DE2159111A1 - Choke coil with iron core - Google Patents
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Patentanwälte Dip!. Ing. Wolter Meissner Dipl. inc. He-^t Vc^" Patent Attorneys Dip !. Ing.Wolter Meissner Dipl. Inc. He- ^ t Vc ^ "
München 2, TaS 71Munich 2, TaS 71
DROSSELSPULE MIT EISENKERNTHROTTLE COIL WITH IRON CORE
Die Erfindung betrifft eine Drosselspule mit Eisen kern. ,The invention relates to a choke coil with iron core. ,
In der Elektroindustrie sind für verschiedenen Zwecke dienende Drosselspulen bekannt und vielfach verwendet· In the electrical industry, choke coils are known and widely used for various purposes.
Ein wichtiges Verwendungsgebiet der Drosselspulen ist das elektrische Energieversorgungsnetz» Das Landesnet ζ sys tem. wird wegen der Inbetriebnahme neuer Großkraft-An important area of application of the choke coils is the electrical power supply network »Das Landesnet ζ system. is due to the commissioning of new large-scale
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und der sich vermehrenden internationalen Kooperationsleitungen, durch immer zunehmende Kurzschlußleistung gekennzeichnet. Diesen großen Kurzscnlußlejstungen nachkommend wird es notwendig, daß es - wegen der Betriebssicherheit der Schalter, die in den Umspannwerken und bei den Kabelabzweigungen verwendet werden, und auch in Betracht auf den Kurzschluß schutz der Kabel - vielfach zur Verwendung von vorgeschalteter Drosselspulen, sogenannter Kurzschlußdrosseln kommt.and the increasing number of international cooperation lines, due to increasing short-circuit power marked. In order to comply with these large short-circuit benefits, it is necessary that - because of operational safety the switches that are used in the substations and at the cable branches, and also in consideration of the short-circuit protection of the cables - often for the use of upstream choke coils, so-called short-circuit chokes comes.
Die Ausführung solcher Drosselspulen muß in bekannter Weise mehrere technische Anforderungen befriedigen. Eine unerläßlich wichtige von diesen Anforderungen ist die Anforderung, daß die Reaktanz dieser Drosselspulen stromunabhängig sein soll, so daß es sich an ihr bei dem Betriebsstrom eine niedrige., bei den Kurzschlußstrom aber ein - linear zunehmender - hoher Spannungsabfall ausbilden kann, und dadurch die resultierende Kurzschlußleistung auf annehmbare Werte begrenzt wird. Gegenwärtig wird diese Anforderung dadurch erfüllt, daß die Drosselspulen ohne Eisenkern, in eine Betonhalterung eingesetzt, in ein Isoliermaterial eingegossen, oder mit Luftspalt versehene Eisenkern gefertigt werden. Die Drosselspulen ohne Eisen, aber auch die, die einen, mit Luftspalt versehenen Eisenkern besitzen, haben bekannte, aber geduldete Nachteile·. ·The execution of such choke coils must satisfy several technical requirements in a known manner. One of the most important of these requirements is the requirement that the reactance of these reactors It should be independent of current, so that it has a low in the operating current., in the short-circuit current but a - linearly increasing - high voltage drop can form, and thereby the resulting short-circuit power is limited to acceptable values. Currently this requirement is met by inserting the inductor without an iron core into a concrete holder, cast in an insulating material, or iron core provided with an air gap can be manufactured. the Choke coils without iron, but also the ones with Have an iron core provided with an air gap, have known, but tolerated disadvantages ·. ·
Die wichtigsten derer sind:The most important of these are:
a) bei den Typen ohne Eisen, die in einer Betonhalterung eingesetzt sind;a) for the types without iron, which are inserted in a concrete holder;
- ist die Verfertigung einer zuverlässigen Betonhalterung schwie xig, aufwändig, und die Güte der Halterung ist schwer zu prüfen,- is the making of a reliable concrete support Schwiering x ig, consuming, and the quality of support is difficult to assess
- die gewünschte und erforderliche Induktivität ist wegen der kleinen magnetischen Leitfähigkeiten der Luft nur mit verhältuisniäßif; hoher Windungszahl und großen geometinsehen Ah-- the desired and required inductance is due to the small magnetic conductivities the air only with proportionally; higher Number of turns and large geometry Ah-
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messungen zu erreichen. Der Kupfer-, oder Aluminiumaufwand wird groß sein, aber auch die Verluste der Spule werden deswegen hohe Werbe annehmen, so daß auch die Kühlung dieser Drosseltypen heutzutage noch einiges zu wünschen übrig läßt.to achieve measurements. The copper or aluminum costs will be great, but so will the Losses of the coil will therefore take high advertising, so that the cooling of this Throttle types still a lot to wish for nowadays leaves.
- Die Drosseltypen ohne Eisenkern können nur in. Innenräumen untergebracht werden, sie benötigen für sich eine eigene, gut belüftete Zelle.- The choke types without an iron core can only be accommodated in indoor rooms, they require its own, well-ventilated cell.
- Die Betohlaterung kann nur begrenzte dynamische Beanspruchungen ohne Beschädigungen aufnehmen, deswegen werden z.B. nach Transformatoren mit großer Einheitsleistung anstatt der Verwendung einer Spule, in allen Abzweigungen Drosselspulen eingesetzt. Diese Anordnung ist aber kostenaufwändiger, und es nimmt mehr Platz in Anspruch.- The beta lag can only absorb limited dynamic loads without damage, therefore, for example, transformers with a large unit power are used instead of the Use of a coil, reactors used in all branches. This arrangement but it is more expensive and it takes up more space.
"b) Bei den Drosselspulen mit Eisenkern und Luftspalt:"b) For reactors with iron core and air gap:
- es entstehen große magnetische Kräfte, die Konstruktion des Eisenkerns ist nur mit großem Kostenaufwand auszuführen,- there are great magnetic forces, the construction of the iron core is only with great To carry out costs,
- die Einheiten mit größeren Leistungen haben einen hohen Lermpegel,- the units with higher capacities have a high noise level,
- in den stählernen Halterungen - aber auch in anderen Metallteilen - entstehen infolge des Streufeldes hohe zusätzliche Verluste.- in the steel brackets - but also in other metal parts - arise as a result of the Stray field high additional losses.
Wollte man eine Drosselspule in herkömmlicher Weise, aber mit einen Eisenkern ohne Luftspalt fertigen, so könnte man eine gleichbleibende Induktivität nur durch so große Eisenquerschnitte sichern, ^ie neben den erwähnten herkömmlichen Ausführungen sicherlich nicht ökonomisch zu rechtfertigen wären.If you wanted to manufacture a choke coil in the conventional way, but with an iron core without an air gap, then a constant inductance could only be ensured by iron cross-sections as large as those mentioned above conventional designs would certainly not be economically justifiable.
Die, der Erfindung entsprechende Drosselspule, die einen geschlossenen Eisenkern besitzt,, kann ohne den erwähnten Bachteilen gefertigt und eingesetzt werden, sieThe reactor according to the invention, which has a closed iron core, can be used without the aforementioned Bach parts are manufactured and used, they
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hat eine konstante Induktivität, und sie entspricht den modernen technischen und ökonomischen Anforderungen.has a constant inductance and it corresponds to modern technical and economic requirements.
Das Wesentliche in der erfindungsgemäßen Drosselspule ist die Erkennung, daß es sich mit geschlossenen luftspaltlosen Eisenkern dann eine Drosselspule mit linearer charakteristik fertigen läßt, wenn es zu sichern ist, daß die Kraftlinien des durch die Spule erregten magnetischen Feldes sich außer dem Eisenkern in der Luft, zwischen den Säulen des Kernes schließen*The essence in the choke coil according to the invention is the recognition that it is closed with air gapless iron core then a reactor with linear can be made characteristic, if it is to be ensured that the lines of force of the excited by the coil magnetic Field, apart from the iron core, close in the air between the pillars of the core *
Die Neuheit und der Vorteil der erfindungsgemäßen Drosselspulen besteht darin, daß die Richtfähigkeit eines, von konvenzionellen Transformatorenblech zielgemäß gefertigten Eisenkernes so ausgenützt wird, daß die Reaktanz der Spule zwischen breiten Grenzen eingestellt werden kann, und der Spannungsabfall der Spule stets mit dem Spulenstrom in linearem Zusammenhang sein wird» Dies ist - gemäß derErfindung - mit einer zweckmäßig ausgeführter, in der Werkstätte einfach herstellbarer Ökonomischer uni betriebssicherer Drosselspule zu verwirklichen, die aus einer Doppelspule und einem luftspaltlos gefertigten Eisenkern besteht.The novelty and advantage of the invention Choke coils consists in the fact that the directivity of a conventional transformer sheet made in accordance with the target Iron core is used so that the reactance of the coil can be adjusted between broad limits, and the voltage drop of the coil will always be linearly related to the coil current »This is - according to derErfindung - with an appropriately executed, in the workshop easy to manufacture economical uni more reliable To realize a choke coil, which consists of a double coil and an iron core manufactured without air gaps consists.
Die erfindungsgemäße Drosselspule kann für eine Phase oder für drei Phasen in der konvenzionellen Art, daß heißt, mit der Benützung von üblichen Transformatorteilen, mit einem ölkessel gefertigt werden. Demgemäß können diese Drosselspulen, gleich den Transformatoren im Freien - ohne jeglichen Anspruch an Gebeude - an den geeigneten Stellen des Versorgungsnetzes untergebracht werden. Die Einheitsleistungen sind praktisch unbegrenzt, sie sind gemäß dem Wachstum der Ku^zschlußleistung zu vergrößern. ·The choke coil according to the invention can be used for one phase or for three phases in the conventional manner, that is, with the use of common transformer parts, can be manufactured with an oil boiler. Accordingly can these reactors, like the transformers outdoors - without any demands on buildings - to the appropriate one Places of the supply network are accommodated. The standard services are practically unlimited, they are to be increased according to the growth of the short-circuit power. ·
Daß sich der mangetische Fluß außer dem Eisenkern, in der Luft schließen soll, ist dadurch zu erreichen, daß die Drosselspule als eine (oder mehrere) Doppelspule oder Zwi,llingspule ausgelegt wird, bei der es gesichert* werdenThat the mangetic flow, apart from the iron core, should close in the air, can be achieved by that the choke coil is designed as one (or more) double coil or twin coil, in which it is secured *
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kann, daß die Teileinheiten der Doppelspule (oder Doppelspulen) in dem Eisenkern gleichgroße, aber einander entgegengesetzte magnetische"Erregungen aufbringen. Das kann entweder dadurch erreicht werden, daß die zwei Teilspulen in Reihenschaltung, oder parallel geschaltet so auf den Eisenkern aufgesetzt werden, daß sie im Eisen eine entgegengesetzte Erregungswirkung aufweisen, oder dadurch,, .daß nur die eine Teilspule herausgeführte Anschlußklemmen "besitzt, die zur anderen Teilspule gehörenden Spule aber in sich kurzgeschlossen werden.can that the sub-units of the double coil (or double coils) Apply magnetic "excitations" of the same size but opposite to one another in the iron core. That can can either be achieved in that the two sub-coils connected in series or in parallel so on the Iron core are put on that they have an opposite excitation effect in the iron, or by that ,, .that only one part of the coil has connection terminals ", but the coil belonging to the other part of the coil is in be short-circuited.
■K . . . Gemäß den bisher gesagten, ist der Gegenstand der Erfindung eine Drosselspule die mit einem Eisenkern versehen ist, kennzeichnend für diese Spuleist\ daß sie aus wenigstens einer Doppelspule besteht, die auf einem Eisenkernrahmen - luftspaltlos aufgeführt ist - so untergebracht, wird, daß, die Teilspulen der Doppelspule entgegengesetzte Erregungen hervorbringend, entweder elektrisch miteinander (parallel oder in Reihe) verbunden sind, oder nur die eine Teilspule den Netz angeschlossen, die andere aber in sich kurzgeschlossen wird. Die zwei Teilspulen , haben praktisch die gleiche Amp er-Windungszahlleistung. Die Teilspulen sind in sehr verschiedenen Weisen ausführbar, z.B. kann die kurzgeschlossene Teiispule aus mehreren Teilen bestehen. Diese Teile können ^e in sich kurzgeschlossen sein und auch an den beiden Seiten der anderenT heraufgeführten Teilspule angeordnet an dem Eisenkern angebracht werden. In gegebenem Falle kann so eine aufgeteilte Teilspule in ganzen oder auch teilweise an der äußeren Säule (an den äußeren Säulen) oder am Joch (an den Jochen) des Eisenkernes untergebracht werden. Die - der Erfindung entsprechende ·- Drösselsptile mit Zwillingspulen und mit Eisenkern ist auch für Drehstrom oder für Mehrphasensysteme aus den einphasen,Elementen aufzubauen» Es besteht aber auch die Möglichkeit, - daß die Zwillingspulen an einem Dreiphasenkern untergebracht werden, und so ei- ■ K. . . According to what has been said, the object of the invention is an inductor which is provided with an iron core, featuring \ that it consists of at least one double coil in an iron core framework for this Spuleist - is listed luftspaltlos - housed so is that the partial coils generating opposite excitations of the double coil, are either electrically connected to one another (in parallel or in series), or only one sub-coil is connected to the network, but the other is short-circuited in itself. The two sub-coils have practically the same ampere-turn number output. The partial coils can be implemented in very different ways, for example the short-circuited partial coil can consist of several parts. These parts may be short-circuited in itself ^ e and also on the two sides of the other T up out partial coil arranged on the iron core mounted. In a given case, a divided partial coil can be accommodated in whole or in part on the outer column (on the outer columns) or on the yoke (on the yokes) of the iron core. The - corresponding to the invention - Drösselsptile with twin coils and with an iron core is also for three-phase current or for multi-phase systems from the single-phase elements to build.
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ne Drosselspuleneinhe.it für Drehstromnjsteme entstehen lassen. Eine dreiphasen Drosselspule, mit einem Fünfsäulenkern kann auch eine gut t anwendbare Lösung sein· Für die Einphasenausführung kann als beste Lösung eine Auslegung angesehen werden bei der der Eisenkern aus einer Zentral angeordneten inneren Säule, und vier - an dem Umfang eines Kreises, in einem Vinke lab .stand von 90° angeordneten . - äußeren Säulen besteht, die miteinander und mit der Zentralsäule durch zwei kreuzförmigen Joche verbunden sind, und bei der die Doppelspule an" der inneren Säule angeordnet ist. Die der Erfindung entsprechende Drosselspule kann luftgekühlt sein, aber auch eine ölkühlung, oder eine Kühlung durch eine andere "Isolierflüssigkeit besitzen.Create a choke coil unit for three-phase systems. A three-phase inductor, with a five-column core can also be a good t-use solution be · For single-phase can be the best solution an interpretation be considered in the iron core of a central inner-column, and four - on the circumference of a circle, in a Vinke lab .stand of 90 ° arranged. - there are outer columns which are connected to each other and to the central column by two cross-shaped yokes, and in which the double coil is arranged on the inner column own other "insulating fluid.
Die nach der Erfindung ausgeführte Drosselspule - οιc Doppelspule und luftspaltlosem geschlossenem Eisenkern - wird im folgenden anhand der Figuren von Ausführungsbeispielen ausführlicher beschrieben. The reactor designed according to the invention - οιc double coil and closed iron core without air gap - Is described in more detail below with reference to the figures of exemplary embodiments.
Fig. 1 zeigt eine Schnitt zeichnung der orfindurif,«- gemäßen Drosselspule mit. der Schnittebene bei A-A in der Fig. 2., in dem die zwei Teilspulen parallel geschaltet' sind,Fig. 1 shows a sectional drawing of the orfindurif, «- proper choke coil with. the cutting plane at A-A in the Fig. 2., in which the two sub-coils are connected in parallel,
Fig. 2 zeigt dieselbe Drosselspule mit der Schnittebene bei B-B in der Fig. 1,Fig. 2 shows the same choke coil with the section plane at B-B in Fig. 1,
Fig. 3 zeigt die Reihenschaltung der Teilspülen dor erfindungsgemäßen Drosselspule, undFig. 3 shows the series connection of the sub-flushes dor the choke coil according to the invention, and
Fig, 4 zeigt jene Schaltung, bei der nur die eine Teilspule herausgeführte Anschlußklemmen besitzt, die andere Teilspuie aber in sich kurzgeschlossen ist.FIG. 4 shows that circuit in which only one part of the coil has connecting terminals which are led out, the other Teilspuie is short-circuited in itself.
Wie aus den Figuren Λ und 2 ersichtlich ist, besteht der Eisenkernrahmen i - der einen kreuzförmigen Grundriß hat - aus vier äußeren Säulenν aus der inneren Säule 2, und aus den, diese Säulen in 'Kreuaform verbindenden zwei Jochen, An der zentral liegfinden, inneren Säule 2 sind die zwei Teilspulen der Doppelspule 3"As can be seen from Figures Λ and 2, the iron core frame i - which has a cross-shaped plan - consists of four outer columnsν from the inner column 2, and of the two yokes connecting these columns in the shape of a cross, on the central lying, inner one Column 2 are the two sub-coils of the double coil 3 "
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ordnet, die miteinander so parallel geschaltet sind, daß ihre Magnetflußerregungen einander entgegengesetzt wirken. Die zwei Harbkoraponenten des Boppelspulenstroraes werden in dem Eisenkern gleichgroße, aber einander entgegengesetzte magnetische Flüsse erregen. Diese entgegengesetzten Flüsse ( ψ y. und Φ % bezeichnet) 7 schließen, sich in den Luftraum zwischen den Säulen - und in weniger wesentlichem Maße in den Jochen — des Eisenkernen. In dieser Weise entstehen zwei lineare, reaktive Scheinwiderstände, die miteinander parallel geschaltet sind. In Kenntnis der prinzipiellen physikalischen Zusammenhänge ist es möglich die Reaktanz der Anordnung mit praktisch genügend kleiner Fehlergrenze zu ermitteln. Iwhich are connected in parallel with one another so that their magnetic flux excitations act in opposition to one another. The two Harbkoraponenten of the Boppelspulenstroraes will excite magnetic fluxes of the same size but opposite to each other in the iron core. These opposite flows ( ψ y. And Φ% denoted) 7 close themselves in the air space between the columns - and to a lesser extent in the yokes - of the iron core. In this way, two linear, reactive apparent resistances are created, which are connected in parallel with one another. Knowing the basic physical relationships, it is possible to determine the reactance of the arrangement with a practically sufficiently small error limit. I.
Nachdem der wirksame Eißenkernqiierschnitt bei der Ermittlung der Windungsspannung mit dem optimalen magnetischen Induktionsvrerten in Betracht genommen werden kann, ist die auszuführende Drosselspule in Hinsicht des Spulengevd.ch.tes, dos Eisengewichtes und auch des Verlustes zu optimalisieren.After the effective egg kernel cut in the Determination of the winding voltage with the optimal magnetic induction value can be taken into account, is the choke coil to be executed in terms of Spulengevd.ch.tes, to optimize the iron weight and also the loss.
Es ist mit einer einfachen Berechnung leicht zu prüfen, daß die, der Erfindung entsprechende Drosselspule - so in Hinsicht auf daa Gewicht, wie auch auf die Verluste, auch die Eisenverluste dazu gezählt, aber auch die Betriebssicherheit und den Preis "betreffend — wesentlich günstiger auszuführen ist, wie die heutzutage üblichen, *It is easy to check with a simple calculation that the reactor according to the invention - so with regard to the weight, as well as the losses, including the iron losses, but also those Reliability and the price "concerning - essential is cheaper to carry out, like the usual nowadays, *
herkömmlichen Drosselspulen von gleicher·Leistung. Mit dem, den in dem Luftraum gezwungenen magnetischen Fluß abschirmenden, zentrisch angeordneten Eisenkern - dessen Ausführung beispielsweise in Fig. 1 und 2 gezeigt wurde können die magnetischen Kraftlinien so geführt werden, daß sie mit der in der Hähe liegenden Eisen-, und Metallteile praktisch nicht in Berührung kommen. Dadurch sind die zusätzlichen Verluste auf ein Minimum zu vermindern.conventional choke coils of the same · power. With the centrally arranged iron core shielding the forced magnetic flux in the air space - its Execution was shown for example in Fig. 1 and 2 can the magnetic lines of force are guided in such a way that they are in line with the iron and metal parts practically not come into contact. In this way, the additional losses can be reduced to a minimum.
Die geschlossene Eisenkernkonstruktion, macht est möglich, daß die Drosselspule in Hinsicht der Wärmekapa-The closed iron core construction makes it possible that the choke coil in terms of heat capacity
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Kität, aber auch die dynamischen Kräfte betreffend, mit großer Betriebssicherheit bemessen werden kann, etwa no, wie die Wicklung«spulen der Transformatoren.Kity, but also concerning the dynamic forces, with high operational reliability can be measured, for example no, like the winding «coils of the transformers.
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Claims (9)
PATENTANSPRÜCHE_ Q _
PATENT CLAIMS
luftspaltlos ausgeführten Eisenkernrahmen (1) sitzende Doppelspule besitzt, und daß die zwei Teilspulen der Doppelspule einander entgegengesetzt wirkende magnetische Erregungen erzeugen parallel (3), nacheinander in Reihe-geschaltet (4), oder so ausgeführt sind, daß die eine Teilspule hinausgeführte Anschlußklemmen besitzt (5), wahrend die andere in sich kurzgeschlossen ist (6).Choke coil with iron core, thereby ge ken nlr'e I η e t. that they at least one, on
Air-gapless iron core frame (1) has a seated double coil, and that the two sub-coils of the double coil generate opposing magnetic excitations in parallel (3), connected in series one after the other (4), or are designed in such a way that one sub-coil has connecting terminals leading out ( 5), while the other is short-circuited in itself (6).
ausgeführt ist.3 »Choke coil according to claim 1 or 2, characterized in that at least one sub-coil of the double coil is divided from several elements,
is executed.
Doppelspule aus einer Teilspule mit herausgeführten Anschlußklemmen, und einer in sich kurzgeschlossener Teilspule besteht, dadurch gekennzeichnet , daß
die kurzgeschlossene Teilspule aus mehreren Teileinheiten aufgebaut ist - die auch einzeln in sich kurzgeschlossen sein werden können - und daß diese Teileinheiten an beiden Seiten der offenen Spule an den Einenkern angebracht sind.4 ·. Choke coil according to claim 3, wherein the
Double coil consists of a coil section with connecting terminals led out and a coil section which is short-circuited in itself, characterized in that
the short-circuited sub-coil is made up of several sub-units - which can also be individually short-circuited - and that these sub-units are attached to the single core on both sides of the open coil.
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