DE1638950A1 - Aus ineinandergewickelten Scheibenspulen aufgebaute Roehrenwicklungen fuer Transformatoren,Drosseln u.dgl. - Google Patents

Description

We.stlngbou.se Erlangen, *" '· ■'"»ί 1967

Electric Corporation ' Werner-von-Siemensstr.50

Pittsburgh, Pa., USA 1638950

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Aus ineinandergewickelten Scheibenspulen aufgebaute Röhrenwicklung für Transformatoren, Drosseln u.dgl. ■

Für diese Anmeldung wird die priorität aus der entsprechenden USA-Patentanmeldung _;Ser.No . ^c^63 768 vom 8.7.1966 beansprucht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine aus ineinandergewickelten Schei-Deno puleh aufgebaute Röhrenwicklung für Transformatoren, Drosseln u.dgl. Bekanntlich ist der Eingang von Transformatorwicklungen durch a ?f"treffende Überspannungswellen, z.B. Blitzwellen stark gefährdet. T^Tm hier Abhilfe zu schaffen, führte man die Eingangswindungen mitunter mit verstärkter und gegebenenfalls abgestufter Isolation aus. ;-.ir,i, solche Lösung ist nicht nur teuer, sondern ihr haftet auch noch it.'r Nachteil eines großen Platzbedarfes sowie eines schlechten tfirkungsgraüee an. Auch an den Wicklungseingängen angebrachte Ab-L-o-ni rrr,i>ngen konnten nicht voll befriedigen, da die Stoßspannungs-

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beanspruchung einer Wicklung bekanntlich weitgehend von dem jeweiligen ütoßfaKtor α = Lf ^— (wobei Cg die Quer- oder Erdkäpazität und C₃ die Längs- oder Serienkapazität ist) abhängt-. Man versuchte auch eine günstige Stoßspannungsverteilung in der Wicklung, d.h. eine Annäherung der Änfangsverteilung der Stoßspannung zur linearen Endverteilung, also eine weitgehende Unterdrückung von Ausgleichsschwingungen dadurch zu erreichen, daß man-, da eine Verkleinerung der Erdkapazitäten etwa durch Vergrößerung des Hauptstreukanals . aus wirtschaftlichen Gründen ausscheidet, die Serienkapazität er-α höhte, indem man die Wicklungen mit ineinandergewickelten, also in radialer .Richtung verschachtelt liegenden Windungen innerhalb der Scheibenspulen innerhalb bestimmter Wicklungsabschnitte ausführte. Trotz=des vielfach verhältnismäßig kompliziertenAufbaues solcher Wicklungen, insbes. der meist schwierig herzustellenden Schaltverbindungen, haben sich ineinandergewickelte Wicklungen in der Praxis durchzusetzen vermocrrt, wie die zahlreichen bekanntgewordenen Vorschläge in dieser Richtung beweisen, gemäß denen die Ineinanderwicklung in den verschiedensten Methoden durchgeführt wurde. . .

Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitere verbesserte Wicklung aus ineinandergewickelten Scheibenspulen anzugeben, die-hinsichtlich Gtoßspannungsverteilung besonders günstig ist, indem nur im Wicklungseingangsgebiet besonders wirksame Maßnahmen der Ineinander-

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wicklung ergriffen worden sind,/in den den Wicklungsstirnen benachbarten Wicklungsabschnitten mehrere parallele Leiterstränge aber mit weniger Windungen ineinandergewickelt sind. -

"■Gemäß .der Erfindung sind nur die den beiden Wicklungsstirnen benachbart Liegenden Schei benspulen in für sich bekannter Weise je aus mindestens zwei paraileL geschalteten, gemeinaam radial iibereiriander liegenden Teilleitern miteinander verschachtelt gewickelt, jedoch

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so, daß der eine Teilleiter in radialer Richtung jede Scheibenspule als in einem Zuge durchlaufende Spirale durchsetzt, die mit der gleichfalls durchlaufenden Spirale der Nachbarscheibenspule in Doppelspulenschaltung verbunden ist, während der andere parallele. . Teilleiter die radiale Ausdehnung der Scheibenspule des Eingangsgebietes in zwei in Serie geschaltete Hälften in der Weise durchsetzt, daß er in der einen Hälfte von der radialen Spulenmitte aus nach der einen Seite und in der anderen Hälfte jeder Spule von außen nach der radialen Spulenmitte zu läuft, wobei die Zusammenschaltung mit der in gleicher Weise aufgebauten Nachbarscheibenspule gleich- | falls in Doppelspulenschaltung durchgeführt ist und am Ende jedes wicklungsstirnseitigen Wicklungsabschnittes die beiden parallelen Teilleiter wieder miteinander vereinigt sind, um die übrigen, den

inmittleren Wicklungsteil bildenden Scheibenspulen des/einander gewickelten Einfachleiters zu durchlaufen, wobei die beiden Windungsspiralen jeder Scheibenspule in Einzelspulenschaltung in Serie geschaltet sind, während eine Verbindung mit der benachbarten Scheibenspule in Doppelspulenschaltung hergestellt ist.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert: i

Die Fig.l zeigt eine Hälfte eines Vertikalschnittes durch den aktiven Teil eines Transformators, in der Fig. IA ist ein Teilschnitt durch zwei benachbarte Scheibenspulen des Eingangsgebietes wiedergegeben, wobei verschiedenstarke Isolationszwischenlagen vorgesehen sind. Die Fig.2 veranschaulicht ein Schaltbild eines nach der Erfindung ausgeführten Transformators und in Fig.3 ist im Schaubild die Ütoßspannungsverteiliing einer in herkömmlicher Weise hergestellten Transformatorwicklung der Litoßspannungsverteilung einer erfindungsgemäß

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hergestellten Wicklung gegenübergestellt.

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In fi'ig.1;"ist mit 18 der Schenkel eines Magnetkerns 20, dessen Mit-' telaehse mit 22 angegeben ist, angedeutet. Auf dem Kernschenkel ist die mit einer entsprechenden Isolation 26 umschlossene Niederspannungswicklung 16 aufgebracht und konzentrisch darüber die Oberspannungswicklung 14. In der Zeichnung ist der Einfachheit halber ein Einphasentransformator dargestellt. Selbstverständlich kann der Transformator aber auch mehrphasig sein und er kann auch als Spartransformator ausgeführt werden. Während die Unterspannungswicklang 16 in herkömmlicher Weise ausgeführt sein kann und demzufolge eine VTe'lzahl von isolierten Leiterwindungen 24 aufweist, besteht die Überspannungswicklung·14 aus einer Anzahl axial übereinander geschichteter Scheibenspulen, wobei die Scheibenspulen 28, 30, 32, 34,. 36, 38 der oberen Wicklungsstirn benachbart liegen und die Spule 28 mit dem Anschlußleiter Liverbunden ist, während die dem unteren Wicklungsende benachbarten Scheibenspulen mit 40, 42, 44, 46, 4ö, ^c0 bezeichnet sind, wobei die Spule 50 mit dem Anschlußleiter L^ verbunden ist. Zwischen den beiden genannten Seheibenspulenabschnitten sind noch weitere Scheibenspulen der Wicklung angeordnet, die mit 52 angedeutet sind. Alle Scheibenspulen haben, gleichen Außendurchmesser unct gleiche Mittelöffnung 54 und liegen i-amtlieh- miteinander fluchtend über dem Kernschenkel- 18. Zwischen den· einander benachbarten Scheibenspulen sind freie Zwischenräume, die als Kühlkanäle für den Durchfluß eines Kühlmittels dienen, an-

z.B. Λ ^:~ '

geordnet. Mit ^ri6 ist/der freie Zwischenraum zwischen den Spulen 50 und 48 angedeutet. Alle Scheibenspulen sind miteinander in bestimmter Weise in Serie geschaltet. Der Magnetkern .20 samt den darauf sitzenden TTnter- und Oberspannungswicklungen ist in üblicher Weise in einem mit flüssigem-Isolier- bzw. Kühlmedium gefüllten Kessel Untergebracht,

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Um an der Oberspannungswicklung eine günstige Stoßspannungsverteilung beim Auftreffen von Überspannungen zu erzielen, sind, ihre sämtlichen Scheibenspulen als sogen, ineinandergewickelte· Scheibenspulen ausgeführt. Dabei sind aber nach der Erfindung die beiden Wicklungseingangsgebiete, also die den beiden Wicklungsstirnen benachbarten Scheibenspulen anders ausgeführt als die übrigen davon weiter abliegenden Scheibenspulen, z.B. 36, 38 usw., zu dem Zweck, die Serienkapazität der Scheibenspulen dieser Abschnitte zu erhöhen, Demzufolge sind .tie den stirnseitigen Wicklungsabschnitten im Ausführungsbeispiel also die Spulen 28, "30, 32, 34 bzw. 44, 46, 48, 50 aus mehreren parallelen Teilleitern, die in radialer Richtung übereinander liegen, gewickelt. Die Parallelleiter dieser,Scheibenspulen haben weniger Windungen als die von der Wicklungsstirn weiter abliegenden 3puien, z.B. 36, 38 bzw.40, 42, die aus einem innerhalb jeder

Einfach- .■.'.; . · ■ . _ üpnje ineinandergewickelten/Leiter hergestellt sind. Demgegenüber

- . . z.B. sina die Spulen 28, 30, 32, 34 bzw.44, 46, 48, 50/aus den beiden mit den Anschlußleitern Lp bzw. L« verbundenen parallelliegenden TeilLeitern L_A und L_{ß in der Weise gewiclceltf daß der eiile} parallele Teillei ter L. jede Scheibenspule des wicklungsstirnseitigen Wicklungsabschnittes als durchlaufende Spirale durchläuft, beginnend λ in der Scheibenspule 28 bei der äußeren Windung A_Q. Im Querschnittsbild der Fig.l erscheinen die Windungen dieses Leiters als Aj, Ap, Ä-v, A., Ap und A^. Die innerste Windung Ag der Scheibenspule 28 ist mittels.dea Verbindungsleiters 60 mit der innersten Windung A^ der nach auswärts laufenden Leiters.piralen/Aoj An, Aq, A,_o, A·,-,, A,ρ der Scheibenspule 30 verbunden. Die letzte Windung A-, ρ i^s* sodann mit der äußersten Windung des Teilleiters L. der nächstfolgenden Scheibenspule 32 verbunden und weiter die innerste Windung der Einwärtsspirale des Teilleiters L^. der Scheibenspule 32 mit der innersten Windung der nächstfolgenden Scheibenspule 34. Der zweite parallele Teil leite r L^, der gleich dem Teil e!*\tr I^ _m,!f ^em AnöchluQ-

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; bei 58 \ - ; -. ■'■·■ ... ' ' ...-- // - ^; ; ^: leiter I^/verbunden ist, durchläuft ebenfalls "jeweils-'die.'volle radiale Breite jeder Scheibenspule der wicklungsstirnseitigen Abschnitte, jedoch jede radiale Hälfte dieser Spulen in der Weise, daß er in der einen Spulenhälfte in der radialen Mitte beginnt und nach der einen Seite, z.B. in der Scheibenspule 28 von der Mitte nach innen als Windungen B,, B, ,.-Bp, B-, durchläuft, um dann mit Hilfe des Verbindungsleiters 62 in die äußerste Windung B-; der äußeren Spulenhälfte der Scheibenspule 28 übergeführt zu werden, von wo er mit den Windungen B,, B_r, Bg die äußere Hälfte als Einwärtsspirale durchläuft und von der inneren Windung Bg mittels des Verbindungsleiters 64 den Anschluß zur benachbarten Scheibenspule 30 findet.

In der Scheibenspule 30 durchläuft der Teilleiter L_n in einer Aus-Bö ^E wärtsspirale die Windungen/Βγ, Bg, Bq, wobei die außenliegende Windung Bq der Auswärts spirale mit der inneren Windung Bq der gleichfalls als Auswärtsspirale ausgeführten inneren Spulenhälfte Bq, B-,,.,. Β·, ο verbunden ist. Die Windung B, ρ i-^B^ sodann mit der in der Mitte beginnenden Spiralhälfte der nächsten Scheibenspule 32verbunden, die ebenso wie die Spule -32 in gleicher Weise wie die Spulen 28 und 30 ausgeführt sind. Der parallele Teilleiter L. durchsetzt die

Doppeleinzelnen Scheibenspulen in an sich bekannter/Spulenschaltung. Auch der parallele Teilleiter L„ durchsetzt die einzelnen Scheibenspulen der wicklungsstirnseitigen Abschnitte in Doppelspulenschaltung, je-

Spiralen-

d-o-ch so, daß die beiden hintereinander gesehalteten/Hälften sich nur über die halbe radiale Breite jeder Scheibenspule erstrecken und zwar immer beginnend an der radialen Mitte nach auswärts bzw. einwärts und in der anderen in Reihe liegenden Spiralhälfte derselben Scheibenspule nach einwärts bzw. nach auswärts. Die Zusammenschaltung mit der nächstfolgenden Scheibenspule geschiehl; auch hier in Doppelspulonschaltung, sodaö der Stroiaverlauf der beiden parallelen Teilleiter in jeder Scheibenspule gleiohgerlohtet ist. Die .Zusammenschaltung-der' stirnseitigen

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parallele Teilleiter L. und L„ bei 68 zu einem Leiter vereinigt , sind mit den weiter gegen die Wicklungsmitte zu folgenden Scheibenspulen 3b» 38 sowie den mit 52 angedeuteten Scheibenspulen geschieht gleichfalls in Doppelspulenschaltung. Dabei sind die Scheibenspulen 36, 38 bzw.40, 42 und 52, wie erwähnt, als einfach ineinander gewickelte Scheibenspulen ausgeführt, d.h.. der Einfachleiter durchläuft diese Spulen in zwei sich über die volle, radiale Ausdehnung der Scheibenspulenerstreckenden Spiralen, z.B. bei der Scheibenspule 36 in einer Einwärtsspirale mit den Windungen Gq, C₁, Cj, Cz, C-, Cp. und in einer zweiten, damit ineinandergewickelten Spirale C^, Cg, C₇, C_Q, C„, die mittels der Leitung 70 mit der " erstgenannten Spirale in Einzelspulenschaltung verbunden ist. Die Zusammenschaltung mit der nächstfolgenden Spirale 38 erfolgt von der Windung Cq mittels des Verbindungsleiters 72 an die innerste Windung Cq der Scheibenspule 38, die zwei Auswärtsspiralen, nämlich die Windungen C^, C,, , C-,--, C-. p," C,-,»■ ' C-, . besitzt und die damit aber den Leiter 74 verbundene zweite Auswärtsspirale'-'C-, ., C^₁- C₁^, Cj₇, C₁₀ aufweist. Von der Windimg C₁₈ erfolgt.die Zusammenschaltung mit den nächstfolgenden Scheibenspulen, z.B. 52. Der Aufbau und die Schaltung dieser Spule ist in gleicher Weise ausgeführt wie bei den | Spulen 36, 38 beschrieben, bis dann bei Beginn des wicklungsstirnseitigen Abschnittes am unteren Wicklungsende der Wicklungsleiter sieb wieder in zwei parallele Teilleiter aufteilt und in gleicher Weise verwickelt wird, wie dies beim oberen Wicklungsende beschrieben wurde.

Ein Schaltbild der Wicklung nach Pig.l ist in Pig.2 wiedergegeben, wo gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das Schaltbild zeigt, daß im mittleren Wicklungsbereichm also den Scheiben- ■ spulen 36, 38, '2, 40 und 42 Wicklungsanzapfungen anbringbar sind,

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die jewweils am Ende einer vollen Spirale angebracht sind, z.B. die Anzapfungen T₁, T₂, T₃, T^, TN-^, -TN-2,· TN-I, TN. 70 und 74 sind Schaltverbindungen, mittels denen die ineinandergewickelten Spiralen einer jeden Scheibenspule in Einzelspulenschaltung verbunden sind. Mit· dem Verbindungsleiter 72.ist die Zusammenschaltung .benachbarter Spulen, z.B. der Spulen 36 und 38 in Doppelspulenschaltung durchgeführt. Bei= der beschriebenen Wicklungsausführung haben die parallelen Teilleiter "der den Wicklungsstirnen benachbarten Schei· benspulenabschnitte weniger Windungen als die weiter.abliegenden ocheibenspulen, die z\B. sechs Windungen gegenüber neun Windungen ™ haben. Eine Verminderung der Serienkapazität tritt dadurch nicht ein; doch wird die Spannungs.beanspruehung an den wicklungsstirnseitigen Enden der Wicklung 14 dadurch herabgesetzt, im Vergleich zu einer Wicklungsanordniing, bei der alle Seheibenspulen gleichen Aufbau haben.

Durch die erfindungsgemäße Erhöhung der parallelen Leiterstränge bei gleicher radialer Ausdehnung der ineinander gewickelten Scheibenspulen werden also die effektiven Windungen reduziert, die Serienkapazität aber nicht vermindert. Wenn es erwünscht sein sollte, daß

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die Serienkapazitäten der wicklungsstirnseitigen Scheibenspulen gleich sein sollen wie in den übrigen Spulen, dann ist dies durch Herabsetzen der axialen Leiterbreite in diesen Spulen erreichbar. Dadurch wird eine Ungleichförmigkeit der Serienkapazitäten entlang der -Wicklung vermieden und eine raumgünstigere Ausführung geschaffen. Der erfindungsgemäße Wicklungsaufbau ist stoßspannungstechnisch günstig und ebenso hinsichtlich der Verminderung der Wirbelstromverluste an den stirnseitigen Wieklungsabsehnitten. Im allgemeinen wird man die Isolation zwischen den einzelnen Scheibenspulenwin-".■düngen über die ganze Wieklungslänge gleichgroß wählen. Wenn man aber die Isolation im mittleren Wicklungsbereich gegenüber der der stirn-

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seitigen Wicklungsabschnitte herabsetzt, "kann man die Serienkapazität erhöhen. Auch kann die isolation in den einzelnen Teilen gestuft werden. In der Fig.. IA ist an einem Wicklungsteilausschnitt gezeigt, wie in den beiden Soheibenspulen 42·' und 44-' die Isolation zwischen den Leiterwindungen gestuft ist. Darnach ist die Isolation 82 in der der Wicklungsstirn benachbarten Scheibenspule 44' stärker ausgeführt als die Isolation 80 in der von der Wicklungsstirn weiter abgelegenen Scheibenspule 42·. . · -

Das Schaubild der Fig.3 zeigt die"Spannungsbeanspruchung mit Kurve

bei einem Transformator, dessen Wicklung in herkömmlicher Weise mit ineinandergewickeltem Einfächleiter mit |

/ hergestellt ist. Die aufgenommenen Meßpunkte sind/92, 94, 96aßgegeber.

Demgegenüber zeigt die Kurve 100 die Spannungsbeanspruchung bei einer vergleichbaren Wicklung, die aber nach der Erfindung ausgeführt ist. Die aufgenommenen Meßpunkte sind 102, 104, 106, 108, 110.

..■■■.-■ Stoß-Die nacn der Erfindung erreichte Herabsetzung der/Spannungsbeanspruchung bei erfindungsgemäß ausgeführten Tränsförmatorwicklungen ist dadurch augenfällig. Selbstverständlich können nach der Erfindung im Eingangsgebiet anstelle eines zweifach unterteilten Leiters sinngemäß auch deren mehrere angewandt werden.

6 Patentansprüche
3 Figuren ·

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Claims (1)

1. re

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   1. Aus Scheibenspulen aufgebaute Röhrenwicklung für Transformatoren, Drossein u.dgl., die aus ineinandergewickelten, hintereinander geschalteten Leiterspiralen aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Wicklungsstirnen benachbart liegenden Scheibenspulen je aus mindestens zwei parallelgeschalteten Teilleitern gewickelt sind, wobei der eine Teilleiter (I»_A) in radialer" .Richtung jede Scheibenspule als in einem Zuge durchlaufende Spirale durchsetzt, die mit der gleichfalls durchlaufenden Spirale der Nachbarscheibenspule in Doppelspulenschaltung verbunden ist und daß der

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   andere parallele Leiter (Ln) die radiale Ausdehnung de_:r Scheibenspule in zwei in Serie·liegenden Hälften in der Weise durchsetzt, daß er in der einen Hälfte von der radialen Spulenmitte aus nach der einen Seite und in der anderen. Hälfte jeder Spule von außen nach der radialen Spulenmitte zu.läuft, wobei die Verbindung dieses Parallelleiters zu der in gleicher Weise aufgebauten Nachbarscheibenspule in Döppelspulenschaltung hergestellt ist.und am Ende des stirnseitigen Wicklungsabschnittes die beiden parallelen Teilleiter wieder miteinander verbunden sind, um dann die übrigen den mittleren Wicklungsteil bildenden Scheibenspulen, die je aus einem ineinandergewickelten Einfachleiter bestehen, deren beide Wicklungsspiralen einerseits in Einzelspulenschal.tung miteinander geschaltet und andererseits mit der Nachbarspule in Doppelspulenschaltung verbunden sind, zu durchlaufen. -

   2. Röhrenwicklung nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Leiterbreite der den Wicklungsstirnen benachbarten, je aus zwei parallelen und ineinandergewiekelteh Teilleiter bestehenden Leiter geringer ist als die der übrigen, zwischen ^en Stirnwicklungateilen . lleg'endei^t^ö^CeM&ta ineinandergewickelten Einfachleiter hergestellten Seheibenspulen.

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   5» Röhrenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei verminderter axialer Leiterbreite in den Stirnwicklungsteilen die zwischen deren Wicklungsspiralen eingebrachte Isolation verstärkt ist. .'""■-

   4. Röhrenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Scheibenspulen der Wicklung gleiche radiale Ausdehnung haben und miteinander fluchtend angeordnet sind» _v ·

   5. Röhrenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den beiden otirnwicklungsteilen liegenden, aus einem ineinandergewickelten Einfachleiter hergestellten Scheibenspulen " nach je einer vollen. Wicklungssp^rale angebrachte Wicklungsan-' zapfungen besitzen.

   6. Röhrenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Teilleiter der wicklungsstirnseitigen Wicklungsabschnitte eine geringere Windungszahl je Spule aufweisen als die übrigen Scheibenspulen der Wicklung. ■

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