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Wicklungsanordnung mit Scheibenwicklungen, insbesondere für Transformatoren
Die Erfindung bezieht sich auf eine insbesondere für Transformatoren bestimmte Wicklungsanordnung
mit Scheibenwicklungen, deren aufeinanderfolgende Scheiben abwechselnd in einer
einwärts und in einer auswärts gehenden Spirale gewickelt sind und bei welchen zur
Verbesserung der Stoßspannungsverteilung durch Anordnung von räumlich benachbarten,
in der Leiterbahn voneinander entfernt liegenden Windungen ein kapazitiver Nebenweg
vorgesehen ist.
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Die Erfindung verfolgt das Ziel, bei einer solchen Wicklungsanordnung
einen wirksamen kapazitiven Nebenschluß zu schaffen, indem bei jeder Wicklungsscheibe
jeweils zwei nebeneinanderliegende Windungen in der Leiterbahn voneinander entfernt
sind, ohne den Aufbau der Wicklung und ihre Betriebssicherheit zu beeinträchtigen.
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Die Erfindung unterscheidet sich somit vorteilhaft von einer bekannten
Wicklungsanordnung, bei welcher diese Maßnahme, nämlich die Anordnung von zwei nebeneinanderliegenden,
in der Leiterbahn voneinander entfernten Windungen, zwar an der Außenseite der zweiten,
vierten, sechsten usw. Scheibe getroffen ist, während sie jeweils bei der dritten
und fünften Scheibe nur an der Innenseite verwirklicht wurde, wo sie jedoch nicht
von Nutzen sein kann, da die Stoßwelle zunächst den erheblichen induktiven Widerstand
aller Windungen der
vorhergehenden Scheibe überwinden müßte, um
durch die Querverbindung an die innere Windung der folgenden Scheibe zu gelangen:
Die wirksame Kapazität des Nebenschlusses ist daher bei dieser bekannten Anordnung
verhältnismäßig klein, so daß sie in elektrischer Hinsicht nicht befriedigen konnte.
Die bekannte Anordnung hat aber auch Mängel mechanischer Art aufzuweisen. Diese
Nachteile liegen einmal darin, daß an aufeinanderfolgenden Scheiben jeweils abwechselnd
an der äußeren bzw. inneren Windung zwei von oben kommende Zuführungen angreifen,
eine Anordnung, die wicklungstechnisch große Schwierigkeiten bietet. Als weiterer
Nachteil kommt hinzu, daß abwechselnd an der Außenseite und an der Innenseite der
Wicklungsanordnung Verbindungen über eine Scheibe hinweggreifen müssen, eine Bauweise,
die für die Leitungsabstützung in vielen Fällen ungünstig ist und im Transformatorkessel
zusätzlichen Raum beansprucht.
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Im Gegensatz dazu wird eine Wicklungsanordnung der eingangs erwähnten
Art gemäß der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß jede Scheibe in an sich bekannter
Weise aus zwei mit radial abwechselnd aufeinanderfolgenden Windungen spiralförmig
gewickelten Spulen besteht und daß jeweils eine Scheibe mit der in axialer Richtung
folgenden Scheibe anderen Spiralsinnes zu einem Scheibenpaar durch direkte Quer-
bzw. Kreuzverbindungen jeweils zwischen den Außen- bzw. Innenwindungen derart zusammengefaßt
ist, daß die Innenenden der beiden Spulen der ersten Scheibe mit den Innenenden
der beiden Spulen und der zweiten Scheibe über Kreuz, hingegen die Außenenden der
jeweils zweiten Spulen der beiden Scheiben innerhalb des Scheibenpaares miteinander
verbunden und die Außenenden der jeweils ersten Spulen mit den Außenenden der jeweils
ersten Spulen der an das betreffende Scheibenpaar angrenzenden Scheiben gleichfalls
verbunden sind.
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Bei dieser Bauweise ergeben sich einerseits besonders günstige Kapazitätsverhältnisse,
da jede Scheibe aus zwei nebeneinanderliegenden, spiralförmig gewickelten Spulen
besteht, deren Leiter gemeinsam nach Art eines Wickelkondensators induktionsfrei
gewickelt sind. Zwischen den räumlich nebeneinander, jedoch in der Leiterbahn voneinander
entfernt liegenden Windungen sind daher parallel geschaltete Kapazitäten wirksam,
ohne daß dazwischen eine merkliche Induktivität liegt. Die so gebildeten Windungskapazitäten
tragen also ohne störende Zwischeninduktivitäten in der ganzen Wicklung zur Bildung
des kapazitiven Nebenschlusses bei. Die Querverbindungen zwischen den Spulen eines
Scheibenpaares und zu dem folgenden Scheibenpaar verlaufen auf dem kürzesten Wege,
nämlich etwa achsparallel, und sind daher einerseits für die Stoßspannungsverteilung
nicht störend, während sie andererseits in mechanischer Hinsicht die obenerwähnten
mechanischen Mängel der bekannten Wicklungsanordnung vermeiden.
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Es ist zwar ein Transformator bekannt, der für einen ganz anderen
Zweck, nämlich zur Verbesserung des Leistungsfaktors in Wechselstromanlagen, insbesondere
in Niederspannungsanlagen wie z. B. im Telefonwesen, verwendet werden soll und dessen
sekundäre Wicklung zu diesem Zweck als Kondensator ausgebildet ist. Die Sekundärwicklung
ist hier aus zwei oder mehreren mit ihren Breitseiten aufeinanderliegenden, um eine
konzentrische Isolierhülse parallel gewickelten und durch je eine Isolierschicht
getrennten Bändern hergestellt, von denen das Wicklungsende des einen Bandes jeweils
mit dem Wicklungsanfang des anliegenden Bandes verbunden ist. Die Sekundärwicklung
kann auch aus mehreren gleichen Kondensatorwicklungen zusammengesetzt sein, wobei
j e zwei übereinanderliegende Kondensatorwicklungen gleichsinnig gewickelt und in
Reihe geschaltet sind, indem das innere Ende des einen Leiterstreifens einer Spule
mit dem äußeren Ende des einen Streifens der nächsten Spule, das innere Ende dieses
Streifens mit dem äußeren Ende des zweiten Streifens der ersten Spule und dessen
inneres Ende wieder mit dem äußeren Ende des zweiten Streifens der zweiten Spule
verbunden ist.
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Dieser bekannte Transformator ist also zur Lösung der der Erfindung
zugrunde liegenden Aufgabe, nämlich der Verbesserung der Stoßspannungsverteilung
bei Hochspannungstransformatoren durch Schaffung eines kapazitiven Nebenschlusses
weder bestimmt noch geeignet. Demgemäß unterscheidet sich die Wicklungsanordnung
des bekannten Transformators von der Wicklungsanordnung gemäß der Erfindung nicht
nur dadurch, daß bei der bekannten Anordnung die Spiralen der übereinanderliegenden
Wicklungsscheiben den gleichen Wicklungssinn haben, während bei der Anordnung gemäß
der Erfindung der Spiralsinn von aufeinanderfolgenden Scheiben entgegengesetzt ist.
Für die bekannte Anordnung ist außerdem kennzeichnend, daß alle Verbindungen, die
zwischen den beiden Leitern eines Spulenpaares und zwischen aufeinanderfolgenden
Paaren bestehen, immer über die gesamte radiale Breite der Wicklungsscheiben verlaufen.
Abgesehen davon, daß derartige radiale Querverbindungen bei einem Hochspannungstransformator
schon aus mechanischen Gründen, nämlich im Hinblick auf die erforderliche mechanische
Kurzschlußfestigkeit der Wicklung, äußerst ungünstig wären, würden sie auch einer
Stoßspannungswelle einen erheblichen induktiven Widerstand bieten und eine gleichmäßige
Verteilung der Stoßspannung verhindern. Schließlich fehlt bei der bekannten Wicklung
der gemäß der Erfindung angestrebte kapazitive Nebenschluß an der Außenseite, so
daß bei der bekannten Wicklung eine ankommende Stoßwelle über die radialen Querverbindungen
an die Innenseite der Wicklung herangeführt würde.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung
zeigt Fig. r eine teilweise geschnittene Aufsicht des Kerns und der Wicklungen eines
Transformators derjenigen Art, bei welcher die Erfindung anwendbar ist,
Fig.
2 ein Schaubild zur Veranschaulichung einer Wicklungsanordnung gemäß der Erfindung,
Fig. a a ein Schaubild zur Veranschaulichung der Anordnung der Verbindungen an der
Außenseite der in Fig. 2 gezeigten Wicklung.
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Der in Fig. i gezeigte Transformator ist ein Einphasen-Kerntransformator
bekannter Art mit gleichen Wicklungen auf den beiden Schenkeln des Kerns I. Auf
jedem Schenkel ist eine Wicklung P als Lagenwicklung angeordnet, die von einer Wicklung
S derjenigen Art umgeben ist, bei welcher die Erfindung anwendbar ist. Die zum Verständnis
der Erfindung nicht erforderlichen Teile des Transformators sind aus Gründen der
Klarheit in Fig. i weggelassen. -Die Wicklung S in Fig. i besteht aus mehreren Wicklungsscheiben
A, B, C usw., die mit Abständen längs einer gemeinsamen Achse X-X angeordnet
sind, welche die Achse des Schenkels des Kerns 1 ist, auf welchem diese Wicklung
aufgebaut ist. Die Scheiben A, B, C usw. werden in der üblichen Weise durch
Stege R in Abstand gehalten, wobei ein Kühlmittel in den Räumen zwischen diesen
Stegen R durchgeleitet werden kann.
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Jede Scheibe A, B, C usw. besteht aus spiralförmig um die Achse
X-X gewickelten Leitern, und zwar laufen (bei derselben Wicklungsrichtung um die
Achse) die Wicklungen von aufeinanderfolgenden Scheiben abwechselnd in einer nach
innen gehenden bzw. nach außen gehenden Spirale. Würde man beispielsweise bei dem
in Fig. i gezeigten Transformator von oben nach abwärts blicken, so würden die Leiter
der Scheibe A, im Uhrzeigersinne betrachtet, in einer nach innen gehenden und die
Leiter der Scheiben B, gleichfalls im Uhrzeigersinne betrachtet, in einer nach außen
gehenden Spirale laufen. Die hochspannungsseitige Klemme H der Wicklung ist mit
der ersten Windung eines Leiters an dem äußeren Rand A1 der Scheibe A verbunden,
deren Wicklung in einer Spirale nach innen läuft. Die letzte Windung dieses spiralförmigen
Leiters, die sich an dem inneren Rande A2 des Abschnittes A befindet, ist mit der
ersten Windung an dem inneren Rande Bi eines Leiters der Scheibe B verbunden, die
in einer nach außen gehenden Spirale gewickelt ist. Die letzte Windung dieses spiralförmigen
Leiters in Scheibe B, die sich an dem äußeren Rande B2 befindet, ist mit der ersten
Windung an dem äußeren Rande Cl eines Leiters der Scheibe C verbunden, die in einer
nach innen gehenden Spirale gewickelt ist. In gleicher Weise setzen sich die Verbindungen
über die Wicklung fort.
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Fig. 2 zeigt in einem Schaubild die Anordnung und die Verbindungen
der Leiter, die die ersten vier Scheiben A, B, C, D einer gemäß der Erfindung
aufgebauten Wicklung bilden. Die Windungen auf der rechten Seite stellen die Windungen
an den äußeren Rändern Al, B2, C, usw. und die Windungen auf der linken Seite stellen
die Windungen an den inneren Rändern A2, BI' C2 usw. dar. Bei dieser Anordnung besteht
jede Scheibe aus zwei spiralförmig gewickelten Spulen, die in einer einzigen radialen
Lage ineinander liegen. Die Windungen i bis 5 stellen die Windungen der ersten Spule
der Scheibe A dar, während die Windungen i i bis 15 die Windungen der zweiten Spule
dieser Scheibe sind. Die Windungen dieser Spulen durchsetzen sich, d. h., die Windungen
der zweiten Spule liegen zwischen den Windungen der ersten Spule, und in gleicher
Weise liegen die Windungen der ersten Spule zwischen den Windungen der zweiten Spule.
Die Scheibe B besteht in gleicher Weise aus zwei spiralförmigen Spulen, die in einer
einzigen radialen Lage mit abwechselnd aufeinanderfolgenden Windungen gewickelt
sind, wobei jedoch bei dieser Scheibe die Spulen eine nach außen gehende Spirale
bilden. Die Scheibe C ist ähnlich wie Scheibe A und Scheibe D ist ähnlich
wie Scheibe B gewickelt.
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Die Windung io in Scheibe B, welche die äußere Windung der zweiten
Spule in Scheibe B ist, ist durch K3 mit Windung i i der Scheibe A verbunden, welche
die äußere Windung der zweiten Spule in Scheibe A ist. Windung 5 in Scheibe
A, welche die innere Windung der ersten Spule in Scheibe .A ist, ist mit
Windung 6 in Scheibe B durch K1 über Kreuz verbunden, die die innere Windung der
zweiten Spule in Scheibe B ist. Windung 15, welche die innere Windung der zweiten
Spule in Scheibe A ist, ist mit Windung 16 durch K2 über Kreuz verbunden, die die
innere Windung der anderen Spule in Scheibe B ist. Die äußere Windung 2o dieser
ersten Spule in Scheibe B ist mit der äußeren Windung i einer Spule in Scheibe C
durch K4 quer verbunden.
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Die erste Spule, nämlich Windungen i bis 5, in Scheibe A, die in einer
Spirale nach innen laufen, liegen über die innere Kreuzverbindung von Windung 5
nach Windung 6 in Reihe mit den Windungen 6 bis io der zweiten Spule in Scheibe
B, die in einer Spirale nach außen laufen. Durch die äußere Querverbindung von Windung
io nach Windung ii wird diese zweite Spule der Scheibe B in Reihe mit der zweiten
Spule in Scheibe A geschaltet, die aus den Windungen i i bis 15 besteht, die in
einer Spirale nach innen laufen und über die innere Kreuzverbindung von Windung
15 zu Windung 16 in Reihe liegen mit den Windungen 16 bis 2o der ersten Spule in
Scheibe B, die in einer Spirale nach außen laufen.
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Bei dieser Anordnung liegen also z. B. die äußeren Windungen i und
2 der ersten Spule in Scheibe A benachbart zu der äußeren Windung ii der zweiten
Spule. Die äußere Windung io der zweiten Spule in Scheibe B liegt unmittelbar neben
den beiden äußeren Windungen i9 und 2o der ersten Spule. Die kapazitiven Kopplungen
zwischen Windung i i und jeder Windung i und 2 bilden dabei wirksame kapazitive
Nebenschlüsse an der Außenseite der ersten Scheibe. Ähnliche Nebenschlüsse werden
durch die kapazitiven Kopplungen zwischen Windung io und jeder Windung i9 und 20
parallel zu der nächsten Scheibe sowie durch die kapazitiven Kopplungen zwischen
Windung i i und jeder Windung i und 2 in Scheibe C usw. gebildet.
Die
Anordnung der Verbindungen an der Außenseite der Wicklung ist in Fig. 2 a ersichtlich.
Jede dieser Verbindungen kann hergestellt werden, indem man einen fortlaufenden
Leiter weiterfi(hrt oder indem man die Enden von zwei getrennten Leitern verbindet.