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Die Erfindung betrifft einen Hochstromtransformator, vorzugsweise Ofentransformator, bei dem die Sekundärwicklung aus Drilleitern besteht und mindestens zwei Windungen aufweist.
Bei Hochstromtransformatoren sind die Sekundärwicklungen durch kleine Windungszahlen und
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Teilringe aus Kupferblech in Serie geschaltet oder Spulen mit zwei radial übereinander angeordneten Windungen verwendet werden. Diese zweite Möglichkeit weist bereits den Weg für Wicklungen mit drei und mehr Windungen. Solche Wicklungen bestehen meist aus einer bestimmten Anzahl von axial übereinander angeordneten Doppelspulen mit verhältnismässig kleinem Kupfer-Querschnitt. Die einzelnen Doppelspulen werden parallelgeschaltet. Diese Art der Wicklung wurde relativ häufig ausgeführt. Auch die Anordnung mehrerer axial übereinander liegender, in Serie geschalteter Teilring aus Kupferblech ist möglich.
Es ist aber auch schon bekannt, diese Doppelspulen für die Sekundärwicklung eines Hochstromtransformators aus Drilleitern herzustellen.
Alle die oben genannten Wicklungsarten sind jedoch mit Nachteilen behaftet.
In den jochnahen Zonen nimmt die Radialkomponente des magnetischen Streuflusses rasch zu, während die Axialkomponente stark abnimmt. Für die in einer Teilwicklung induzierten Spannung bzw. für die Impedanz einer Teilwicklung ist die Axialkomponente des Streuflusses massgebend, mit dem die betreffende Teilwicklung verkettet ist. Da die Axialkomponente, wie erwähnt, im jochnahen Bereich stark absinkt, ist die Impedanz der dort liegenden Teilwicklung viel kleiner als jene der weiter in Richtung zur axialen Schenkelmitte gelegenen Teilwicklungen, so dass in ersterer eine erhöhte Strombelastung auftritt.
Die erhöhte Strombelastung hat aber wieder eine stärkere Wicklungserwärmung zufolge, die dazu führen kann, dass in den in Rede stehenden Zonen die Wicklungstemperatur über dem zulässigen Wert liegt. Schäden an der Wicklungsisolation können die Folge sein. Ausserdem führt die in bestimmten Wicklungsteilen auftretende Stromüberlastung zu einem Ansteigen der gesamten Kupferverluste.
Ferner ist aus der DE-OS 2045289 eine Unterspannungswicklung für Transformatoren bekannt, bei der Einzelleiter parallelgeschaltet werden und mit ihrer vollen Windungszahl über die volle Schenkellänge gewickelt werden.
Aus der DE-AS 1018983 ist eine Wendelwicklung für Transformatoren bekannt, die auch mit ihrer gesamten Windungszahl über die gesamte Wickellänge des Trafos gewickelt wird. Um nun dem starken Einfluss der radialen Komponenten des Streuflusses entgegenzuwirken, wird bei dieser Wicklung eben in diesem in Rede stehenden Bereich eine besondere Auskreuzung der einzelnen Leiter vorgenommen. Dass dieser Bereich sich über etwa 10% jeweils am Anfang und am Ende der Wickellänge erstreckt, ist auch bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wicklung für Hochstromtransformatoren zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Wicklungsarten vermeidet, also eine möglichst gleichmässige Stromaufteilung auf alle parallelgeschalteten Teilwicklungen gewährleistet und die auch in der Herstellung wirtschaftlicher ist.
Die erfindungsgemässe Sekundärwicklung für Hochstromtransformatoren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung in an sich bekannter Weise aus mehreren, in axialer Richtung angeordneten, parallel geschalteten Teilwicklungen besteht, und dass jede Teilwicklung mit der vollen Windungszahl ausgeführt ist, wobei sich diese Windungszahl durch ausschliesslich in axialer Richtung erfolgende Aneinanderreihung der einzelnen Windungen ergibt. Durch die Erfindung ist es erstmals möglich, die Sekundärwicklung von Hochstromtransformatoren, welche zwei oder mehr Windungen aufweist, in wirtschaftlicher Weise herzustellen. Auf Grund der Erfindung ist nämlich eine fast gleichmässige Strombelastung der Sekundärwicklung auch in jenen Wicklungsteilen gegeben, die in einem Bereich mit einem verhältnismässig grossen Radialfeld und einem verhältnismässig kleinen Axialfeld liegen.
Dies ist vor allem deshalb gegeben, da die axiale Ausdehnung dieser Teilwicklungen viel grösser ist als jene der bisher verwendeten Doppelspulen.
An Hand eines einfachen Beispieles soll dies aufgezeigt werden :
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sekundäre Windungszahl : 5 axiale Drilleiterausdehnung : 25 mm vorgegebener axialer Wicklungsraum : 2000 mm.
Bei der Ausbildung der Wicklung mit aus Drilleitern bestehenden Doppelspulen würde sich für die einzelne Doppelspule eine axiale Länge von 2 x 25 + 4 = 54 mm ergeben. Für den axialen vorgegebenen Wickelraum würde das bedeuten, dass 2000 = 37 Doppelspulen parallelgeschaltet werden.
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Bei der Ausbildung der Wicklung mit der erfindungsgemässen Teilwicklung aus Drilleitern ergibt sich für jede Teilwicklung eine axiale Länge von 5 x (25 + 4) - 4 = 141 mm. Für den axialen vorgegebenen Wicklungsraum würde das bedeuten, dass 2000 = 14 Teilwicklungen parallelgeschaltet
141 werden.
Aus dem obigen Beispiel ist. zu ersehen, dass die axiale Ausdehnung der einzelnen erfindungsgemässen Teilwicklung viel grösser als bei Doppelspulen ausgeführt werden kann. Da die Axialkomponente des Streuflusses entlang der relativ grossen axialen Ausdehnung dieses Wicklungstyps rasch anwächst, sinkt die Impedanz im Vergleich zu den Werten der weiter in Richtung zur axialen Wicklungsmitte gelegenen Teilwicklungen im Gegensatz zu den Doppelspulen, die im jochnahen Bereich mit einem sehr kleinen axialen Feld verkettet sind, nicht so stark ab.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Teilwicklung eine axiale Ausdehnung von mindestens 5% der gesamten Schenkellänge auf. Entsprechend dieser Ausgestaltung und insbesondere im Zusammenhang mit einer aus drei Windungen bestehenden Sekundärwicklung wurden bei praktischen Testversuchen die optimalsten Werte erreicht.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Drilleiter der Teilwicklung entweder nur blank oder nur isoliert ausgeführt.
Ein grosser Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass sie im Gegensatz zur erwähnten Doppelspulenwicklung auch mit einem blanken Drilleiter ausgeführt werden kann. Das ist dadurch möglich, dass die erfindungsgemässe Wicklung in radialer Richtung nur eine Windung aufweist, und dass die in axialer Richtung aufeinanderliegenden Windungen jeder Teilwicklung durch die in allen Fällen (also auch bei Doppelspulen) notwendigen Spulendistanzierungsbackerl isoliert werden, wodurch keine Leiterisolation notwendig ist. Dies bringt nicht nur wirtschaftliche Vorteile auf Grund der Verwendbarkeit eines blanken Drilleiters, der in gewissen Abständen bandagiert sein kann, mit sich, sondern erlaubt wegen der besseren Kühlung die Anwendung höherer Stromdichten ohne die zulässige Wicklungserwärmung zu überschreiten.
Die Teilwicklung kann aus zwei oder mehreren in radialer Richtung übereinanderliegenden, durch axiale Kühlkanäle getrennten, Wicklungsteilen bestehen. Diese Kühlkanäle werden dann angeordnet, wenn die zulässigen Temperaturen überschritten werden.
An Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Verlauf des magnetischen Streufeldes für eine Wicklungshälfte. Kurve 1 stellt die Radialkomponente dar, Kurve 2 die Axialkomponente und Kurve 3 die mittlere Induktion Bm.
In Fig. 1 wurde die oberste Doppelspule eingezeichnet, wobei die axiale Längsausdehnung dieser Doppelspule mit a bezeichnet wurde. Die oberste und natürlich auch die unterste Doppelspule sind somit mit dem im Vergleich zum Mittelwert Bm sehr kleinen Axialfeld A-B verkettet. Auf Grund dessen sinkt die Impedanz dieser l. Doppelspule im Vergleich zu den weiteren in Richtung zur axialen Wicklungsmitte liegenden Doppelspulen stark (ab), wodurch in dieser Doppelspule eine starke Stromüberlastung auftritt.
In Fig. 2 ist statt der Doppelspule eine aus Drilleitern hergestellte erfindungsgemässe Teilwicklung mit einer Windungszahl fünf und der axialen Ausdehnung b dargestellt. Diese oberste bzw. natürlich auch die unterste Teilwicklung sind mit einem Axialfeld C-D verkettet. Gegenüber der in Fig. l dargestellten Doppelspule ist diese Wicklung mit einem Axialfeld verkettet, dessen Mittelwert viel grösser ist als jener des Axialfeldes A-B. Der Unterschied zum Mittelwert Bm ist
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hier viel geringer und diese 1. Teilwicklung weist eine wesentlich grössere Impedanz auf als die entsprechende 1. Doppelspule, d. h. die Impedanz dieser l. Teilwicklung ist annähernd gleich den Impedanzwerten der in Richtung zur axialen Wicklungsmitte liegenden restlichen Teilwicklungen.
Diese ist annähernd gleich den Impedanzwerten den in Richtung der axialen Wicklungsmitte folgenden restlichen Teilwicklungen.
Es ist also daraus zu ersehen, dass bei der Verwendung der erfindungsgemässen Wicklung die Impedanzwerte der einzelnen Teilwicklungen sich untereinander viel weniger unterscheiden als jene Werte, die sich bei Verwendung von Doppelspulen ergeben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochstromtransformator, vorzugsweise Ofentransformator, bei dem die Sekundärwicklung aus Drilleitern besteht und mindestens zwei Windungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung in'an sich bekannter Weise aus mehreren, in axialer Richtung übereinander angeordneten, parallelgeschalteten Teilwicklungen besteht, und dass jede Teilwicklung mit der vollen Windungszahl ausgeführt ist, wobei sich diese Windungszahl durch ausschliesslich in axialer Richtung erfolgende Aneinanderreihung der einzelnen Windungen ergibt.