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Transformatorwicklung für hohe Leistungen und Stromstärken mit Scheibenspulen
Die Erfindung betrifft eine Transformatorwicklung für hohe Leistungen und Stromstärken
mit Scheibenspulen, die aus parallelen, radial nebeneinanderliegende Windungen bildenden
Teilleitern gewickelt sind, wobei einer oder mehrere Leiter zur Vergrößerung der
kapazitiven Kopplung bis in den Bereich wenigstens einer anderen Scheibenspule verlaufen
und zugleich in ihrer Ausgangsspule Platz für Kopplungswindungen einer anderen Scheibenspule
frei lassen.
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Derartige Transformatorwicklungen sind bekannt. So sind bei einer
aus mehreren Doppelscheibenspulen bestehenden Hochspannungswicklung für Transformatoren
die aus mehreren parallelen Leitern gewikkelten Spulen so ausgebildet, daß Windungen
der betreffenden parallelen Leiter bis in den Bereich einer anderen Scheibenspule
verlaufen und zugleich in ihrer Ausgangsspule Platz für die hinzuzugebenden Kopplungswindungen
einer anderen Scheibenspule frei lassen. Hierbei sind die Windungen der beiden Leiter
in jeder Spule derart dicht beieinander gelagert, daß sich eine starke kapazitive
Kopplung ergibt.
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Bei dieser bekannten Wicklungsart sind die Querschnitte der parallel
geschalteten Leiter gleich groß gewählt. Soll ein solcher Transformator nicht nur
für hohe Spannungen, sondern auch für hohe Stromstärken, d. h. für große Leistungen,
gebaut werden, so müssen verhältnismäßig viele parallel geschaltete Leiter verwendet
werden, denn nur Leiter von verhältnismäßig kleinem Durchmesser lassen sich leicht
in der erforderlichen Weise gemäß dem jeweils gewünschten Wickelschema durch die
benachbarte Spule hindurchschleifen.
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Die Erfindung soll nun speziell bei Transformatorwicklungen für hohe
Leistungen und Stromstärken in Anwendung kommen. Nach der Erfindung wird die Wicklung
so ausgebildet, daß jede Scheibenspule zumindest einen Hauptleiter stärkeren Querschnitts,
der in der Fläche dieser Spule verbleibt und aus parallelen Teilleitern besteht,
und mindestens einen parallel dazu gewickelten Hilfsleiter kleineren Querschnitts
enthält, der zur Bildung von in andere Scheibenspulen eindringenden Kopplungswindungen
dient. Auf diese Weise wird erreicht, daß die notwendigen Querschnitte für hohe
Stromstärken ohne Erschwerung der Wickelarbeit verwendet werden können und trotzdem
die gewünschte starke kapazitive Kopplung der Spulen untereinander vorhanden ist.
Eine solche kapazitive Kopplung wird bekanntlich angestrebt, um eine möglichst gleichmäßige
Potentialverteilung zwischen den Enden der Wicklung beim Auftreten von Stoßspannungen,
d. h. von Spannungswellen mit steiler Vorderflanke, zu erzielen. Im allgemeinen
wird für den beabsichtigten Zweck ein einziger Hilfsleiter genügen, der dem aus
einzelnen Teilleitern zusammengesetzten Hauptleiter parallel geschaltet ist, so
daß die Wicklung, wenn man die Hauptleiter als einen Einzelleiter auffaßt, insgesamt
aus zwei parallelen Leitern besteht. Die Windungen des Hilfsleiters können auf verschiedene
Weise in der Wicklung angeordnet werden.
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An den Stellen, an denen Windungen des Hilfsleiters unmittelbar radial
nebeneinander liegen, können die Leiter dieser Windungen entweder derart ausgeführt
sein, daß sie einander örtlich überkreuzen, oder derart, daß sie einander über nahezu
den ganzen Windungsumfang bedecken. In beiden Fällen entstehen in der Wicklung Kanäle,
welche ein axiales Hindurchströmen des Kühlmittels durch die Wicklung gestatten,
und zwar auch dann, wenn die Windungen der Scheibenspulen ohne Zwischenräume nebeneinander
gewickelt sind.
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Die zweite, vorstehend erwähnte Möglichkeit läßt sich bequemer durchführen.
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Die Wicklung nach der Erfindung weist auch den Vorteil auf, daß die
Verschiedenheit der verwendeten Leiter eine bessere Anpassung der Isolation
zwischen
den Windungen der Scheibenspulen an die aus Sicherheitsgründen zu stellenden Anforderungen.
ermöglicht, so daß auch bei sehr hohen Spannungen die Isolationsprobleme bei gegebenen
Radialabmessungen der :Scheibenspulen einfacher zu lösen sind.
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Einige Ausfährungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
schematisch dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 und 3 Querschnitte durch zwei Ausführungsformen
von Scheibenspulen, die aus zwei parallelen Leitern bestehen, ' Fig. 2 und 4 Ausschnitte
der Ansichten an den Stellen II-II und IV-IV in Fig. 1 und 3,' Fig. 5 und 6 Querschnitte
zweier anderer Ausführungsformen von Scheibenspulen mit zwei parallelen Leitern,
wobei die Windungen der parallelen Leiter anders angeordnet sind, Fig. 7 und 9 Querschnitte
zweier weiterer Ausführungsformen von Scheibenspulen mit zwei parallelen Leitern
und Fig. 8 und 10 Ausschnitte der Ansichten an den Stellen VIII-VIII und X-X in
Fig. 7 und 9.
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Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Wicklung besitzt zwei parallel geschaltete
Zweige a und b, die zu Scheibenspulen A, B gewickelt sind.
Der Hauptleiter b
ist ein Leiter mit großem Querschnitt und besteht aus mehreren
parallelen Teilleitern (nicht gezeichnet), die wie bei einem Kabel oder einer Litze
miteinander verseilt sind. Als Hilfsleiter a dient ein einzelner Leiter, der dem
Hauptleiter b gegenüber einen kleinen Querschnitt besitzt. Der Hilfsleiter a ist
in jeder Windung wellenförmig derart gebogen, daß er in axialer Richtung bis in
den Bereich wenigstens der nächsten Scheibenspule verläuft; er befindet sich demnach
teilweise in der Fläche der Scheibenspule A und teilweise in der Fläche der Scheibenspule
B. Die aufeinanderfolgenden Windungen beider Leiter sind mit den fortlaufenden Nummern
angedeutet. Die Zeichnung fäßt erkennen, daß der Hauptleiter b in der üblichen Weise
gewickelt ist und daß für diesen Leiter die beiden Scheibenspulen A und
B zusammen eine übliche Doppelspule bilden, bei der die Scheibenspule A von
innen nach außen und die Scheibenspule B von außen nach innen vom Betriebsstrom
durchflossen wird. Die Windungen des Hilfsleiters a verteilen sich über beide Scheibenspulen,
so daß eine wirksame kapazitive Kopplung zwischen den verschiedenen Windungen der
beiden Scheibenspulen erzielt wird.
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Aus Fig. 2 geht hervor, daß die Leiter, die zu den unmittelbar radial
nebeneinander liegenden Windungen des Hilfsleiters a gehören, einander an bestimmten
Stellen örtlich kreuzen.
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Die in Fig. 3 und 4 gezeigte Wicklung unterscheidet sich nur darin
von der Wicklung gemäß Fig. 1 und 2, daß die unmittelbar radial nebeneinander liegenden
Windungen des Mlfsleiters a einander über fast ihren ganzen Umfang decken. Die Scheibenspulen
dieser Bauart lassen sich bequemer wickeln als die gemäß Fig. 1 und 2. Auch in diesem
Fall erhält man zwischen den Windungen des Hauptleiters Zwischenräume, die ein Durchströmen
des Kühlmittels in axialer Richtung ermöglichen.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen Abwandlungen der Wicklungen gemäß den Fig.
1, 2, 3 und 4, wobei die Windungen des Hauptleiters b in den Scheibenspulen jedesmal
zwischen zwei Windungen des Hilfsleiters a liegen. In der Wicklung gemäß Fig. 5
kreuzen die unmittelbar radial nebeneinander gewickelten Windungen des Hilfsleiters
a einander, während sie sich bei der Wicklung gemäß Fig. 6 überdecken, und zwar
etwa in der in Fig. 2 bzw. 4 angegebenen Weise.
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Die Wicklung gemäß Fig. 7 und 8 besteht ebenfalls aus einem Hauptleiter
b und einem diesen parallel geschalteten Hilfsleiter a. Diese Wicklung unterscheidet
sich darin von der Wicklung gemäß Fig. 1 und 2, daß die Windungen des Hilfsleiters
a sowohl in der einen als auch in der anderen axialen Richtung aus der Ebene ihrer
Scheibenspule heraustreten, so daß die Windungen über drei Scheibenspulen verteilt
sind. Die unmittelbar radial nebeneinander liegenden Windungen des Hilfsleiters
a kreuzen einander örtlich.
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Die Wicklung gemäß Fig. 9 und 10 ist eine Abwandlung der in Fig. 7
und 8 angegebenen Wicklung und unterscheidet sich von dieser darin, daß die Windungen
des Hilfsleiters a, die unmittelbar radial nebeneinander liegen, verlaufmäßig einander
völlig decken.
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Die Wicklungen gemäß den Fig.7, 8, 9 und 10 können auch in der in
Fig. 5 bzw. 6 angegebenen Weise ausgeführt werden.
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Eine Transformatorwicklung gemäß der Erfindung kann auch aus einer
Kombination der in den verschiedenen zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen
angegebenen unterschiedlichen Scheibenspulen bestehen. Ferner brauchen nicht alle
Scheibenspulen der Wicklung die Merkmale der Erfindung aufzuweisen. Schließlich
können auch die Windungen des Hilfsleiters a, falls dies erwünscht ist, sich über
mehr als drei Scheibenspulen erstrecken.