Artikelen Smit Trafo

De jaren vijftig en zestig, dat was de tijd van onderzoek naar de toepassing van kernenergie. Het splijten van zware atoomkernen wordt toegepast in de huidige kerncentrales. Het fuseren van waterstof kernen wil men toepassen voor toekomstige kernfusie centrales. Dit onderzoek vindt plaats bij diverse wetenschappelijke instituten en universiteiten in Nederland. Je hebt wel sterke magnetische velden nodig bij kernfysisch onderzoek. Het verloop van het magnetische veld moest wel aan allerlei eisen voldoen. Dat was afhankelijk van het soort onderzoek dat men deed. Als je wist hoe het verloop moest zijn, ging je van daaruit de vorm van de spoel(en) bepalen. Je hebt vaak wel een combinatie van spoelen nodig om het juiste magnetische veld te maken. Als je de vorm van de spoelen wist, ging je een fabrikant zoeken die spoel(en)  kan maken.

De wetenschapper ontwerpt de spoelvorm, maar is die ook maakbaar?. Het is logisch dat men bij Smit Transformatoren uitkwam met de vraag:  “Kunnen jullie een spoel voor ons wikkelen met zo’n vorm en die eigenschappen”. Smit kon dat natuurlijk, want voor een technische uitdaging werd niet weggelopen.

Het maken van een wikkeling vereist het nodige vakmanschap van de wikkelaar. Het zetten van de uitlopers, het “vasthouden” van de eerste winding(en), het maken van laag- dan wel schijfovergangen, etc.  De kwetsbare elektrische isolatie van de geleider mag daarbij niet beschadigen. De wikkelbank dient ook zonder schokken aan te lopen en te remmen, want anders komen de windingen los te zitten. Dit alles is bij Smit al aanwezig voor het maken van wikkelingen voor transformatoren. 

Opm : De begrippen “wikkeling” en “spoel” worden vaak gewoon door elkaar gebruikt. Bij een wikkeling denken we aan een deel een apparaat, zoals een transformator. Bij een spoel denken we aan een losse component, die je gewoon als onderdeel kunt kopen. 

In onderstaande foto’s geven een goed beeld te zien van de variatie in spoelvormen die gewikkeld werden. Informatie van de opdrachtgever(s) en de toepassing van de spoel is zoveel mogelijk vermeld. Soms resteert helaas alleen de foto. Mochten sommige lezers nog informatie hebben, laat het dan even weten. Dan zetten we de tekst erbij.

Dit verhaal geeft al snel een opsomming in een chronologische volgorde. Het ontwerp en constructie van deze spoelen lag vaak op de grens van wat op dat moment mogelijk was. Dat alles was voor Smit natuurlijk een uitdaging. Dit verhaal laat dan ook een beeld zien van de technische kwaliteiten van de medewerkers van Smit, van ontwerpers en constructeurs tot wikkelaars en monteurs. 

Betatron voor afdeling Technische Physica van de TU Delft geleverd in 1950/51 

Dit project omvat een watergekoelde spoel voor de betatron met daarbij een magnetische sluitjuk.      

    

Een betatron is een soort cyclische deeltjesversneller. Het is eigenlijk een transformator met een primaire spoel die uit twee ronde wikkelingen bestaat ( zie fig  1) De secundaire spoel is eigenlijk één winding die kortgesloten is. Die winding wordt gevormd door het hete plasma in een torusvormige vacuümbuis ( qua vorm lijkt die op een binnenband van een fiets ). Het magnetische sluitjuk kun je zien als de kern van de transformator. Een wisselstroom in de primaire spoelen zorgt er voor dat er een grote stroom gaat lopen in het plasma. Het plasma wordt dus verhit en dat versnelt de elektronen. De straling die hierbij vrij komt kun je voor technische dan wel medische doeleinden (bestraling) gebruiken. De maximale energie die een betatron kan geven, wordt echter beperkt door de sterkte en omvang van het magnetische veld. Dit komt door de verzadiging van het ijzer en door de grootte van het magnetische sluitjuk. 

Hieronder twee spoelen waarvan we niet meer kunnen achterhalen voor wel instituut die bestemd waren.

Twee watergekoelde magneetspoelen voor de Rijksuniversiteit Groningen. Elke magneetspoel wordt gewikkeld met een vierkante holle geleider van 10 x 10 mm met daarin een vierkant koelkanaal van 7 x 7 mm. De hoofdwikkeling bestaat uit 14 dubbelspoelen van elk 42 windingen die in serie staan voor de gelijkstroom van 300 A. Voor de koeling zijn de koelkanalen parallel geschakeld.  ( zie fig 5 en fig 6 )

Watergekoelde magneetspoelen voor de Universiteit in Groningen ( zie fig 7 ). Elke spoel bestaat uit 5 dubbelspoelen van 100 windingen. Tussen de dubbelspoelen zitten koelplaten waarop een buis gesoldeerd om het koelwater door heen te sturen. De magneetspoel is demontabel. Je moet de spoel later kunnen monteren in luchtspleet van de stuurmagneet van de “van der Graaf generator”.

Een toroïdevoor een kernfusie opstelling voor het F.O.M. ( Fundamenteel Onderzoek van de Materie ).  Het magnetische veld loopt als een cirkel rond door de binnendiameter van de 24 spoelen. Dit magnetische veld moet het plasma opsluiten in een toroïdaal vacuümvat. Deze spoelen worden gewikkeld van een holle koperen geleider. Deze rechthoekige koperen geleider wordt met water gekoeld en is geïsoleerd met kunststof band.

 Fig 10  De 24 spoelen samengesteld.

Zie ook : Smit Mededelingen 23 (1968) No 2 pag 83 en Smit Mededelingen 24 (1969) No 1 pag 37- 47 

Twee ontladingsvrije spoelen met een groot instelbereik voor kabelfabriek van N.K.F. Deze spoelen zijn nodig voor het testen van kunststof hoogspanningskabels. Elke spoel bestaat uit 50 dubbelspoelen van 140 windingen. De spoel dient instelbaar te zijn door het juiste aantal dubbelspoelen in serie te zetten. Tevens moeten de spoelen zowel in serie als parallel gezet kunnen worden. De maximale spanning aan de bovenzijde is 460 kV en aan de onderzijde is dat 345 kV.

Deze spoelen hebben in het hoogspanningslaboratorium van de TU Delft gestaan, maar vormen nu deel van een testcircuit voor hoogspanningskabels in het hoogspannings-laboratorium bij de Kema te Arnhem.  

Een supergeleidende spoel voor een testfaciliteit in Zwitserland SULTAN in samenwerking met het ECN te Petten in de periode 1978 - 1982    

Er kwam een verzoek om een supergeleidende spoel te wikkelen voor een SUpraLeiterTestANlage in Villigen – Zwitserland. De supergeleidende kabel bestaat uit een kabeltje van supergeleidende draden die gesoldeerd op een rechthoekige koperen buis. De koeling is met vloeibaar helium bij -269 oC ( dus 4,2 Kelvin ) en die pomp je door de buis.

De geleider moet tijdens het wikkelen op remspanning gehouden worden, vervolgens gestraald met glasparels, ontvet en omwikkeld met glasband. Elke laag werd gewikkeld van een stuk kabel.

 

Fig 15   Wikkelen supergeleidende spoel met de constructeur Joop ten Zweege 

In de spoelenmontage werden de elektrische verbindingen tussen de 10 lagen gesoldeerd. De lagen stonden elektrisch in serie. De koelaansluitingen werden elektrisch geïsoleerd om ze aan later aan te sluiten op de vloeibaar helium koeling. Een roestvaststalen cilinder werd aan de buitendiameter over de spoel geschoven. De spoel kon ingegoten worden met een speciale giethars in een bestaande oven die enigszins aangepast was. De kennis en ervaringen van Smit Ede met het maken van gietharstransformatoren was daarbij onontbeerlijk. De spoel is daarna verzonden naar Villigen en beproefd. Hij voldeed boven verwachting.

 


Fig 16 De opstelling met links het vacuüm mengvat voor de giethars die daarvoor geleend was van Smit Ede.

 

Gradientspoelen voor Philips Medical Systems 1984 – 1988. 

Een MRI scan is tegenwoordig een bekend begrip. Je wordt dan in een supergeleidende magneet geschoven voor een medisch onderzoek.Aan de binnendiameter van die supergeleidende magneet zit een cilinder met daarop gradiënt spoelen. De gradiënt spoelen bestaan drie separate spoelensets. Elke spoelenset maakt een magnetische veldgradiënt in een richting.

Er is een z-spoelenset en die bestaat uit 2 ronde spoelen.  De x-spoelenset en de y-spoelenset worden samengesteld uit elk 4 zadelvormige spoelen. Je monteert dus 10 spoelen op een glasepoxy cilinder. (zie fig 17) 

Fig 17 Het monteren van de spoelen door Ronny Christ ( links ) en Wim Berns

 

Supergeleidende spoel met keramische supergeleidende tape in samen werking met TU Twente en Kema   2000 – 2002.    

Professor Damstra had een idee : Maak eerst maar eens één spoel die werkt op vloeibare stikstof temperatuur, voordat je na gaat denken over een supergeleidende transformator. Die transformator werkt dan ook op een temperatuur van – 160 oC ( dus 77 K ). Het voordeel is dat er geen elektrische verlies meer is in de wikkeling.

De wikkeldraad is eigenlijk een supergeleidende tape. Die tape is zeer kwetsbaar en je mag er nagenoeg geen trekkracht op uitoefenen. Een speciale afhaspel opstelling werd gemaakt door de TU Twente. De spoel was niet zo groot en kon daarom gewikkeld worden in de wikkelarij van de nettransformatoren. Die afdeling heeft trouwens ook veel ervaring in het wikkelen van dunne draden. De spoel werd gewikkeld in Stycast, dus zeg maar een soort nat wikkelen. Stycast is een epoxy met goed eigenschappen bij lage temperaturen.

Na het wikkelen werd de spoel verstuurd naar de TU Twente voor de beproeving en het bepalen van eigenschappen zoals de wisselstroom verliezen en de maximale stroom.

Bron: Archief Royal Smit Transformatoren, door Kees Spoorenberg

Reacties mogelijk gemaakt door CComment

Cloud tag

Laatste artikelen

Laatste reacties

      LEES MEER

Wie is online

We hebben 251 gasten en geen leden online

Statistieken

Aantal bekeken pagina's
9452693
DMC Firewall is a Joomla Security extension!