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Transformator-Spulenwicklung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Transformator-Spulenwicklung für grosse Stromstärken, versehen mit gegebenenfalls Doppelspulen bildenden Scheibenspulen, die je aus mindestens zwei je in einem eigenen Zweig der aus parallel geschalteten Zweigen bestehenden Wicklung liegenden Leitern gebildet sind, welche Leiter die betreffenden Scheibenspulen nur einmal durchlaufen. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass in jeder betreffenden Scheibenspule die in verschiedenen parallelen Wicklungszweigen liegenden Leiter nur über einen Teil der radialen Dicke dieser Spule paarweise zusammengewickelt sind.
Durch eine derartige Konstruktion wird eine besonders gute kapazitive Durchkopplung erzielt, welche ein günstiges Verhalten der Transformatorwicklung bei Auftreten von Stossspannungen zur Folge hat. Hiebei ermöglicht die Erfindung die Vermeidung von Schleifenwicklungen, welche für grosse Stromstärken nicht geeignet sind, da bei derartigen Schleifenwicklungen zu viele Verbindungen oder Verkreuzungen zwischen den Scheibenspulen einer Doppelspule auftreten. Derartige Verbindungen oder Verkreuzungen können nur durch Aneinanderlöten od. dgl. derzuverbindendenLeiterder betreffenden Spulen hergestellt werden, welche Lötstellen aber gegenüber grossen Stromstärken empfindlich sind.
Durch die paarweise Zusammenwicklung der parallelen Leiter über nur einen Teil der Dicke der Spulen erhält man von selbst in den verschiedenen Zweigen derart vorgeschaltete Windungen, dass die benachbarten Windungen verschiedener Zweige stark versetzt im Hinblick auf die Rangnummern in den Spulen zu liegen kommen, wodurch die erwünschte rasche Durchkopplung entsteht. Bis jetzt hat man die parallelen Leiter immer über die ganze radiale Dicke der Spulen zusammengewickelt, und man war verpflichtet, besondere Einleiterspulen vor-und nachzuschalten, um die erwünschte Windungsversetzung der parallelen Zweige zu erhalten.
Aus der Schweizer Patentschrift Nr. 329523 ist eine reine Schleifenwicklung bekanntgeworden, bei welcher an ihren Enden einige Doppelspulen vorgesehen sind, deren beide Scheibenspulen über einen Teil ihrer Radialabmessung von zwei gemeinsam gewickelten Leitern und über den übrigen Teil dieser Abmessung von einem einzigen dieser Leiter gebildet sind und wobei der eine Leiter der einen Scheibenspule mit dem andern Leiter der ändern Scheibenspule in Reihe geschaltet ist und umgekehrt. Diese Ausführung der Doppelspulen eignet sich nicht für sehr grosse Stromstärken.
Auch aus der franz. Patentschrift Nr. 1. 135. 737 ist eine reine Schleifenwicklung ähnlicher Alt bekannt- geworden, bei welcher jedoch ebenfalls die beabsichtigte Windungsversetzung in anderer Weise erreicht wird.
Ferner ist auch bereits eine Transformatorwicklung mit Scheibenspulen bekannt, in denen zwei parallele Wicklungszweige untergebracht sind. Dabei bestehen die Scheibenspulen aus separaten Teilspulen, die nicht, wie es bei der Erfindung der Fall ist, einander über einen Teil der Radialabmessung der Spulendurchdas Zusammenwickeln ihrer Leiter in diesem Teilzwecks Herbeiführung einer grösseren Durchkopplungskapazität überlappen, welche für die gleichmässige Potentialverteilung zwischen den Wicklungsenden beim Auftreten von Stossspannungen mit steiler Front von Bedeutung ist.
Im Rahmen der Erfindung können die Scheibenspulen der Wicklung derart ausgeführt werden, dass die Wicklungszweige darin mit gleichen Anzahlen von Windungen vorhanden sind. Die Scheibenspulen können aber auch erfindungsgemäss derart hergestellt sein, dass die Wicklungszweige darin mit ungleichen Anzahlen von Windungen vorhanden sind.
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Zwei aufeinanderfolgende Scheibenspulen können Doppelspulen bilden, aber dies ist nicht unbedingt erforderlich.
Nicht alle Scheibenspulen der Wicklung brauchen in der erfindungsgemässen Weise ausgeführt zu werden. Mit Vorteil können die Scheibenspulen, in denen alle Wicklungszweige vorhanden sind, zwischen aus einem einzigen Leiter gewickelten Scheibenspulen, die abwechselnd in den verschiedenen Wicklungszweigen angebracht sind, aufgenommen sein. Die aus einem einzigen Leiter gewickelten Scheibenspulen, mit Ausnahme derjenigen an den Wicklungsenden, können dieselbe oder nahezu dieselbe Windungszahl aufweisen wie die Scheibenspulen, die aus einer Anzahl verschiedener Leiter gewickelt sind, während die aus einem einzigen Leiter gewickelten Scheibenspulen an den Windungsenden die Hälfte dieser Windungszahl besitzen können.
Die Wicklung kann ferner aus zwei axial symmetrischen Teilen bestehen, die mittels einer Doppelspule, bestehend aus zwei Scheibenspulen mit ungleichen Windungszahlen in den einzelnen Wicklungzweigen, miteinander verbunden sind.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für erfindungsgemässe Transformator-Spulenwicklungen schematisch dargestellt. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 das elektrische Schaltbild und Fig. 2 einen Querschnitt eines Teiles von einigen, paarweise Doppelspulen bildenden Scheibenspulen einer Transformatorwicklung gemäss der Erfindung mit zwei parallelen Wicklungszweigen, die mit gleichen Windungszahlen in den Scheibenspulen versehen sind, Fig. 3 das elektrische Schaltbild und Fig. 4 einen Querschnitt eines Teiles einer Transformatorwicklung der in Fig. l und 2 angegebenen Art, aber mit drei parallelen Wicklungszweigen, Fig. 5 das elektrische Schaltbild und Fig.
6 einen Querschnitt eines Teiles einiger Scheibenspulen, die paarweise Doppelspulen bilden, einer anders ausgeführten Transformatorwicklung mit zwei parallelen Wicklungszweigen, die ungleiche Windungszahlen in den Scheibenspulen aufweisen, Fig. 7 das elektrische Schaltbild und Fig. 8 einen Querschnitt eines Teiles der Spulen einer Transformatorwicklung, bei der die Spulen, welche alle Wicklungszweige enthalten, abwechselnd mit Spulen, welche nur in einem Zweig aufgenommen sind, Fig. 9 das elektrische Schaltbild und Fig. 10 einen Querschnitt eines Teiles der Spulen einer Transformatorwicklung, die axial symmetrisch zu der Wicklung der Fig. 7 und 8 ausgeführt ist und die mit einer besonders ausgeführten Doppelspule für die Kopplung mit dem Wicklungsteil gemäss Fig. 7 und 8 versehen ist.
Die Wicklung gemäss Fig. l und 2 besteht aus einer Anzahl Doppelspulen, die je aus zwei Scheibenspulen A und B zusammengesetzt sind. Diese Scheibenspulen sind gleich und enthalten je zwei Leiter a und b, die spiralförmig aufgewickelt sind und in dem Mittelteil dieser Spule miteinander gewickelt sind, so dass an dieser Stelle ihre Windungen einander abwechseln und eine grosse Durchkopplungskapazität erzielt wird. Die Leiter a und b bestehen aus gleichen Windungszahlen und sind je in einem eigenen Zweig der Wicklung, die aus zwei parallel geschalteten Zweigen besteht, aufgenommen. Die zu einer Doppelspule gehörenden Scheibenspulen sind direkt miteinander verbunden, und zwischen den Doppelspulen sind Kreuzverbindungen angebracht.
Diese Kreuzverbindungen sind wichtig zum Ausgleichender Unsymmetrie der Lage der Windungen der verschiedenen Zweige im magnetischen Feld. Mittels dieser Kreuzverbindungen wechseln die Zweige der Wicklung regelmässig ihre Lage inden verschiedenen Doppelspulen. Obschon in der gezeichneten Wicklung zwischen allen Doppelspulen Kreuzverbindungen angebracht sind, wird es klar sein, dass es auch möglich ist, nur zwischen der oberen Hälfte der Gesamtzahl der Scheibenspulen und der unteren Hälfte dieser Anzahl von Scheibenspulen eine Kreuzverbindung anzubringen. Es sei bemerkt, dass nicht jedes gesonderte Scheibenspulenpaar eine Doppelspule zu bilden braucht.
Die Wicklung gemäss Fig. 3 und 4 unterscheidet sich nur darin von der in Fig. l und 2 angegebenen Wicklung, dass sie aus drei parallel geschalteten Zweigen besteht, deren Leiter a, b, c in jeder Scheibenspule paarweise über einen Teil der Spule zusammengewickelt sind. Zwischen den Scheibenspulen, die Doppelspulen bilden, sind die Leiter a, b, c gerade miteinander verbunden, und zwischen den Doppelspulen befinden sich Kreuzverbindungen. Auch in diesem Fall ist es nicht unbedingt erforderlich, dass zwischen jedem Doppelspulenpaar der Wicklung Kreuzverbindungen angebracht werden. Man muss aber fortwährend dafür sorgen, dass die Leiter a und c regelmässig in den Scheibenspulen ihre Lage wechseln.
Die Wicklung gemäss Fig. 5 und 6 besteht wieder aus zwei parallelen Zweigen. In jeder Scheibenspule befindet sich in einem der Zweige eine kleine Windungszahl und in dem andern Zweig eine grössere Windungszahl. Damit jeder Zweig die gleiche Anzahl Windungen aufweist, ist in jeder Doppelspule der Leiter mit der grösseren Windungszahl in der einen Scheibenspule mit dem in der andern Scheibenspule vorhandenen Leiter, dessen Windungszahl kleiner ist, verbunden. Kreuzverbindungen sorgen für den Ausgleich der unsymmetrischen Lagen der Windungen in jedem Zweig. Aus der Fig. 6 geht hervor, dass die Leiter mit der kleineren Windungszahl ganz zwischen den Windungen der Leiter mit der grösseren Windungszahl gewickelt sind. Über einen Teil jeder Scheibenspule sind die Leiter also zusammengewickelt. Auch in
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diesem Fall sind viele Varianten möglich.
Die Anzahl von parallelen Zweigen kann auch hier vergrössert werden. Hauptsache ist wieder, dass die Leiter jeder Scheibenspule, die in der beschriebenen Weise ausgeführt ist, nur über einen Teil dieser Spule paarweise miteinander gewickelt sind.
Die Wicklung gemäss Fig. 7 und 8 besteht aus zwei parallelen Zweigen a und b und aus Scheibenspulen C, D, E, F, die abwechselnd entweder nur einen einzigen Leiter oder zwei über einen Teil der Spule miteinander gewickelte Leiter enthalten. Die erste Scheibenspule C und die letzte Scheibenspule F haben die halbe Windungszahl. Die aus zwei Leitern bestehenden Spulen sind mit D und die kompletten aus einem einzigen Leiter bestehenden Spulen sind mit E bezeichnet. Die Wicklung wird im allgemeinen aus einem oder mehreren kompletten Sätzen von Spulen C, D, E, F bestehen, von welchen Sätzen also nur ein Satz gezeichnet ist. Werden zwei solcher Sätze in Reihe geschaltet, dann bilden die halbe Spule C des einen Satzes und die halbe Spule F des andern Satzes eine komplette Spule B.
Die Wicklung gemäss Fig. 9 und 10 entspricht, was den unteren Teil betrifft, der in Fig. 7 und 8 angegebenen Wicklung, ist aber das axiale Spiegelbild dieser Wicklung. Damit eine ganz symmetrische Wicklung erzielt wird, kann dieser Wicklungsteil, der aus einem oder mehreren Sätzen von Spulen C', D', E', F'bestehen kann, mittels der in der in Fig. 5 und 6 angegebenen Weise ausgeführten Spulen G, H mit einem Satz oder mit einer gleichen Anzahl von Spulensätzen C, D, E, F gemäss Fig. 7 und 8 gekuppelt sein. Die Spulen G und H werden dann in der Mitte der Wicklung liegen. Es wird klar sein, dass bei einer solchen Kupplung die Spule F gemäss Fig. 8 und die Spule G gemäss Fig. 10 eine komplette Spule bilden werden. Das gleiche gilt für die Spulen F'und H in Fig. 10.
Auch andere Kombinationen sind möglich. So kann z. B. die Wicklung abwechselnd aus Spulensätzen C, D, E, F und Spulensätzen C', D', E', F'mit dazwischen liegenden Kupplungsspulen G, H zusammengesetzt sein.
Jeder Leiter einer erfindungsgemässen Scheibenspule kann selbst aus einer Anzahl von parallel geschalteten Teilleitern, also z. B. aus einem Kabel paralleler Adern, bestehen. Die miteinander gewickelten Teile der Wicklungszweige einer Wicklung der in Fig. 5und 6 angegebenen Art können sich an irgendeiner willkürlichen Stelle, z. B. an und in der Nähe der Aussenseite anstatt an und in der Nähe der Innenseite der betreffenden Scheibenspulen, befinden. Die Windungszahlen der miteinander gewickelten Leiter können in'unterschiedlichen Scheibenspulen einer und derselben Wicklung verschieden sein. Durch Vergrösserung dieser Windungszahl wird die Durchkopplungskapazität vergrössert.
Eine Vergrösserung dieser Kapazität an den Enden der Wicklung kann zu einer Verbesserung der Potentialverteilung bei Stossspannungen führen. Nicht alle Spulen der Wicklung brauchen in der erfindungsgemässen Weise ausgeführt zu sein. Bei einphasigen Transformatoren ist es möglich, die in der Fig. l und in der Fig. 3 mittels gestrichelter Linien I bzw. I und II getrennten Teile der Spulen um verschiedene Schenkel des magnetischen Kernes anzubringen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Transformator-Spulenwicklung für grosse Stromstärken, versehen mit gegebenenfalls Doppelspulen bildenden Scheibenspulen, die je aus mindestens zwei je in einem eigenen Zweig der aus parallel geschalteten Zweigen bestehenden Wicklung liegenden Leitern gebildet sind, welche Leiter die betreffenden Scheibenspulen nur einmal durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder betreffenden Scheibenspule die in verschiedenen parallelen Wicklungszweigen liegenden Leiter nur über einen Teil der radialen Dicke dieser Spule paarweise zusammengewickelt sind.