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Wicklungsanordnung für Transformatoren mit einer Abschirmung zur Beeinflussung des magnetischen Streuflusses
Die Erfindung betrifft eine elektrische Wicklungsanordnung für Transformatoren, Drosselspulen od. dgl. mit zwei oder mehreren konzentrisch zueinander liegenden, vorzugsweise unterteilten
Wicklungen und mit einer Abschirmung zur Beeinflussung des im Raum zwischen den Wicklungen sowie in deren Bereich auftretenden magnetischen Streuflusses.
Der im Raum zwischen den Wicklungen und deren Bereich auftretende Streufluss ruft einen von der Belastung abhängigen induktiven Spannungsabfall im Transformator hervor, beeinflusst die
Stromdichteverteilung in den Leitern und bewirkt die Stromkräfte sowie die Wirbelstromverluste in den Wicklungen. Die Stromkräfte versuchen, die Spulen axial in ihrer Länge zusammenzupressen und den
Streukanal zu erweitern. An den Aussenseiten, insbesondere an den Rändern und Kanten der Wicklungen und in massiven Konstruktionsteilen wie Wicklungspressbalken, werden durch den magnetischen Streufluss Wirbelströme hervorgerufen, die mitunter zu beträchtlichen örtlichen Überhitzungen und zur Überschreitung der zulässigen Wicklungserwärmung führen.
Zur Verringerung der nachteiligen Folgen des magnetischen Streuflusses ist es bei Transformatoren bekannt, im Bereich der Wicklungen Abschirmungen in Form von Zylindern oder Platten aus leitendem Material, z. B. Kupfer oder Aluminium, vorzusehen. Die zylinderförmigen Abschirmungen weisen zur Vermeidung einer Kurzschlusswindung einen in Achsrichtung verlaufenden durchgehenden Schlitz auf und sind zur Beeinflussung des Querstreufeldes zu beiden Seiten des Schlitzes mit gleich grossen und gleichmässig am Umfang verteilten Ausnehmungen versehen. Die Abschirmungen sind um die Wicklungen herumgelegt oder innerhalb dieser angeordnet.
Derartige Abschirmungen erfordern einen nicht unerheblichen Aufwand an Material und Platz und stellen fertigungstechnisch gesehen eine verhältnismässig umständliche und zeitraubende Lösung dar.
Das gleiche trifft auch für eine bei Transformatoren mit Blechwicklungen bekannte Variante zur Lenkung des magnetischen Streuflusses zu, bei der vorzugsweise um die Kernschenkel und aussen um die Wicklungen Abschirmungen vorgesehen sind, die durch Erzeugung einer magnetomotorischen Gegenspannung die Streuwirkung der magnetischen Feldlinien an den Kanten der Wicklungen herabsetzen. Eine bevorzugte Ausführungsform einer solchen Abschirmung besteht aus einem geschlossenen äusseren Blechrahmen mit einer in diesen hineinragenden Blechzunge, die mit dem Blechrahmen einseitig verbunden ist. Obwohl mit einer solchen Abschirmung bessere Feldverhältnisse erreicht werden, führt diese Lösung auf Grund der zuvor genannten Mängel noch zu keinem befriedigenden Ergebnis, zumal sich auch die Stromkräfte mit dieser Abschirmung nur geringfügig reduzieren lassen.
Es ist auch aus der deutschen Auslegeschrift 1013779 eine Wicklungsanordnung für Transformatoren mit zwei oder mehreren konzentrisch zueinander liegenden ungleich langen Wicklungen bekannt, bei der zur Verringerung der axialen Schubkräfte die Endwindungen der überstehenden Wicklung mit in der Achsrichtung der Wicklung gegenüber den übrigen Windungen vergrösserter Breite ausgeführt sind. Bei dieser Wicklungsanordnung ist nur eine Wicklung, u. zw. die am
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Kernschenkel liegende, mit breiten Profilleitern versehen. Dadurch ergeben sich in der Wicklung zwar elektromagnetisch gleiche Wicklungslängen, aber es wird nicht die Querkomponente des magnetischen
Streuflusses in Richtung Kessel zwecks Verminderung der Zusatzverluste abgedämpft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Abschirmung für die Wicklungen von Transformatoren zu schaffen, die die durch den Streufluss bedingten Stromkräfte auf die Wicklungsleiter verringert und eine Beeinflussung der Stromdichteverteilung und der Kurzschlussspannung in der gewünschten Weise herbeiführt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Abschirmung so zu gestalten, dass die Steifigkeit der Wicklungen erhöht und der Aufwand für die Wicklungsabstützung verringert wird, so dass sich insgesamt kleinere Abmessungen ergeben.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die einzelnen Wicklungen jeweils aus breiten Folienwickeln sowie aus mit diesen verbundenen Wicklungsteilen aus Draht aufgebaut sind und dass breite Folienwickel an der Innenseite der inneren Wicklung, an der Aussenseite der äusseren Wicklung und an den Stirnseiten der Wicklungen im Bereich der Joche angeordnet sind.
Die Erfindung ermöglicht es, den Streufeldverlauf so zu beeinflussen, dass sich die Kurzschlussspannung, die Stromkräfte und die einseitige Stromverdrängung vermindern. Die Verminderung der Stromkräfte, vor allem in axialer Richtung, gestattet eine leichtere und billigere Konstruktion des Wicklungsaufbaues und der Wicklungsabstützung. Die verminderte Stromverdrängung hat zur Folge, dass die Zusatzverluste in den aus Drähten bestehenden Wicklungsteilen der Transformatoren und Drosseln abnehmen und somit örtliche Überhitzungen ausgeschlossen sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt eine aus zwei Wicklungen-1, 2- bestehende Wicklungsanordnung eines Transformators. Die einzelnen Wicklungen-1, 2- werden durch Folien- oder Bandwickel --la, 2a-- und Wicklungsteile-lb, 2b-- aus Draht gebildet. Die Folien- oder Bandwickel dienen vor allem zur Abschirmung und sind in Nachbarschaft der Schenkel-3-und Joche-4-sowie an der Aussenseite der Wicklung in Nähe der Behälterwand angeordnet. Sie sind also an Stelle der bekannten Abschirmungen in Form von Kurzschlusskässgen in Gebieten angeordnet, in denen ein starkes
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der Joche --4--- sind nur Folien-oder Bandwickel--la, 2a-- angeordnet.