DE1117730B

DE1117730B - Laminated magnetic core

Info

Publication number: DE1117730B
Application number: DES60959A
Authority: DE
Original assignee: Willem Smit and Companies Transformatorenfabriek N V
Current assignee: Willem Smit and Companies Transformatorenfabriek N V
Priority date: 1957-12-17
Filing date: 1958-12-12
Publication date: 1961-11-23

Description

Lamellierter magnetischer Schichtkern Die Erfindung betrifft einen lamellierten magnetischen Schichtkern für Transformatoren oder Drosselspulen großer Leistung mit Schenkeln und Jochen, die mindestens drei in derselben Ebene liegende rechteckige Fenster begrenzen, wobei die inneren Hauptschenkel einen im wesentlichen runden Querschnitt und die äußeren Hilfsschenkel einen kleineren als die Hälfte des Hauptschenkelquerschnitts ausmachenden Querschnitt aufweisen, und die die Hauptschenkel miteinander verbindenden Hauptjoche einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzen.Laminated Magnetic Layer Core The invention relates to a laminated magnetic layer core for transformers or inductors of large size Performance with legs and yokes, the at least three lying in the same plane bounding rectangular windows, the inner main limbs essentially one round cross-section and the outer auxiliary limb a smaller than half of the main limb cross section making up the cross section, and the main limb interconnecting main yokes have a substantially rectangular cross-section own.

Magnetische Kerne mit Hilfsschenkeln und Hilfsjochen werden bei großen ein- und mehrphasigen Transformatoren verwendet, weil dabei die maximalen Abmessungen vom Transportprofil bestimmt sind und die Anwendung von Hilfsschenkeln und Hilfsjochen geringere Höhen der Joche gestattet, d. h. also höhere Fenster in dem Kern für das Unterbringen der Wicklungen zuläßt.Magnetic cores with auxiliary legs and auxiliary yokes are used in large Single-phase and multi-phase transformers are used, because doing so has the maximum dimensions are determined by the transport profile and the use of auxiliary legs and auxiliary yokes lower heights of the yokes permitted, d. H. so higher windows in the core for that Accommodating the windings.

Lamellierte magnetische Kerne dieser Art sind bereits bekannt.Laminated magnetic cores of this type are already known.

Bei Transformatoren oder Drosselspulen von sehr großer Leistung bereiten aber die äußeren Abmessungen erhebliche Schwierigkeiten, wenn diese, wie bereits erwähnt, innerhalb des Eisenbahntransportprofils bleiben müssen. Es ist nun bekannt, die Höhe der Kernjoche wesentlich dadurch herabzusetzen, daß man I. Hilfsschenkel und Hilfsjoche verwendet und 2. den Querschnitt der Hauptjoche im wesentlichen rechteckig gestaltet, da dann bei bestimmter Kerndicke und bestimmter Höhe der Hauptjoche sich der beste Eisenfüllfaktor ergibt.Prepare for transformers or reactors of very high power but the external dimensions significant difficulties if this, as already mentioned, must remain within the rail transport profile. It is now known substantially reduce the height of the core yokes by I. auxiliary legs and auxiliary yokes are used and 2. the cross-section of the main yokes is essentially rectangular designed, because then with a certain core thickness and certain height of the main yokes gives the best iron fill factor.

Um die zur Verfügung stehende Höhe möglichst gut ausnutzen zu können, hat man bereits Kerne mit Hauptjochen und Hauptschenkeln sowie mit Hilfsjochen und Hilfsschenkeln verwendet, bei denen der Querschnitt der Hauptjoche nahezu rechteckig ist. Um kurzschlußfeste Spulen zu erzielen, gibt man den Spulen einen runden Querschnitt und verwendet dann bei den mit der Wicklung versehenen Hauptschenkeln ebenfalls einen runden Querschnitt, um einen möglichst günstigen Eisenfüllfaktor zu erhalten. Die Hilfsjoche hat man bisher mit rechteckigem Querschnitt und die Hilfsschenkel entweder mit rechteckigem oder mit rundem Querschnitt ausgeführt.In order to be able to use the available height as well as possible, you already have cores with main yokes and main legs as well as with auxiliary yokes and Auxiliary legs are used in which the cross-section of the main yokes is almost rectangular is. In order to achieve short-circuit-proof coils, the coils are given a round cross-section and then also used in the main legs provided with the winding a round cross-section in order to obtain the most favorable iron fill factor possible. The auxiliary yokes have so far had a rectangular cross-section and the auxiliary legs either with a rectangular or a round cross-section.

Beim Festlegen der wirksamen Querschnitte der verschiedenen Joche und Schenkel wurde bisher nur der magnetische Gesamtfluß in den KernteiIen in Betracht gezogen. Bei einer gegebenen zulässigen Induktion (Kraftliniendichte bzw. Fluß je Flächeneinheit des Eisenquerschnittes) ergibt sich die Größe des notwendigen Eisenquerschnittes, indem man den Gesamtfluß durch die zugelassene Induktion dividiert.When determining the effective cross-sections of the various yokes and legs, only the total magnetic flux in the core parts has been taken into account drawn. For a given permissible induction (density of lines of force or flux depending on Unit area of the iron cross-section) results in the size of the necessary iron cross-section, by dividing the total flux by the allowed induction.

Es wurde nun festgestellt, daß bei Kernen für hohe Leistung eine derartige Berechnung des Eisenquerschnittes, bei der die Form dieses Querschnittes nicht in Betracht gezogen wird, zusätzliche Verluste zur Folge haben kann. Sind nämlich die Querschnittsformen von Schenkel und Joch einander nicht angepaßt, so entsteht im Kern eine ungleichmäßige Flußverteilung, d. h. eine Flußverdrängung von der einen Blechschicht zur anderen. Die Eisenverluste sind bekanntlich dem Quadrat des Flusses proportional, so daß eine ungleichmäßige Flußverteilung über den Eisenquerchnitt immer größere Verluste als eine gleichmäßige Flußverteilung ergibt. Außerdem wird bei einer solchen ungleichmäßigen Flußverteilung der Magnetfluß nach der Seite hin von einem Blech in das andere gedrängt, wodurch sich noch eine zusätzliche Vergrößerung des magnetischen Widerstandes und damit ein zusätzlicher Verlust ergibt.It has now been found that high performance cores have such Calculation of the iron cross-section, in which the shape of this cross-section is not in Being considered may result in additional losses. Because they are Cross-sectional shapes of leg and yoke are not matched to one another, so the result is Core an uneven flow distribution, d. H. a displacement of the river from the one Sheet metal layer to the other. The iron losses are known to be the square of the river proportional, so that an uneven flow distribution over the iron cross-section always greater losses than a uniform flow distribution results. Also will with such an uneven flux distribution, the magnetic flux to the side pushed from one sheet to the other, creating an additional magnification of the magnetic resistance and thus an additional loss results.

Mit den Mitteln der Erfindung wird nun erreicht, diese durch ungleichmäßige Flußverteilung bedingten zusätzlichen Verluste zu vermeiden, indem man in allen Blechen denselben Teilfluß entstehen läßt, ungeachtet der Anpassung der Querschnittsform der Hauptschenkel an diejenige des Hauptjochquerschnittes. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in jeder Blechschicht des Gesamtkernes zwischen der Summe der Höhen von Hauptjochblech und Hilfsjochblech einerseits und der Breite eines Hauptschenkelbleches andererseits dasselbe Verhältnis gewählt wird wie zwischen der Höhe eines Hilfsjoches einerseits und der Breite eines Hilfsschenkels andererseits, so daß, wenn man von einem runden Querschnitt der Hauptschenkel und einem rechteckigen Querschnitt der Hauptjoche ausgeht, die Querschnitte der Hilfsschenkel und Hilfsjoche nur lanzettförmig sein können.With the means of the invention is now achieved, this by uneven Avoid flow distribution-related additional losses by going in all Sheet metal creates the same partial flow, regardless of the adaptation of the cross-sectional shape the main leg to that of the main yoke cross-section. This is according to the invention achieved in that in each sheet metal layer of the total core between the sum the heights of the main yoke plate and auxiliary yoke plate on the one hand and the width of one Main leg plate, on the other hand, the same ratio is chosen as between the height of an auxiliary yoke on the one hand and the width of an auxiliary leg on the other hand, so that if one of a round cross-section of the main legs and a rectangular cross-section of the main yokes starts out, the cross-sections of the auxiliary legs and auxiliary yokes can only be lanceolate.

Es ist zwar bereits ein Kern mit runden Schenkel-und rechteckigen Jochquerschnitten bekannt, bei denen aber keine Anpassung zwischen Schenkeln und Jochen in jeder Blechschicht erfolgt. Bei dieser bekannten Kernausführung ergibt sich an der Verbindungsstelle vom Hauptschenkel zu den Jochen eine ungünstige, starke seitliche Verdrängung des magnetischen Kraftflusses.Although it is already a core with round legs and rectangular Yoke cross-sections known, but in which there is no adjustment between the legs and Yokes takes place in each sheet metal layer. In this known core design results at the junction of the main leg to the yokes an unfavorable, strong lateral displacement of the magnetic flux.

Auch bei einer anderen bekannten Kernkonstruktion ist keine Anpassung zwischen den Schenkeln und den Jochen in jeder Blechschicht vorgesehen, die eine gleichmäßige Flußverteilung ergeben könnte. Der Hauptschenkel besitzt doch einen ovalen Querschnitt, während die Hilfsschenkel einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Form der Joche ist nicht angegeben. Diese könnten an die Form des Hauptschenkels oder an die der Hilfsschenkel angepaßt sein, wird aber nicht an die Form beider Schenkel angepaßt.There is also no adaptation in the case of another known core construction provided between the legs and the yokes in each sheet metal layer, the one could result in even flow distribution. The main leg has one oval cross-section, while the auxiliary legs have a rectangular cross-section. The shape of the yokes is not specified. This could be due to the shape of the main leg or to that of the auxiliary legs, but will not be adapted to the shape of both Leg adapted.

Schließlich ist auch noch ein Bandkern für einen Transformator bekannt, dessen Joche und Schenkel zwar derart ausgeführt sind, daß sich eine gleichmäßige Flußverteilung ergibt, doch erreicht der sternförmig gebaute einphasige Kern keinesfalls die gute Raumausnutzung innerhalb des Eisenbahnprofils wie die erfindungsgemäße Bauform, die sich wesentlich einfacher fertigen läßt.Finally, a tape core for a transformer is also known, whose yokes and legs are designed in such a way that a uniform Flux distribution results, but does not reach the star-shaped single-phase core the good use of space within the railroad profile like the one according to the invention Design that is much easier to manufacture.

Vorteilhafterweise können nach der Erfindung die Bleche eines Hauptschenkels, der sowohl an ein Hauptjoch als auch an ein Hilfsjoch anschließt, je aus zwei in der Querrichtung des Hauptschenkels nebeneinanderliegenden, zusammengeschweißten Blechstreifen bestehen, von denen der eine ausschließlich im magnetischen Hauptkreis und der andere ausschließlich im magnetischen Hilfskreis des Kernes liegt. Da in diesem Falle die Stoßfuge zwischen den Blechen zu dem magnetischen Fluß im betreffenden Hauptschenkel parallel verläuft, genügt es, wenn die Bleche nur an wenigen Stellen z. B. mittels Punktschweißung aneinander befestig sind. Das Teilen der Schenkelbleche weist den Vorteil auf, daß sie leicht und ohne Abfälle aus größeren Platten geschnitten werden können.Advantageously, according to the invention, the sheets of a main leg, which connects to both a main yoke and an auxiliary yoke, each made of two in the transverse direction of the main leg adjacent, welded together Sheet metal strips exist, one of which is exclusively in the main magnetic circuit and the other is exclusively in the magnetic auxiliary circuit of the core. There in In this case, the butt joint between the sheets to the magnetic flux in the relevant Main leg runs parallel, it is sufficient if the sheets are only in a few places z. B. are fastened to one another by means of spot welding. Dividing the leg plates has the advantage that it can be easily cut from larger panels without waste can be.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen magnetischen Kernes für einen dreiphasigen Transformator, Fig.2 in vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf Teile des magnetischen Kernes gemäß Fig. 1, Fig. 3 und 4 Jochquerschnitte nach der Linie III-III und IV-IV in Fig. 2 und Fig.5 einen Teil einer Blechschicht des magnetischen Kreises gemäß den Fig.1 bis 4 mit geteilten Blechen in einem Hauptschenkel.Fig. 1 shows a view of a magnetic core according to the invention for a three-phase transformer, FIG. 2, on an enlarged scale, a plan view to parts of the magnetic core according to FIGS. 1, 3 and 4 according to yoke cross-sections the line III-III and IV-IV in Fig. 2 and Fig.5 part of a sheet metal layer of the magnetic circuit according to Figures 1 to 4 with divided sheets in a main leg.

Der magnetische Kern gemäß der Zeichnung ist für einen dreiphasigen Transformator gedacht und besteht aus den Hauptschenkeln 1, den Hauptjochen 2, den Hilfsschenkeln 3 und den Hilfsjochen 4. Die Hauptschenkel haben einen nahezu kreisförmigen Querschnitt. Die Hilfsschenkel 3 besitzen einen lanzettenförmigen Querschnitt, der der Lanzettenform 1" entspricht, die man erhält, wenn der kreisförmige Durchschnitt eines Hauptschenkels von einem exzentrisch angeordneten Kreis mit gleichem Radius geschnitten wird. Die zeigt die Fig. 2. Daraus erklärt sich, daß in dem übirgbleibenden Teil l' des Hauptschenkels 1 die -Bleche, sofern sie dem lanzettenförmigen Teil V' anliegen, gleiche Breiten haben. Die-, ermöglicht es, den Hauptjochen 2 einen nahezu rechteckigen Querschnitt zu geben, wie in der Fig. 3 angegeben ist. Ein Vorteil dieser rechteckigen Form ist, daß sie den für die Hauptjoche innerhalb des Transportprofils zur Verfügung stehenden Raum so günstig wie möglich füllt, ferner daß die Hauptjochbleche einander gleich sind und sich leicht schichten lassen. Die Hilfsjoche 4 haben wie die Hilfsschenkel 3 einen lanzettenförmigen Querschnitt, wie aus der Fig. 4 hervorgeht.The magnetic core according to the drawing is intended for a three-phase transformer and consists of the main legs 1, the main yokes 2, the auxiliary legs 3 and the auxiliary yokes 4. The main legs have an almost circular cross-section. The auxiliary legs 3 have a lancet-shaped cross-section which corresponds to the lancet shape 1 ″ which is obtained when the circular cross-section of a main leg is intersected by an eccentrically arranged circle with the same radius Over the remaining part 1 'of the main leg 1 the sheets have the same widths, provided they are in contact with the lancet-shaped part V' The advantage of this rectangular shape is that it fills the space available for the main yokes within the transport profile as cheaply as possible, and that the main yoke plates are identical to one another and can be easily layered. as can be seen from FIG.

Im allgemeinen wählt man die Induktion in den Jochen kleiner als in den Schenkeln. Zum Erzielen einer gleichmäßigen Verteilung des magnetischen Flusses in den Schenkeln und Jochen wird jedes Jochblech eine Höhe besitzen müssen, die um einen konstanten Faktor größer ist als die Breite des mit diesem Jochblech zusammenarbeitenden Teiles des Bleches eines Hauptschenkels, so daß also in jeder Blechschicht des Gesamtkerns die Summe der Höhen der Bleche des Hauptjoches 2 und der Höhe des Bleches des Hilfsjoches 4 um den genannten Faktor größer ist als die Breite des Bleches des Hauptschenkels 1.In general, the induction in the yokes is chosen to be smaller than in the thighs. To achieve an even distribution of the magnetic flux in the legs and yokes, each yoke plate must have a height that is larger by a constant factor than the width of the cooperating with this yoke plate Part of the sheet metal of a main leg, so that in each sheet metal layer of the overall core the sum of the heights of the sheets of the main yoke 2 and the height of the sheet of the auxiliary yoke 4 is greater than the width of the sheet metal of the main leg by the factor mentioned 1.

Die Erfindung ermöglicht es, den magnetischen Kern derart auszuführen, daß bei einer bestimmten günstigen Fensterhöhe der übrige Raum innerhalb des Transportprofils in möglichst vorteilhafter Weise durch die Joche aufgefüllt wird, ohne daß zu diesem Zwecke besondere, schwer ausführbare Jochkonstruktionen erforderlich sind. Hat man den Querschnitt der Hauptjoche bestimmt, dann ergibt sich der Querschnitt der Hilfsschenkel und der Hilfsjoche von selbst aus dem erforderlichen Querschnitt der Hauptschenkel und dem gewählten Verhältnis zwischen den Querschnitten der Joche und den Querschnitten der diesen Jochen anliegenden Schenkel oder Teile der Schenkel.The invention makes it possible to carry out the magnetic core in such a way that with a certain favorable window height the remaining space within the transport profile is filled in the most advantageous manner possible by the yokes without causing this Purposes special, difficult to implement yoke structures are required. One has determines the cross-section of the main yokes, then the cross-section of the auxiliary legs results and the auxiliary yokes by themselves from the required cross-section of the main legs and the selected ratio between the cross-sections of the yokes and the cross-sections the legs or parts of the legs resting on these yokes.

Fig. 5 zeigt, daß man vorteilhafterweise eine Anzahl von Blechen der Hauptschenkel l aus zwei nebeneinanderliegenden Teilen 1' und 1" zusammensetzen kann. Wenn die Bleche 1' sich in diesem Falle ausschließlich im magnetischen Hauptkreis des Kernes und die Bleche 1" sich ausschließlich im magnetischen Hilfskreis dieses Kernes befinden, wird der magnetische Fluß die Stoßfuge 5 zwischen den Blechen 1' und 1" nicht schneiden. Es genügt daher eine Punktschweißverbindung 6 an nur einigen Stellen der Stoßfuge. Vorteilhaft wirkt dabei, daß die beiden Bleche 1' und 1" sich leicht schneiden lassen und viel weniger Abfälle geben als eine aus einem einzigen Stück bestehende Blechform mit umfangsmäßig sehr unterschiedlichen Abmessungen.Fig. 5 shows that advantageously a number of sheets of Assemble main leg l from two adjacent parts 1 'and 1 " can. If the sheets 1 'are in this case exclusively in the main magnetic circuit of the core and the sheets 1 "are exclusively in the magnetic auxiliary circuit of this The core, the magnetic flux will create the butt joint 5 between the sheets 1 ' and 1 "do not cut. A spot welded joint 6 on only a few is therefore sufficient Place the butt joint. It is advantageous that the two sheets 1 'and 1 "are mutually exclusive easy to cut and give much less waste than one from a single one Pieces of existing sheet metal form with very different dimensions in terms of circumference.

Claims

PATENT CLAIM: Laminated magnetic core for transformers or choke coils of high power with legs and yokes that delimit at least three rectangular windows lying in the same plane, the inner main legs having an essentially round cross-section and the outer auxiliary legs having a cross-section that is less than half the main leg cross-section , and the main yokes connecting the main legs to one another have a substantially rectangular cross-section, characterized in that the sheets used in the auxiliary legs and auxiliary yokes are flat and layered to form a substantially lancet-shaped cross-section and that in each sheet-metal layer of the overall core between the sum of the heights of The main yoke plate and auxiliary yoke plate on the one hand and the width of the main leg plate on the other hand have the same relationship as between the height of an auxiliary yoke and the width of an auxiliary leg. Considered publications: German Patent Nos. 959 207, 966 339, 1000 922; U.S. Patent Nos. 2,779,926, 2,220,732, 1535,094, 1805,534.