DE2323304C3 - Stufenwicklung für Transformatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stufenwicklung für Transformatoren als Lagenwicklung mit mehreren in Achsrichtung nebeneinander liegenden sich über jeweils die volle Wickellänge erstreckenden und elektrisch in Reihe geschalteten Einzelleitern, wobei die räumliche Reihenfolge der Einzelleiter von der Reihenfolge bei der elektrischen Verschaltung abweicht und wobei räumlich parallel zu jedem Einzelleiter ein zusätzlicher Steuerleiter vorgesehen ist, der zusammen mit dem zugehörigen Einzelleiter eine Wanderwellenleitung darstellt.

Die Stufenwicklung von Transformatoren mit veränderbarer Übersetzung ist häufig als selbständige, konzentrisch zur Stammwicklung angeordnete Röhre ausgebildet. Eine derartige Stufenwicklung ist beispielsweise durch eine Erläuterung in dem Buch »Die Transformatoren« von Rudolf Küchler in der 2. Auflage auf S. 212 im Bild 176 und dem zugehörigen Text bekannt Um bei Stufenwicklungen mit einer Vielzahl von Stufen einen axial gleichmäßigen Strombelag zu erzielen, ist für jede Stufe eine sich über die gesamte Wickellänge erstreckende Teilwicklung in Form einer Wendel vorgesehen. Dabei liegen die die einzelnen Wendel bildenden Einzelleiter räumlich in Achsrichtung

ίο nebeneinander und sind über äußere Verbindungen elektrisch in Reihe geschaltet. Durch entsprechende Reihenfolge bei der elektrischen Verschaltung wird erreicht, daß zwischen benachbarten Einzelleitern maximal die doppelte Stufenspannung auftritt

Stufen wicklungen dieser Art können je nach Ausführung und Anordnung der Stammwicklung ein bei Beanspruchung durch hohe Frequenzen, z. B. durch abgeschnittene Stoßspannungen, sehr ungünstiges Schwingungsverhalten haben. Die Längskapazität von als Lagenwicklungen ausgeführten Stufenwicklungen ist ungleichmäßig verteilt und außerdem verhältnismäßig gering, weil jeweils nur eine Windung jeder Wendel kapazitiv wirksam ist. Infolge der ungleichmäßigen Aufteilung der Längskapazität können einzelne Stufen gegeneinander schwingen, wobei sehr hohe Teilspannungen zwischen benachbarten Einzelleitern auftreten können.

Zur Erhöhung der Längskapazitäten von Wicklungen ist schon versucht worden Einzelleiter mit einem Spannungsunterschied von mehr als zwei Stufen nebeneinander zu legen. Damit wird zwar in einigen Fällen eine Erhöhung der Längskapazität erreicht, die ungleichmäßige Verteilung derselben auf die Wicklung aber nicht beseitigt

J5 Für in Doppelspulenschaltung aus Scheibenspulen zusammengesetzte Stammwicklungen von Transformatoren ist es durch die AT-PS 3 00950 auch schon bekannt jedem Einzelleiter einen Steuerleiter zuzuordnen, der zusammen mit dem zugehörigen Einzelleiter einen Wanderwellenleiter darstellt. Dazu sind sowohl die Einzelleiter als auch die Steuerleiter in Abhängigkeit von den Scheibenspulen in Abschnitte unterteilt und punktweise galvanisch miteinander verbunden. Diese besondere auf die in Scheibenspulen spiralförmig gewickelten Einzelleiter abgestimmte Spannungsstcuerungsart ist jedoch nicht auf Lagenwicklungen mit wendelförmig angeordneten Einzelleitern anwendbar, weil es bei der Spannungssteuerung entscheidend auf die räumliche Lage der Einzelleiter ankommt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine als Lagenwicklung ausgeführte Stufenwicklung von Transformatoren unter Verwendung von mit einem parallelliegenden Steuerleiter zu einem Wanderwellenleiter ausgebildeten, den Laststrom führenden Einzelleiter die Längskapazität zu erhöhen und gleichmäßig auf die Wicklung zu verteilen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils zwei elektrisch unmittelbar hintereinandergeschalteten Einzelleitern zugeordnete Steuerleiter ein Steuerleiterpaar bilden, indem der Anfang des ersten Steuerleiters über eine Verbindungsleitung galvanisch mit dem Ende des zweiten dieser beiden Steuerleiter verbunden ist. Dabei ist vorteilhafter Weise die Verbindungsleitung der ein Steuerleiterpaar bildenden

„ι Sicucricitcr außerdem elektrisch leitend an die miteinander verbundenen Erden der zugehörigen Einzelleiter angeschlossen.
Gemäß weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der

Erfindung ist vorgesehen, daß der Anfang des ersten und das Ende des zweiten der ein Steuerleiterpaar bildenden Steuerleiter lediglich über die miteinander verbundenen Enden der zugehörigen Einzelleiter elektrisch gekoppelt sind.

Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen tier Erfindung sind die Steuerleiter als selbständige elektrisch isolierte Leiter, vorzugsweise mit Rechteckquerschnitt, ausgeführt oder bestehen die Steuerleiter aus dünnen, öldurchlässigen Metallfolien, die mindestens einlagig in die Isolation des Einzelleiters eingewickelt sind und diesen vollständig umfassen. Dabei können die Einzelleiter auch als Litze ausgeführt sein.

Die Erfindung ist sehr vorteilhaft, denn sie erreicht durch die Verwendung und die besondere Anordnung von Steuerleilern eine beträchtliche Erhöhung der Längskapazität bei als Lagenwicklung ausgeführten Stufenwicklungen, die gleichzeitig schwingungsmäßig homogen sind und auch dadurch innere Überspannungen verhindern. Durch die erfindungsgemäße Anordnung stellt in jeder eine Stufe bildenden Wendel der Einzelleiter in Verbindung mit den ihm zugeordneten Steuerleiter über seine gesamte Länge eine Wanderwellenleitung dar.

Außerdem ermöglicht die erfindungsgemiäße Anordnung einen Wicklungsaufbau, bei dem zwischen benachbarten Leitern nur die einfache Stufenspannung auftritt, so daß der durch die Steuerleiter bedingte erhöhte Raumaufwand mindestens teilweise durch eine mögliche Verkleinerung der Isolationsaufträge wieder kompensiert werden kann.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine verkürzt dargestellte Abwicklung einer 6-stufigen, erfindungsgemäß mit Steuerleitern versehenen Stufenwicklung,

F i g. 2 ist das dazugehörige elektrische Schaltbild,

Fig.3 und 4 zeigen mögliche Steuerleiteranordnungen im Schnitt.

Gleiche Bauteile sind in allen Figuren mit den 4u gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 durch starke Linien dargestellte Einzelleiter erstrecken sich nach ihrem Aufwickeln auf einen Wickelzylinder praktisch über die gesamte Wicklungslänge, wobei sie die Form einer Schraubenlinie bzw. Wendel haben. Jeder der im vorliegenden Beispiel insgesamt sechs Einzelleiter bildet dabei eine der Teilwicklungen 1—2, 2—3 6—7 mit den Anzapfungen 1 bis 7. Bei der räumlichen Anordnung auf dem Wickelzylinder folgt dabei auf die Teilwicklung 1—2 (von der Anzapfung 1 zur Anzapfung 2) die Wicklung 3—4 und darauf die Wicklung 5—6. Es folgen die an mit geraden Ziffern bezeichneten Anzapfungen anfangenden Wicklungen beginnend mit der höchsten dieser Stufen. Es ergibt sich für die Wicklungen also die weitere Reihenfolge 6—7,4—5,2—3. Die Nummern für die Anzapfungen 1 bis 7 sind durch durchlaufendes Nummerieren der Anzapfungen im elektrischen Schaltbild (F i g. 2) festgelegt.

Bei dieser bisher üblichen Anordnung ergibt sich für w> die elektrische Isolation eine verhältnismäßig gleichmäßige Belastung, weil die maximale Spannung zwischen zwei benachbarten Einzelleitern im Normalbetrieb nicht größer ist, als die doppelte Stufenspannung. Beim Auftreffen einer Wanderwelle mit sehr steiler Stirn auf h; diese Wicklungsanordnung ist jedoch nur jeweils etwa die erste Windung jeder eine Teilwicklung darstellenden Wendel kapazitiv wirksam. Infolgedessen ist bei dieser Anordnung die Langskapäzität sehr gering und überdies ungleichmäßig auf die Länge der Wicklungsanordnung verteilt

Im dargestellten Beispiel ist beim Aufwickeln der Einzelleiter auf den Wickelzylinder räumlich parallel zu jedem Einzelleiter ein zusätzlicher Steuerleiter mit eingewickelt. Von den Steuerleitern sind jeweils zwei, aufeinanderfolgenden Einzelleitern zugeordnete, zu einem Steuerleiterpaar zusammengefaßt, indem der Anfang des ersten Steuerleiters über eine Verbindungsleitung galvanisch mit dem Ende des zweiten dieser beiden Steuerleiter verbunden ist Die unter Einhaltung dieser Regel miteinander zu verbindenden Enden sind mit gleichen Bezeichnungen 2', 4' bzw. 6' versehen. Es ergibt sich also, daß der mit 2' bezeichnete Anfang des parallel zu der Teilwicklung 1—2 angeordneten Steuerleiters mit dem Ende 2' des Steuerleiters neben der Wicklung 2—3 verbunden ist Entsprechend sind, wie in F i g. 2 dargestellt, auch die weiteren Steuerleiter bei 4' bzw. 6' miteinander verbunden.

Wird nun die mit Steuerleitern versehene Wicklungsanordnung von hochfrequenten Spannungen und Strömen erreicht, so treffen diese auf sechs in Reihe geschaltete Wanderwellenleitungen, die jeweils so lang sind, wie die gesamte Teilwicklung jeder Stufe. Dies ergibt sich sehr anschaulich auch aus dem in F i g. 2 dargestellten elektrischen Schaltbild. Die Teilwicklungen 1—2, 2—3 usw. bis 6—7 sind elektrisch in Reihe geschaltet und in nicht dargestellter Weise über ihre Anzapfungen 1 bis 7 an die festen Kontakte eines Stufenwählers einer Stufenschalteinrichtung angeschlossen. Die Enden 2' der räumlich parallel zu den Teilwicklungen 1—2 und 2—3 liegenden Steuerleiter sind miteinander und mit der Anzapfung 2 durch außerhalb der Wicklung verlaufende Leitungen verbunden. Entsprechend sind auch die Enden 4' und 6' jeweils miteinander und mit der Anzapfung 4 bzw. 6 verbunden.

F i g. 3 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform für die Steuerleiter. Der Steuerleiter hat in radialer Richtung der Wicklung die gleiche Abmessung wie der Einzelleiter und ist auch ebenso stark wie dieser elektrisch isoliert.

Da der Steuerleiter keinen großen Strom zu führen braucht, ist sein Querschnitt sehr viel kleiner als der des zugehörigen Einzelleiters. Diese Anordnung ist insofern günstig, als zwischen benachbarten Leitern nur die einfachste Stufenspannung auftritt Dadurch ist ein wesentlicher Teil des durch den Steuerleiter bedingten vergrößerten Raumbedarf durch eine mögliche Minderung der Isolationsaufträge wieder ausgeglichen.

Eine Steuerleiterausführung, bei der die Einzelleiter von einer öldurchlässigen, die Steuerleiter darstellenden Metallfolie umschlossen sind, zeigt Fig.4. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in einer um ein Mehrfaches größeren Längskapazität. Weniger günstig bei dieser Anordnung ist jedoch, daß zwischen benachbarten Steuerleitern wieder die doppelte Stufenspannung auftritt.

Es sind auch noch andere Schaltungen für die Steuerleiter möglich. So kann z. B. jeder Steuerleiter über zwei oder noch mehr von Wendeln dargestellte Teilwindungen reichen. Dadurch verlängern sich die einzelnen Wanderwellenleitungen und die Zahl ihrer Reihenschaltungen verringert sich. Daraus ergibt sich eine stark vergrößerte Längskapazität. Nachteilig ist dabei jedoch die dann wieder erhöhte Differenzspannung zwischen benachbarten Leitern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Stufenwicklung für Transformatoren als Lagenwicklung mit mehreren in Achsrichtung nebeneinander liegenden, sich über jeweils die volle Wickellänge erstreckenden und elektrisch in Reihe geschalteten Einzelleitern, deren räumliche Reihenfolge von der Reihenfolge bei der elektrischen Verschaltung abweicht, und mit einem räumlich parallel zu jedem Einzelleiter vorgesehenen zusätzlichen Steuerleiter, der zusammen mit dem zugehörigen Einzelleiter eine Wanderwellenleitung darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei elektrisch unmittelbar hintereinandergeschalteten Einzelleitern (Teilwicklungen 1—2, 3—4, 5—6, 6—7, 4—5 bzw. 2—3) zugeordnete Steuerleiter ein Steuerleiterpaar bilden, indem der Anfang (?.', 4' bzw. 6') des ersten Steuerieiters über eine Verbindungsleitung galvanisch mit dem Ende (2', 4' bzw. 6') des zweiten dieser beiden Steuerleiter verbunden ist.

2. Stufenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung der Enden (2', 4' bzw. 6') der ein Steuerleiterpaar bildenden Steuerleiter außerdem elektrisch leitend an die miteinander verbundenen Enden (2,4 bzw. 6) der zugehörigen Einzelleiter (Teilwicklungen 1—2, 3—4,5—6,6—7,4—5 bzw. 2—3) angeschlossen ist.

3. Stufenwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang (2', 4' bzw. 6') des ersten und das Ende (2', 4' bzw. 6') des zweiten der ein Steuerleiterpaar bildenden Steuerleiter lediglich über die miteinander verbundenen Enden (2, 4 bzw. 6) der zugehörigen Einzelleiter (Teilwicklungen 1—2, 3—4, 5—ö, 6—7, 4—5 bzw. 2—3) elektrisch gekoppelt sind.

4. Stufenwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleiter als selbständige, elektrisch isolierte Leiter, vorzugsweise mit Rechteckquerschnitt, ausgeführt sind.

5. Stufenwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleiter aus dünnen, öldurchlässigen Metallfolien bestehen, die mindestens einlagig in die Isolation des Einzelleiters (Teilwicklungen 1-2, 3-4, 5-6, 6-7, 4-5 bzw. 2—3) eingewickelt sind und diesen vollständig umfassen.

6. Stufenwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelleiter als Litze ausgeführt sind.