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Mehrgängige Wendelwicklung mit parallelen Leitern für Transformatoren
und Drosselspulen großer Stromstärke Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrgängige
Wendelwicklung für Transformatoren oder Drosselspulen großer Stromstärke mit einer
gegebenen geraden Anzahl von Gängen, bei der die Leiter aller Gänge parallel geschaltet
sind, die Leiterzahl jedes Ganges mindestens zwei und bei mehr als zwei Gängen ungerade
ist und die Wicklung aus einer gegebenen ganzen Anzahl mehrgängiger Windungen, zwei
gleichen Wicklungsteilen in ihren Endbereichen mit konstanter Bogenlänge zwischen
je zwei aufeinanderfolgenden Wendelstellen und aus einem Mittelbereich besteht,
in dem jede Bogenlänge zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wendelstellen ein ganzes
Vielfaches der Bogenlänge - zwischen den Wendelstellen dieser Endbereiche
beträgt.
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Eine solche Wicklung ist bekannt. Durch eine derartige Wicklung wird
erreicht, daß die Windungen oder Windungsteile verschiedenen Durchmessers jedes
Leiters in gleicher Anzahl vorhanden sind, so daß im Leerlaufzustand in allen Leitern
die gleiche Spannung induziert wird und dadurch Ausgleichsströme vermieden werden.
Ferner wird bei einer derartigen Wicklungsanordnung der Einfluß des bei Belastung
auftretenden Streufeldes, welches an den Enden der Wicklung oder in der Nähe dieser
Enden auftritt und dessen Richtung radial nach außen gerichtet ist, auf einen Minimalwert
herabgesetzt. Aus der bekannten Wicklungsanordnung geht aber nur hervor. daß es
angebracht ist, wenn man in den Endbereichen der Wicklung jeden Leiter in jeder
Windung ebenso viele Lagen einnehmen läßt, wie es parallele Leiter gibt. Dies rührt
zu einer verhältnismäßig großen Anzahl von Wendelstellen und. da jede Wendeistelle
zusätzlichen Raum braucht, zu einem entsprechend größeren Raumbedarf. Außerdem erhöhen
die Wendelstellen der Wicklung deren Kosten, da sie die Herstellungsarbeit erschweren.
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Des weiteren ist eine Wicklung bekannt, bei der mehrere parallelgeschaltete
Leiter vorgesehen sind und die eine zyklische Wechseiwicklung darstellt. Diese zyklische
Wechselwicklung läßt jedoch nichts Näheres erkennen, wie die Endbereiche der Wicklung
ausgeführt werden sollen. Es ist zwar bei dieser bekannten Wicklung die Möglichkeit
angegeben, die paralleigeschalteten Leiter zu wendeln, aber nicht, wie man erreichen
kann, daß die durch das Streufeld der Wicklungsenden hervorgerufenen Unterschiede
der Leiterströme ausgeglichen werden. Erreichbar ist dies aber durch entsprechende
Wahl der Wendelung, Die vorliegende Erfindung verfolgt den Zweck, eine mehrgängige
Wendelwicklung der eingangs be-2 schriebenen Art zu schaffen, die, was die Vermeidung
der Ausgleichsströme anbelangt, der bekannten Wendelwicklung gleich oder nahezu
gleich ist, aber hierfür viel weniger Wendelstellen braucht, daher weniger Raum
beansprucht und billiger hergestellt werden kann. Die Erfindung besteht bei einer
solchen Wendelwicklung darin, daß die Wicklung im Endbereich eine Wickellänge von
B' und im Mittelbereich eine solche von
hat, wobei c eine ganze Zahl, n die Anzahl der Gänge, p die Gesamtzahl der
Leiter und B' =
die Bogenlänge zwischen den Wendelstellen der Endbereiche der Wicklung
und w die Gesamtwindungszahl der Wicklung ist. Bei dieser Ausführung der Wicklung
enthält jeder Endbereich die Hälfte der Wendelstellenzahl eines ganzen Wendelzyklus,
d. h. der Wendelstellenzahl, die nötig ist, um die Leiter nach dem Wendeln
in die anfängliche gegenseitige Ordnung zurückzubringen. Die Endbereiche brauchen
nicht mehr Wendelstellen zu enthalten, wenn die Endbereiche in bezug auf die Stromrichtung
einander gleichen. In diesem Falle findet jede Stelle eines Leiters im einen Endbereich
ihre komplementäre Stelle im anderen Endbereich, so daß der. Ausgleich nicht wie
bei der bekannten Wendelwicklung bereits in jedem einzelnen Endbereich, sondern
durch das Zusammenwirken beider Endbereiche erreicht wird.
Die Wendelwicklung
nach der Erfindung kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden. So können im Mittelbereich
der Wicklung die Bogenlängen zwischen den Wendelstellen das Zweifache der Bogenlängen
zwischen den Wendelstellen der Endbereiche betragen. Diese Bedingung muß dann erfüllt
sein, wenn die Zahl c kleiner als 3, d. h. also 1 oder 2, sein muß.
Eine'derart ausgeführte Wicklung weist aber die maximale Wendelstellenzahl auf,
die eine erfindungsgemäße Wicklung enthalten kann. Ist je-
doch das Streufeld
an den Enden des Mittelbereiches einer erfindungsgemäßen Wicklung, bei der die Zahl
c größer als 1 ist, nicht mehr störend, so kann der Mittelbereich der Wicklung
ebenfalls aus drei Teilen bestehen, deren äußere Teile gleich groß und
cB' lang sind und ein' Bogenlänge von cB' zwischen den Wendelstellen aufweisen,
während der mittlere Teil eine Länge, von
-(2c-2)B' und eine Bogenlänge von (2 c - 2) B' aufweist. Die Wendelstellenzahl
der Wicklung ist dann minimal.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der mehrere
Wicklungen nach der Erfindung schematisch dargestellt sind. In der Zeichnung ist
F i g. 1 das Blockschema einer mehrgängigen Wendelwicklung nach der Erfindung,
wobei nur die rechte Hälfte des Axialschnittes der Mehrgangswindungen der Wicklung
dargestellt ist, F i g. 2 das Schema einer Wicklung aus vier parallelgeschalteten
Leitern, F i g. 3 das Schema eines Teiles einer Wicklung aus sechs parallelgeschalteten
Leitern, F i g. 4 das Schema eines Teiles einer Wicklung aus acht parallelgeschalteten
Leitern, F i g. 5 das Schema eines Teiles einer Wicklung aus zwölf parallelgeschalteten
Leitern und F i g. 6 das Schema eines Teiles einer Wicklung großer Wickellänge,
die aus vier parallelgeschalteten Leitern besteht, wobei die verschiedenen Teile
der Wicklung in anderer Weise als bei den Wicklungen nach F i g. 1 bis
5 gruppiert sind.
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Einfachheitshalber ist bei allen Ausführungsbeispielen angenommen,
daß die Wendelstellen sich in Bogenlängen von 360' oder, einem Vielfachen
davon befinden. Dies ist aber 'keine zwingende' Bedingung, denn diese Bogenlängen
, sind nur. durch die- Gleichung,
wobei _#v auch eine ganze Zahl ist, bestimmt. Wenn also größer oder kleiner als
1 ist, wird die Mindestbogenlänge
B' der Wendelstellen größer bzw. kleiner als 360' sein.
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In F i g. 1 ist jede mehrgängige Windung durch ein Rechteck
dargestellt. Die Wicklung besteht aus drei Bereichen, nämlich aus den Endbereichen
I und III, die liinsichtlich der konstanten Bogenlänge von 360' zwischen
den Wendelstellen und dei gegenseitigen Reihenfolge der Leitergesehen in derselben
Stvomrichtung, vollständig einander gleich sind, und aus dem Mittelbereich IL Die
Endbereiche I und Ill haben je ein e Wickellänge von #Viermal 360',
und sie bestehen daher je aus vier zwischen Wendelstellen liegenden Bogenlängen
von 360' oder aus vier mehrgängigen Windungen. Der Mittelbereich II besteht
aus sechs Bogenlängen von 360' bzw. sechs mehrgängigen Windungen, welche
im Hinblick auf die Reihenfolge der parallelgeschalteten Leiter paarweise einander
gleich sind, so daß im Mittelbereich nur zwei Wendelstellen vorhanden sind. Auch
an den 'öbergängen zwischen jedem Endbereich 1, 111 und dem Mittelbereich
II wechseln die Leiter ihre Stellen. Die Wendelstellen sind durch ein Kreuz und
die Verbindung zwischen zwei gleichen Bogenlängen von 360' oder mehrgängigen
Windungrn ist durch einen senkrechten Strich angedeutet.
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Der mit der Erfindung erreichbare Vorteil geht noch deutlicher aus
den Wicklungen nach F i g. 2, 3,
4, 5 und 6 hervor. Die
Wicklung nach F i g. 2 besteht aus vier parallelgeschalteten Leitern, die
zusammen acht Bogenlängen von 360' oder mehrgängigen Windungen bilden. Die
Endbereiche I und III bestehen je aus drei Bogenlängen, und der Mittelbereich
11 weist zwei Bogenlängen auf, die einander gleich sind. Aus der Reihenfolge
der durch Ziffern gekennzeichneten Leiter jeder Bogenlänge von 360'
bzw. Windung
geht hervor, daß die Leiter der Bogenlängen oder Windungen der Endbereiche I und
Ill jedesmal ihre Stelle wechseln und daß die erste und die letzte Bogenlänge oder
Windung jedes Endbereiches und, da die Endbereiche 1 und III einander gleich
sind, daher auch die erste und die letzte Bogenlänge von 360' oder Windung
der gesamten Wicklung im Hinblick auf die Reihenfolge der Leiter und in radialer
Richtung - komplementäre Lagen einnehmen. Dadurch werden die Unterschiede
ausgeglichen, die infolge des bei Belastung an den Enden der Wicklung radial divergierenden
magnetischen Streufeldes entstehen. Dasselbe gilt für die Wicklungen nach P i
g. 3, 4 und 5.
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Wird die Anzahl parallelgeschalteter Leiter als p und die Anzahl
der Gänge jeder mehrgängigen Windung als n = 2 a, d. b. eine
gerade Zahl, bezeichnet, während die Mindestbogenlänge zwischen zwei Wechselstellen
gleich B' ist, so ist die Wickellänge der Wicklung gleich cnpB', und die Anzahl
mehrgängigpr Windungen ist dann
denn in den Ausrührungsbeispielen ist vorausgesetzt, daß B' = 360'.
Die Wicklungen nach F i g. 2, 3, 4 und 5, bei denen C
= 1 ist, bestehen daher aus 2 - 4 = 8
bzw. 2 - 6 = 12
bzw. 2 - 8 = 16 bzw. 4 - 12 = 48 Bogenlängen von
360' oder mehrgängigen Windungen. Die Endbereiche l'und III dieser Wicklungen
weisen
+ 1, d. h.
+1=3 bzw.# +l=4 bzw.
+ 1 = 5 bzw, +l=O Bogenlängen von
360' oder mehrgängigen Windungen auf, während der Mittel-bereich aus
- 2, also aus - 2 = 2
bzw.
- 2 4 bzw. -- 2 = 6 bzw. -2
= 22 Bogenlängen von 360' oder mehrgängigen Windungen besteht, die
paarweise gleich sind. - -
Die Wicklungen nach F i g. 2,
3, 4 und 5 weisen
.0
d. h.
6 bzw. = 9 bzw. 12 bzw.
36 Wendelstellen auf. Ist die Anzahl mehrgängiger Windungen einer Wicklung,
bei der c = 1
ist, gleich w und die Mindestbogenlänge zwischen den Wendelstellen
gleich B', so ist im allgemeinen die Anzahl der Wendelstellen der Wicklung gleich
Die Wicklung nach F i g. 6 besteht aus ctzp Bogenlängen von 360' oder
mehrgängigen Windungen mit zwei Gängen zweier paralleler Leiter. Dabei ist
c = 3, n = 2 und p = 4. Die Bogenlängen von
360'
oder die Windungen sind dabei derart gruppiert, daß die Wendelstellenzahl
der Leiter minimal ist. Die Wicklung besteht wieder aus zwei vollständig gleichen
Endbereichen 1 und 111, die je
+ 1
-- 3 Bogenlängen von 360' oder mehrgängige Windungen
aufweisen, während der Mittelbereich 11 aus
solcher Bogenlängen'oder Windungen besteht, so daß die Anzahl der Bogenlängen oder
der mehrgängigen Windungen der Wicklung 24 beträgt. Das Besondere dieser Wicklung
ist, daß der Mittelbereich II der Wicklung aus drei Bereichen Ila, Ilb und llc besteht,
von denen die Bereiche Ila und lIe ähnlich sind und je
- 1 = 1 Gruppe mit c = 3 gleichen Bogenlängen B' von
360' oder mehrgängigen Windungen aufweisen, während der mittlere Bereich
Ilb aus
+ 1 = 3 Gruppen mit 2 c - 2 = 4 gleichen Bogenlängen oder mehrgängigen
Windungen besteht. Durch diese Gruppierung wird die Anzahl der Wendelstellen bis
auf oder, wenn die. Anzahl -der mehrgängigen Windungen
der Wicklung durch W =
festgelegt ist, bis auf
herabgesetzt. Die Wicklung nach F i g. 6, bei der auch wieder einfächheitshalber
B' = 360' gewählt worden ist, hat also nur
= 10 Wendelstellen. Es wird klar sein, daß auf diese Weise die Anzahl der
Wendelungen stark beschränkt werden kann.
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Sollte z. B. die Wicklung nach F i g. 6 anstatt aus 24 mehrgängigen
Windungen aus 23 oder aus 25 Windungen bestehen, so müßte die Mindestbogenlänge
zwischen den Wendelstellen gleich 345 bzw. 375' sein, was aus der Gleichung
w
folgt. Anschließend sei erläutert, wie die Wendelstellenzahl bei Anwendung der Erfliidung-
gewählt werden muß, und zwar an Hand eines Beispiels.
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Es sei angenommen, daß die Wicklung aus 40 mehrgängigen Windungen,
4 parallelen Leitern und 2 Gängen besteht. Dann ist also w = 40;
p = 4 und n = 2. Bekanntlich wird die Abweichung des Streuflusses in
Endbereichen von etwa 10'/o der Wicklungshöhe derart merkbar, daß man ihr Rechnung
tragen muß (siehe z. B. die deutsche Patentschrift 1018 983).
Aus der im Anspruch
1 angegebenen Formel weiß der Konstrukteur, daß die Wickellänge des Endbereiches
= B ' und die Wickellänge der ganzen Wicklung
w - 360' ist. Es muß also gelten
d. h. also, im gewählten Beispiel soll sein
Das bedeutet, daß B' =
- 360' wird. Hat der Konstrukteur vorläufig diesen Wert I'ür
B- angenommen, so kann er aus der Formel
den angenäherten Wert für c bestimmen, denn
Daraus wird c =
. Der Konstrukteur weiß ferner, daß c eine ganze Zahl sein muß. Er kann
daher in diesem Falle c = 4 wählen. Dies bedeutet, daß B. =
40 - 360' = 5 360-,
4-2-4 Z
und die Wickellänge des Endbereiches
ist
- 360'.
Will aber der Konstrukteur nur Abstände von B' = 360'
zwischen den Wendelstellen der Endbereiche vorsehen, so ergibt sich aus
der Wert c = 5. Die Wickellänge des Endbereiches ist dann aber
3 - 360', also nicht 10'/" sondern nur 7,5'/o der Wickellänge w
- 360'. Ist ein Endbereich von 7,5'/o zu kurz, so muß B' größer als
360' gewählt werden, und c wird kleiner, z. B. wie oben = 4. Man darf
hierbei nicht vergessen, daß der Wert 10'/o nur eine Annäherung oder einen Durchschnitt
darstellt und keineswegs für alle Fälle gilt.