system of one phase and a connection branched off from this pipe conductor to the other The current system of the resolved Graetz circuit is carried out, while the pipe conductor of the shell lying outside the cores is at the Transfortnatorsternpunkt. ok Transformer according to claim. i and 6 to 8 for contact converters with push-pull circuit, characterized in that within the shell formed by the high-current winding on both ends of the transformer core, switching inductors are provided coaxially with the transformer, the current conductors feeding the phase and antiphase of the high-current winding connected in parallel and with a tap the transformer star point. ii. Transformer according to claims z to io, characterized in that the annular spaces between concentric pipe conductors are bridged by disc-shaped conductor parts. 12. Transformer according to claim i to io, characterized in that the annular spaces between concentric pipe conductors are bridged by spoke-shaped conductor parts. 13. Transformer according to claim i to io, characterized in that penetration openings are provided for leading out the winding connection of a pipe conductor within the cores from the sheath in the conductor parts connecting the pipe conductor. 1q .. Transformer according to claim i to 13, characterized in that the cores of the switching chokes and the transformer core. Tape are wrapped. 15. Transformer according to claim 1q., Characterized in that the winding cores are composed of axially strung together sub-cores. 16. Transformer according to claim i to 13, characterized in that the transformer cores are punched from sheet metal and layered. 17. Transformer according to claim i to 16, characterized in that at least parts of the high-current winding forming the shell are used as a container for receiving a cooling medium.