DE3414581A1

DE3414581A1 - Inductor having yokes which are arranged at the ends above and below the windings

Info

Publication number: DE3414581A1
Application number: DE19843414581
Authority: DE
Inventors: Erich Dr.-Ing. 8500 Nürnberg Reiplinger
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Transformatoren Union AG
Priority date: 1984-04-17
Filing date: 1984-04-17
Publication date: 1985-10-24
Also published as: BR8501797A

Abstract

In the case of such inductors for high electrical powers, the yokes frequently have the form of continuous bars whose ends are rigidly braced to one another and whose centre sections are freely oscillating. According to the invention, in order to reduce the natural frequency of the yokes (3), their centre section is loaded by means of a mass (9) which additionally oscillates with the yoke mass. As a result of the arrangement of the additional mass (9) which is provided according to the invention, the amplitudes of the yokes (3) are reduced, particularly in the case of inductors having rated powers of more than 5 MVA, to such an extent that a considerable reduction in the noise emission can be achieved. <IMAGE>

Description

Drossel mit stirnseitig über und unter den WicklungenChoke with the face above and below the windings

angeordneten Jochen Die Erfindung betrifft Drosseln für große elektrische Leistungen mit drei in einer Reihe hintereinander angeordneten Wicklungen und mit stirnseitig über und unter den Wicklungen angeordneten Jochen in Form von durchgehenden Balken, deren Enden starr miteinander verspannt und deren Mittelabschnitte freischwingend sind.arranged yokes The invention relates to chokes for large electrical Performances with three windings arranged one behind the other in a row and with Yokes in the form of continuous yokes arranged on the end face above and below the windings Beams, the ends of which are rigidly clamped together and the middle sections of which are freely swinging are.

Kompensations-Drosselspulen dienen in Mittel- und Hochspannungsnetzen bei der Übertragung elektrischer Energie über ausgedehnte Hochspannungsfreileitungen oder Kabel mehreren Zwecken. Zum einen kompensieren sie die kapazitive Blindleistung der Übertragungsleitungen besonders bei schwach belastetem oder leerlaufendem Netz.Compensation reactors are used in medium and high voltage networks when transmitting electrical energy over extensive high-voltage overhead lines or multi-purpose cable. On the one hand, they compensate for the capacitive reactive power of the transmission lines, especially in the case of a lightly loaded or idle network.

Zum anderen sorgen sie für eine Herabsetzung netzfrequenter Überspannungen bei plötzlichem Lastabwurf oder leerlaufendem Netz und verbessern die Stabilität und die Wirtschaftlichkeit der Energieübertragung.On the other hand, they reduce line-frequency overvoltages in the event of sudden load shedding or an idling network and improve stability and the economy of power transmission.

Kompensations-Drosselspulen mit ÖIkühlung werden häufig mit durch Spalte unterteiltem Eisenkern hergestellt. Der Verlauf der Strom-Spannungs-Kennlinie ist oberhalb der Nennspannung bei Drosselspulen mit wirtschaftlich optimaler Auslegung bei der Ausführung mit einem Eisenkern bis zur 1,2- bis 1,3-fachen Nennspannung praktisch linear.Compensation reactors with oil cooling are often used with Split iron core made. The course of the current-voltage characteristic is above the nominal voltage for reactors with an economically optimal design for the version with an iron core up to 1.2 to 1.3 times the nominal voltage practically linear.

Bei dieser Bauart sind die Schenkel des Eisenkernes im Bereich der Wicklungen durch senkrecht zu den Schenkelachsen angeordnete Spalte unterteilt. Die Spalte werden durch Beilagen aus magnetisch neutralem Werkstoff mit sehr großem Elastizitätsmodul gebildet. Dadurch sind die Spalte praktisch vollständig mit starrem Werkstoff gefüllt.In this design, the legs of the iron core are in the area of the Windings divided by columns arranged perpendicular to the leg axes. The gaps are made of magnetically neutral material with very large inserts Modulus of elasticity formed. Thereby are the column practically completely filled with rigid material.

Zwische diesen Spalten befinden sich Eisenpakete. Sie sind aus Transformatorblech aufgebaut und parallel oder radial geschichtet und verklebt. Die Eisenpakete und die Luftspaltbeilagen werden untereinander ebenfalls häufig verklebt.Between these columns there are iron packages. They are made of transformer sheet metal built up and layered and glued in parallel or radially. The iron packages and the air gap shims are also often glued together.

Eisen kerne in Drosselspulen ermöglichen eine Auslegung mit ähnlich hoher Induktion wie bei Transformatoren. Da die Induktion in den Spalten in erster Näherung nur um den Füllfaktor der Eisen pakete niedriger ist als in den Eisenpaketen selbst, tritt in den Spalten eine hohe magnetische Energiedichte auf. Demzufolge sind die Abmessungen, das Gewicht und die Verluste der Drosselspulen mit Eisenkern wesentlich kleiner als bei von der Nennleistung her vergleichbaren Ausführungen von Drosselspulen ohne Eisenkernschenkel.Iron cores in reactors allow a design with similar high induction like transformers. Since the induction in the columns is first Approximation only by the fill factor of the iron packets is lower than in the iron packets itself, a high magnetic energy density occurs in the gaps. As a result are the dimensions, weight and losses of the iron core reactors much smaller than in versions with comparable nominal power of inductors without iron core legs.

Um die Wirbelstromverluste in den Wicklungen und Eisenpaketen, welche durch die in der Umgebung der Spalte auftretende Querkomponente des magnetischen Flusses verursacht werden, niedrig zu halten, müssen die Spalte hinreichend klein sein. Da die magnetische Energiedichte der Luftspalte umso größer wird, je kleiner die Luftspalte sind, kommt der richtigen Bemessung der Luftspalte auch bezüglich der Baugröße von Drosselspulen besondere Bedeutung zu.To the eddy current losses in the windings and iron packets which due to the transverse component of the magnetic that occurs in the vicinity of the column To keep the flux low, the gaps must be sufficiently small be. Since the magnetic energy density of the air gap becomes greater the smaller it is the air gaps are, the correct dimensioning of the air gaps also comes with regard to the size of choke coils is of particular importance.

Zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungen und Geräusche werden die Wicklungen und der Eisen kern der Drosselspulen durch Preßkonstruktionen dauerhaft miteinander verspannt. Um unterschiedliche Längenausdehnungen bei Temperaturänderungen zwischen Wicklungen, Eisenkern und Preßkonstruktion auszugleichen, und eine gleichbleibende Pressung zu gewährleisten, sind in die Preßkonstruktion federnde Elemente eingebaut. Dabei bleibt jedoch der Eisenkern durch die Füllung seiner Spalten mit Werkstoff mit sehr großem Elastizitätsmodul ein unmittelbar an den Jochen anliegender starrer Baukörper.To suppress unwanted vibrations and noises the windings and the iron core of the choke coils by pressed structures permanently braced together. About different linear expansions with temperature changes balance between windings, iron core and press construction, and a consistent To ensure compression, resilient elements are built into the press construction. However, the iron core remains through the filling of its gaps with material with a very high modulus of elasticity, a rigid one that lies directly against the yokes Structure.

Die Ausführung der Wickungen unterscheidet sich praktisch nicht von der Bauweise von Transformatorwicklungen. Für Transformatorwicklungen ist es beispielsweise durch die DE-PS 20 32 501 bekannt, die Wicklungen in einen rohrförmigen Körper aus Kunstharz einzubetten und diesen Körper, ähnlich wie einen Eisenkern, in die Preßeinrichtung einzuspannen.The execution of the windings is practically no different from the construction of transformer windings. For transformer windings, for example known from DE-PS 20 32 501, the windings in a tubular body Embed synthetic resin and this body, similar to an iron core, in the pressing device to clamp.

In Kompensations-Drosselspulen mit derartigen Wicklungen und mit als starrem Baukörper ausgeführten Eisenkernen mit ebenfalls starren Spalt füllungen werden die magnetodynamisch verursachten Längenänderungen der Schenkel ebenso wie die zwischen den Schenkeln und den Jochen auftretenden Magnetkräfte ungedämpft auf die Joche übertragen, die dadurch mit doppelter Netzfrequenz schwingen und als Geräuschquelle wirken. Dabei kann die statisch unbestimmte Lagerung der balkenförmigen Joche auf den in einer Reihe hintereinanderstehenden drei Kernschenkeln und/oder Wicklungen noch zu einer zusätzlichen Verstärkung der Geräusche führen.In compensation reactors with such windings and with as Rigid iron cores with rigid gap fillings are the magnetodynamically caused changes in length of the legs as well as the magnetic forces occurring between the legs and the yokes are undamped The yokes are transmitted, which vibrate with twice the mains frequency and as a source of noise works. The statically indeterminate storage of the bar-shaped yokes can arise the three core legs and / or windings standing one behind the other in a row still lead to an additional amplification of the noise.

Als Abhilfe ist durch die deutsche Anmeldung P 32 36 063.0 für Drosseln mit Eisenkernschenkeln vorgeschlagen, die Joche statisch bestimmt nur an ihren Enden starr mit den eine starre Säule darstellenden äußeren Kernschenkeln zu verspannen und dabei den in sich ebenfalls eine starre Säule darstellenden mittleren Kernschenkel in Richtung seiner Längsachse federnd zu halten.As a remedy, the German application P 32 36 063.0 for throttles proposed with iron core legs, the yokes statically determined only at their ends to be rigidly braced with the outer core legs, which represent a rigid column and the central core leg, which is also a rigid column to hold resiliently in the direction of its longitudinal axis.

Bei dieser Anordnung wird die Größe der dynamischen Schwingungen insbesondere der Joche bei gleichbleibender Kraft durch die Größe der Steifigkeit und die Größe der Eigenfrequenz der Joche bestimmt. Große Steifigkeit und niedrige Eigenfrequenz führen zu erwünscht kleinen Schwingungsamplituden. Normalerweise sind jedoch die beiden Größen gegenläufig, denn kleine Steifigkeit bedeutet niedrige Eigenfrequenz und große Steifigkeit bedeutet dementsprechend hohe Eigenfrequenz. Durch Veränderung der Kerngeometrie ist dieser Zusammenhang nicht veränderbar.With this arrangement, the magnitude of dynamic vibrations becomes particular of the yokes with constant force due to the size of the stiffness and the size determined by the natural frequency of the yokes. Great rigidity and low natural frequency lead to desired small oscillation amplitudes. Usually, however, the both sizes run in opposite directions, because small stiffness means low natural frequency and great rigidity means a correspondingly high natural frequency. Through change this relationship cannot be changed for the core geometry.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der Kerngeometrie die Eigenfrequenz der Joche zu verringern.Proceeding from this, the invention is now based on the object below Maintaining the core geometry to reduce the natural frequency of the yokes.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für Drosseln der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zur Verringerung der Eigenfrequenz der Joche deren Mittelabschnitt durch eine zur Jochmasse zusätzliche mitschwingende Masse belastet ist.According to the invention, this object for throttles is the one mentioned at the beginning Art solved in that to reduce the natural frequency of the yokes, their central section is burdened by a mass that also oscillates along with the yoke mass.

Nach vorteilhaften Augestaltungen der Erfindung sind alle demselben Joch zugeordneten mitschwingen den Massen durch durchgehende Zugstangen mit sternförmigem Querschnitt mit dem Joch verspannt und ist die zusätzliche mitschwingende Masse im Querschnitt U-förmig und umfaßt den Mittelteil des zu tragenden Joches auf der Seiten.According to advantageous embodiments of the invention, they are all the same Yoke assigned to resonate with the masses through continuous tie rods with star-shaped Cross-section clamped to the yoke and is the additional resonating mass U-shaped in cross-section and comprises the central part of the yoke to be carried on the Pages.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht bei ihrer Anwendung auf eine Anordnung mit Schenkelkern aus in Achsrichtung mit Abständen übereinandergestapel ten Eisenkernscheiben darin, daß je Joch je eine Hälfte des mittleren Schenkelkernes gleichzeitig zur Vergrößerung der zusätzlichen schwingenden Masse dient.An expedient development of the invention consists in its application to an arrangement with a leg core stacked one on top of the other in the axial direction at intervals ten iron core disks in that each yoke has one half of the middle leg core at the same time serves to increase the additional oscillating mass.

Drosselspulen mit erfindungsgemäß durch Zusatzmassen belastete Joche haben den erheblichen Vorteil, daß sie ohne wesentliche Änderung ihrer wesentlichen Abmessungen eine erhebliche Herabsetzung der Eigenfrequenz der Joche und damit eine wesentliche Herabsetzung der Geräuschabstrahlung ermöglichen.Choke coils with yokes loaded according to the invention by additional masses have the significant advantage that they can be used without any substantial change in their essentials Dimensions a significant reduction in the natural frequency of the yokes and thus a enable a significant reduction in noise emissions.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Drossel mit Rahmenkern und Figur 2 eine Drossel mit einem dreischenkligen Eisenkern.Two embodiments of the invention are based on a drawing explained in more detail. The figures show: FIG. 1 a choke with a frame core and FIG. 2 a Throttle with a three-legged iron core.

Einander entsprechende Bauteile sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.Components that correspond to one another are identified by the same in both figures Provided with reference numerals.

Den drei Phasen eines Drehstromsystems zugeordnete Wicklungen 2 sind in einer Reihe hintereinander angeordnet.Windings 2 assigned to the three phases of a three-phase system are arranged in a row one behind the other.

Die Wickungen 2 sind selbsttragend oder auf einen Wicklungstragzylinder aus Isolierwerkstoff beispielsweise aus Preßspan, Hartpapier oder Porzellan aufgewickelt.The windings 2 are self-supporting or on a winding support cylinder wound from insulating material, for example from pressboard, hard paper or porcelain.

Zum Halten der einzelnen Windungen oder Spulen von selbsttragenden Wicklungen 2 dienen häufig auch diese ganz oder teilweise umhüllende nicht dargestellte Kunstharzumgüsse.For holding the individual turns or coils of self-supporting Windings 2 are often also used for these completely or partially enveloping, not shown Synthetic resin castings.

Die Wicklungen 2 sind in dem Raum zwischen Jochen 3 fest eingespannt. Die elektrische Isolation der Wicklungen 2 gegenüber den Jochen 3 ist durch Druckplatten 11 oder, beispielsweise bei der Ausführung gemäß Figur 2 durch nicht näher dargestellte hölzerne Druckringe einer Preßeinrichtung gewährleistet.The windings 2 are firmly clamped in the space between yokes 3. The electrical insulation of the windings 2 from the yokes 3 is by pressure plates 11 or, for example in the embodiment according to FIG. 2, by means not shown in detail wooden pressure rings guaranteed by a pressing device.

Die Joche 3 und/oder die Preßeinrichtung sind durch Fußplatten 5 auf der Bodenwanne eines Kessels 6 abgestützt.The yokes 3 and / or the pressing device are supported by foot plates 5 the floor pan of a boiler 6 is supported.

Der Kessel 6 ist meist mit zur Isolierung und zur Kühlung dienendem Transformatoröl gefüllt und häufig mit Schall-Dämmwänden versehen. Nach oben ist der Kessel 6 üblicherweise durch einen Deckel 8 abgeschlossen.The boiler 6 is mostly used for insulation and cooling Transformer oil filled and often with Provide sound insulation walls. At the top, the boiler 6 is usually closed by a cover 8.

Bei der Ausführung gemäß Figur 1 sind die Enden der Joche 3 durch einen Zuganker 12 fest gegen gleichzeitig als Stützen dienende Rückschlußschenkel eines Rahmenkernes 7 gepreßt und dadurch fest eingespannt. Dagegen liegen die Mittelabschnitte der Joche 3 frei im Raum und werden dort bei entsprechender Anregung beispielsweise durch Magnetkräfte schwingen. Da die Magnetkräfte mit doppelter Netzfrequenz oszillierend auftreten, sind die Schwingungsamplituden und damit die Geräuschabstrahlung der Mittelabschnitte der Joche 3 besonders groß, wenn ihre Resonanzfrequenz in der Nähe der doppelten Netz frequenz oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon liegt. Zur Absenkung der Resonanzfrequenz der Joche 3 unter die doppelte Netzfrequenz sind an den Mittelabschnitten der Joche 3 zusätzliche mitschwingende Massen 9 befestigt.In the embodiment according to Figure 1, the ends of the yokes 3 are through a tie rod 12 firmly against back yoke legs serving as supports at the same time a frame core 7 pressed and thereby firmly clamped. In contrast, the middle sections lie the yokes 3 free in space and are there for example with appropriate stimulation vibrate by magnetic forces. Because the magnetic forces oscillate at twice the mains frequency occur, the vibration amplitudes and thus the noise emissions are the Central sections of the yokes 3 are particularly large when their resonance frequency is close twice the network frequency or an integral multiple thereof. To the Reduction of the resonance frequency of the yokes 3 below twice the mains frequency 3 additional resonating masses 9 attached to the middle sections of the yokes.

Bei der Ausführung gemäß Figur 2 sind die Enden der Joche 3 in nicht näher dargestellter Art und Weise gegen Schenkelkerne aus Eisenkernscheiben 1 und harten Zwischenlagen 4 gepreßt. Auch bei dieser Anordnung sind die Mittelabschnitte der Joche 3 frei im Raum und können schwingen. Die Resonanzfrequenz der Joche 3 ist wiederum durch zusätzliche mitschwingende Massen 9 verkleinert, wobei je eine Hälfte des mittleren Schenkelkernes an je einem der Joche 3 zur Vergrößerung der jeweiligen Masse 9 dient.In the embodiment according to FIG. 2, the ends of the yokes 3 are not the manner shown in more detail against leg cores made of iron core disks 1 and hard intermediate layers 4 pressed. Also in this arrangement are the middle sections the yokes 3 freely in space and can vibrate. The resonance frequency of the yokes 3 is in turn reduced by additional resonating masses 9, one each Half of the middle leg core on each of the yokes 3 to enlarge the respective mass 9 is used.

Die zusätzlichen mitschwingenden Massen 9 und bei der Ausführung gemäß Figur 2 auch die Hälften des mittleren Schenkelkernes sind durch Zugstangen 10 miteinander verbunden. Soweit diese Zugstangen 10 in Richtung der Flußlinien eines Magnetfeldes liegen, ist es zur Senkung der Verluste zweckmäßig, ihren Querschnitt sternförmig zu gestalten.The additional resonating masses 9 and in the execution according to FIG. 2 also the halves of the middle leg core are connected to one another by tie rods 10 tied together. As far as these tie rods 10 in the direction of the lines of flux of a magnetic field are, it is useful to reduce the losses, their cross-section star-shaped to design.

Die zusätzlichen Massen 9 ihrerseits sind im Längsschnitt T-förmig oder trapezförmig und berühren die Joche 3 ausschließlich in deren Mittelabschnitt, so daß sie einerseits keinen Einfluß auf die Steifigkeit der Joche 3 haben andererseits aber deren schwingende Masse vergrößern, so daß die Resonanzfrequenz wirksam abgesenkt ist.The additional masses 9 for their part are T-shaped in longitudinal section or trapezoidal and touch the yokes 3 only in their middle section, so that on the one hand they have no influence on the rigidity of the yokes 3 on the other hand but increase their vibrating mass, so that the resonance frequency is effectively lowered is.

2 Figuren 5 Patentansprüche2 figures 5 claims

Claims

Claims 1. Choke for large electrical power with three in a row one behind the other arranged windings (2) and with the end face over and yokes (3) arranged under the windings (2) in the form of continuous bars the ends of which are rigidly clamped together and their central sections freely swinging are, d a -d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that to reduce the natural frequency of the yokes (3) the middle section of which by an additional oscillating to the yoke mass Mass (9) is loaded.

2. Throttle according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that all masses (9, 1, 4) associated with the same yoke (3) through continuous tie rods (10) with a star-shaped cross-section with the yoke (3) are tense.

3. Throttle according to claim 1 and 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the additional resonating mass (9) is U-shaped in cross section is and comprises the central part of the yoke to be carried (3) on three sides.

4. Throttle according to claim 1 to 3, when applied to an arrangement with leg cores made of iron core disks stacked one on top of the other at intervals in the axial direction (1) and hard intermediate layers (4), d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that per yoke (3) one half of the middle leg core at the same time for enlargement the additional oscillating mass (9) is used.

5. Throttle according to one of claims 1 to 4, d a -d u r c h g e k It is indicated that the additional mass (9) is T-shaped or in longitudinal section is designed trapezoidal.