Hochspannungstransformator, insbesondere Trockenspannungswandler. Es sind bereits Hochspannungstrans formatoren, insbesondere Trockenspannungs- wandler, bekannt geworden, bei denen die Oberspannungswicklung in einem einteili gen nach Art einer Garnrolle ausgebildeten Spulenkasten aus Isolierwerkstoff derart lagenweise gewickelt ist, dass die End- windungen jeder Lage sich dicht an die Flansche des Spulenkastens anlegen, und derart angeschlossen ist,
dass ihr Potential von dem aussen liegenden Anfangspotential nach dem von ihr umfassten gern hin zu nimmt und das Ende der innersten Wick lungslage durch den Flansch des Spulen kastens hindurchgeführt ist. Zum Anschluss eines solchen Transformators an höhere Spannungen ist es auch schon bekannt, die in der angegebenen Weise angeordnete Ober spännungswicklung auf zwei übereinander gesetzte Spulenkästen zu verteilen und den Eisenkern auf ein mittleres Potential, näm lich das der Verbindungsleitung der bei den Oberspannungswicklungsteile, zu legen.
Die beiden Spulenkästen können überein ander oder koachsial zueinander angeordnet werden. In beiden Fällen hat die jeweils aussen liegende Wicklungslage der beiden Spulenkästen das gleiche Potential wie der rahmenförmig oder mantelförmig ausgebil dete Eisenkern.
Beim Hochspannungstransformator, ins besondere Trockenspannungswandler gemäss der \ Erfindung sind beide Spulenkästen auf ihrer einen Seite geschlossen und der stabföi-mig ausgebildete Eisenkern ist voll ständig von den beiden Spulenkästen um geben. Die an den beiden Spulenkästen not wendigen Durchführungen für die beiden Enden der Oberspannungswicklung können dadurch entsprechend kürzer bemessen und die Abmessungen des ganzen Transformators verkleinert werden.
In den Figuren sind Ausführungsbei spiele für Hochspannungstransformatoren ge mäss der Erfindung schematisch dargestellt. Die Fig. 1 zeigt zur Hälfte im Schnitt, zur Hälfte in Ansicht einen aus zwei Gliedern bestehenden Kaskadentransformator. Die Oberspannungswicklung ist in Teile 11, 12, 13 und 14 unterteilt und auf vier Spulen kästen 15, 16, 17 und 18 lagenweise auf gewickelt.
Die beiden Spulenkästen 15 und 16 bilden das eine Glied, die beiden Spulenkästen 17 und 18 das zweite Glied des Kaskadentransformators. Die Spulen kästen 15 und 17 sind oben durch die mit ihnen vorzugsweise aus einem Stück her gestellten Isolierdeckel 19 bezw. 20, die Spulenkästen 16 und 18 unten durch die mit. ihnen ebenfalls vorzugsweise aus einem Stück hergestellten Isolierböden 21 bezw. 22 abgeschlossen.
Die beiden Spulenkästen 15 und 16 umschliessen einen stabförmigen Eisenkern 23 mit Polschuhen 24 und 25; entsprechend befindet sich in dem von den beiden Spulenkästen 17 und 18 umschlosse nen Raum ein stabförmiger Eisenkern 26 mit Polschuhen 27 und 28. Auf jedem der beiden Stabkerne 23, 26 ist eine aus zwei Wicklungsteilen bestehende Schubwicklung 29 bezw. 30 zur besseren Kopplung der Wicklungen jedes Gliedes aufgewickelt.
Zur magnetischen Kopplung der beiden Eisen kerne dienen die beiden miteinander verbun denen Überkopplungswicklungen 31 und 32, die auf die Spulenkästen 16 bezw. 17 auf gewickelt sind. Der oberste Spulenkasten 15 trägt eine mit ihm aus einem Stück be stehende oder an ihn aasgarnierte Durchfüh rung 33, durch welche das an den Hochspan nungspol anzuschliessende Ende der Ober spannungswicklung herausgeführt wird.
Zur Herausführung des andern zu erdenden Endes der Oberspannungswicklung dient eine als Stützer und Träger des ganzen Transfor mators ausgebildete Durchführung 34 des untersten Spulenkastens 18, die ungefähr den gleichen oder einen grösseren Aussen durchmesser wie der -Spulenkasten selbst besitzen kann.
Die zur Aufnahme der Pol schuhe 25 und 2 7 dienenden Teile der Spulenkästen 16 und 17 sind aussen mit Iso- lierschirmen 35, 36 versehen, um den erfor derlichen Überschlagweg zwischen den äusser- sten Lagen der beiden Spulenkästen 16 und <B>17</B> zu schaffen. Die Sekundärwicklung des Transformators ist mit 37 bezeichnet und ist auf den untersten Spulenkasten 18 auf gewickelt. Die Enden der äussersten Win- dungslagen der Teile 13 und 14 der Ober spannungswicklung sind miteinander und mit dem Eisenkern 26 leitend verbunden.
Entsprechend sind die Enden der äusser sten Windungslagen der Oberspannungs- wicklungsteile 11 und 12 miteinander und mit dem Eisenkern 23 leitend verbunden. Ferner sind die Enden der innersten Wick lungslagen der Oberspannungswicklungsteile 12 und 13 miteinander verbunden; zweck mässig dient als Verbindungsleitung eine der beiden die Überkopplungswicklungen 31 und 32 miteinander verbindenden Leitungen 38, 39. Das in Fig. 2 gezeichnete schematische chaltbild lässt die einzelnen Verbindungen S S leicht erkennen.
Zwischen den beiden Gliedern, das heisst also zwischen dem Isolierboden 21 und dem Isolierdeckel 20 ist eine leitende oder halb leitende Schicht, zum Beispiel eine Graphit- schiebt, angeordnet, die auf dem Potential der Verbindungsleitung der beiden Wick lungsteile 12 und 13 liegt. Um das Ent stehen von Wirbelströmen in dieser leitenden Schicht zu verhindern, wird die Schicht zweckmässig sternförmig ausgebildet.
Um die einzelnen Spulenkästen wird in bekannter Weise je ein geschlitzter Metall mantel herumgelegt. Die beiden Mäntel eines Gliedes können aber auch zu einem einzigen Mantel vereinigt sein, der dann gleichzeitig die Verbindung der beiden Oberspannungs- wicklungsteile dieses Gliedes darstellt. Die ser Mantel setzt sich auf den Isolierkörpern der Spulenkästen bis zu dem nächsten Iso- lierschirm als Metallisierung fort, wie in der Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist. Das Innere der Spulenkästen ist, wie üblich; metallisiert.
Dieser leitende Belag befindet sich auf dem selben Potential wie der Eisenkern und der Aussenmantel des betreffenden Gliedes. Durch den herumgelegten Metallmantel ent steht zusammen mit der als Eingangswin- dungen dienenden Aufspritzung auf den Spulenkästen eine kapazitive Durchkopplung und damit in bekannter Weise ein schwin gungsfreier Transformator.
Soll der Transformator nur aus einem Glied bestehen, so kommen die in Fig. 1 mit 16 und 17 bezeichneten Spulenkästen in Fortfall und der Spulenkasten 15 wird un mittelbar auf den Spulenkasten 18 gesetzt. Der Transformator besitzt dann nur einen einzigen Stabkern mit Polschuhen und Schubwicklung. Die Überkopplungswick- lungen fallen dann natürlich auch fort.
Die Polschuhe der Eisenkerne können eine kreisförmige Gestalt haben mit einem Ausschnitt, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, die einen Schnitt A-B durch den Spulen kasten 15 zeigt.
Mit 40 ist die zum Heraus führen des Oberspannungswicklungsanfangs aus dem Spulenkasten dienende Durchboh rung beezichnet. Der Polschuh besteht aus einer Mehrzahl von Eisenbändern 41 unter schiedlicher Länge, die nacheinander in den zur Aufnahme des Polschuhes dienenden Hohlraum des Spulenkastens eingebracht werden, und einem innern, aus einem ein zigen Band gewickelten Spiralkern 42,
der nach Einbringen der Eisenbänder 41 in dem verbleibenden kreisförmigen Raum einge wickelt wird.
Die Polschuhe können aber auch eine rechteckige Form. erhalten, wie in der Fig. 4 dargestellt ist. Hier besteht der Polschuh aus einer Mehrzahl geschichteter Eisenblechstrei-. fen 43. Der Eisenkern 23 wird zweckmässig in der gestrichelt angedeuteten Weise der Kreisform des innern Spulenkastenhohl- raumes angepasst.
Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen aus einem Glied bestehenden Trans formator, bei dem die beiden Spulenkästen 45 und 46 koachsial ineinander liegen. Die Oberspannungswicklung besteht aus den bei den auf diese Spulenkästen lagenweise auf gebrachten Wicklungsteilen 47 und 48.
Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel lie gen der Eisenkern 49 und die jeweils äusserste Lage der beiden Wicklungsteile bezw. die sie umgebenden geschlitzten- Me tallmäntel 50 und 51 auf dem gleichen Po tential. Der Eisenkern besitzt zwei Polschuhe 52 und 53, die in der an Hand der Fig. 3 oder 4 erläuterten Art und Weise ausgebil det sein können. Die die Polschuhe aufneh menden Teile der Spulenkästen sind aussen wieder mit Isolierschirmen 54 bezw. 55 ver sehen, um die erforderlichen Überschlags wege zu schaffen.
Die Sekundärwicklung ist mit 56 bezeichnet und auf dem äussern Spulenkasten 45 angeordnet. Ihre beiden Enden werden zusammen mit dem innen lie genden Ende des Oberspannungswicklungs- teils 47 nach unten herausgeführt, während der innen liegende Anfang des Oberspan nungswicklungsteils 48 nach oben durch den Flansch des Spulenkastens 46 geführt ist.
Falls erforderlich, kann der Spulenkasten 46 ebenso wie der Spulenkasten 15 der Fig. 1 mit einer Durchführung, der Spulenkasten 45 unten mit einem Stutzer ausgerüstet wer den. Ähnlich wie in Fig. 1 können auch mehrere der in Fig. 5 dargestellten Trans formatoren zu einem Kaskadentransformator für entsprechend höhere Spannung aufein- andergesetzt werden.
Die Anordnung der 'v#Ticklungen kann dabei die gleiche sein wie bei dem in Fig. 1 gezeichneten Kaskaden transformator (siehe Fig. 2). Die Bauhöhe eines solchen Transformators ist infolge der koachsialen Anordnung der beiden Spulen kästen jedes Gliedes wesentlich geringer als die Bauhöhe eines gemäss Fig. 1 aufgebauten Kaskadentransformators. Die Metallisierung der Oberflächen der Spulenkästen ist in der Fig. 5 wieder durch gestrichelte Linien an gedeutet.
Zur Verringerung des magnetischen Widerstandes, der durch den Luftrück- schluss des stabförmigen Eisenkernes be dingt ist, kann man ausser der schon er wähnten Anordnung von Polschnhen den die Oberspannungswicklung umgebenden ge schlitzten leitenden Mantel, zum Beispiel in Fig. 5 den Mantel 50, aus mehreren un mittelbar aufeinander liegenden Eisenblechen herstellen, die dann zusammen mit den Pol schuhen einen gewissen Eisenrückschluss bil den,
den Luftrückschluss verkleinern und die magnetische Streuung und Fremdfeldbeein- flussung verringern.
Bei einem Kaskadentransforma.tor kann man, besonders wenn es sich um eine Innen raumausführung handelt, den obersten Spu- lenkasten des obersten Gliedes offen lassen. das heisst also bei dem in Fig. 1 gezeichneten Beispiel den Isolierdeckel 19 fortlassen oder ihn durch einen Metalldeckel ersetzen. Dann muss aber die Durchführung 33 entsprechend länger gemacht werden.
Man kann die beiden mit ihren Abschluss wänden aneinanderstossenden Spulenkästen zweier benachbarter Glieder aus einem Stück herstellen, so dass die beiden die Hohlräume der Spulenkästen auf einer Seite abschliessen den Wände zu einem gemeinsamen Zwischen boden verschmelzen.
Dies hat den Vorteil, da.ss die Herstellung der Spulenkörper einfacher und billiger ist; man kann nämlich die beiden aus einem Stück bestehenden Spulenkästen mit Zwischenboden in der Weise herstellen, dass zwei Einzelspulen- kästen unter Zwischenfügung einer entspre chenden Scheibe zusammengarniert und auf diese Weise ein einteiliger Doppel-Spulen- hasten mit Zwischenboden hergestellt wird.
Ein solcher Hochspannungstransformator ist in der Fig. 6 dargestellt. Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei Schnitte durch einen der in der Fig. 6 benutzten einteiligen Doppelspulen- kästen mit Zwischenboden, während in der Fig. 9 die Schaltung der verschiedenen Wicklungen des in Fig. 6 dargestellten Transformators gezeichnet ist. Dieser besteht beispielsweise aus vier Gliedern 111, 112, 113 und 114, die in Kaskadenschaltung über einander gesetzt sind.
Während das oberste Glied 111 ebenso wie das unterste Glied 114 nur je einen Spulenkasten aufweist, bestehen die beiden mittleren Glieder aus je zwei Spulenkästen. Diese insgesamt sechs Spulen kästen, auf welche die Oberspannungswick- lung entsprechend verteilt und in bekannter Weise lagenweise aufgewickelt ist, sind mit 1l5-120 bezeichnet. Der Spulenkasten 115 des obersten Gliedes bildet mit dem ihm be nachbarten Spulenkasten 16 des folgenden Gliedes einen aus einem Stück bestehenden Doppelspulenkasten mit Zwischenboden 121.
der die Hohlräume der beiden Spulenkästen voneinander trennt. Desgleichen bestehen die Spulenkästen <B>117</B> und 118 der Kaskaden glieder 11<B>2</B> und 113 mit dem Zwischenboden 122 bezw. die Spulenkästen <B>119</B> und 120 der einander benachbarten Glieder 113 und 114 mit dem Zwischenboden 1<B>2</B>3 aus einem Stück. Der Kaskadentra.nsformator der Fig. 6 weist also drei vorzugsweise aus Porzellan hergestellte Doppelspulenkästen mit Zwi schenboden auf.
Falls die Betriebsspannung genügend niedrig ist, kann man mit nur zwei, gegebenenfalls mit nur einem Doppel spulenkasten auskommen. Bei höheren Be triebsspannungen wird man den Transforma tor aus vier oder noch mehr Doppelspulen kästen mit Zwischenboden aufbauen.
Die Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch einen solchen Doppelspulenkasten, beispiels weise den des obersten Gliedes 111 des Kas- kadentransformators der Fig. 6, während in Fig. 8 der Schnitt längs der Linie A-B der Fig. 7 gezeichnet ist.
Er besteht aus den bei den Einzelspulenkästen 115 und 116, deren jeder in üblicher Weise mit einer Flanschen durchbohrung 124 bezw. <B>125</B> zum Heraus führen des Endes der innersten Lage des be treffenden Hochspannungswicklungsteils ver sehen ist, sowie aus dem mit den beiden Spulenkästen zusammengarnierten Zwischen boden 121. Dieser ragt rings herum über die beiden ihm anliegenden Flanschen heraus. Auf der Unterseite des vorstehenden ring förmigen Teils sind Rillen 126 zur Verlänge rung des Kriechweges vorgesehen.
An der Stelle, an der die beiden Flanschendurchboh- rungen 124, 125 liegen, ist der Zwischen boden mit einer erweiterten Bohrung 127 versehen, durch welche die Verbindungslei tung der beiden Spulenkastenwicklungen hin durchgeführt ist. Damit die in den Spulen kastenhohlräumen 128, 129 unterzubringen den Teile des Transformatoreisenkernes nicht 2u wärm werden, sind in dem Zwischenboden eine Anzahl radial verlaufender Lüftungsöff nungen 130 vorgesehen.
Diese sind dadurch entstanden, dass die Flanschen der Spulen kästen nicht unmittelbar an den Zwischen boden 121 anliegen, sondern auf beiden Sei ten des Zwischenbodens kleine Stege 131 an geordnet sind, wie die Fig. 8 erkennen lässt. Falls eine Belüftung des Hohlraumes .der Spulenkästen nicht erforderlich ist, kommen die Stege 131 in Fortfall.
Der Eisenkern des Transformators be steht; wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, entspre chend der Zahl der Kaskadenglieder aus vier Stabkernen 132, 183, 134 und 135. Die Stab kerne 132.und 135 sind halb so lang, wie die beiden andern Kerne, setzen sich aber zur Verringerung des durch den Luftrückschluss des stabförmigen Gesamteisenkernes beding ten magnetischen Widerstandes in je einen Polschuh 136 bezw. 137 fort.
Jeder der bei den Polschuhe besteht zweckmässig aus zwei Blechpaketen, von denen das eine, wie auch aus der Fig. 6 ersichtlich ist, eine um<B>90'</B> gegenüber denn andern versetzte Schichtrich tung aufweist. Die Stabkerne werden zweck mässig in -an sich bekannter Weise abwech selnd aus Eisenblech- und Pressspantafeln ge schichtet, um die Kraftliniendichte in den Luftspalten zwecks Verminderung des Leer laufstromes niedrig halten, dabei aber das Eisen selbst so hoch wie üblich belasten und dementsprechend an Eisen sparen zu können.
Die Oberspannungswicklung besteht aus sechs auf die einzelnen Spulenkästen verteil ten Wicklungen 138-143. In dem Wickel raum des Spulenkastens 115 des obersten Gliedes 111 befindet sich, wie aus der Schaltungsskizze der Fig. 9 ersichtlich ist, ausser dem Oberspannungswicklungsteil. 138 noch eine Kopplungswicklung 144,
die mit der entsprechend angeordneten Kopplungs wicklung 145 auf dem Spulenkasten 116 verbunden ist und mit ihr für die mag netische Kopplung der beiden Stabkerne 132 und 138 sorgt. Die, eine der beiden durch den Zwischenboden 121 hindurchgeführten Ver bindungsleitungen dient gleichzeitig zur Ver- Bindung der Öberspannungswicklungsteile 188 und<B>139.</B> Auf dem Spizlenl:
asten 116 be findet sich ausser der Kopplungswicklung 145 und dem Oberspannungswicklungsteil 139 noch eine Schubwicklung 146, die mit der Schubwicklung 147 auf dem Spulen kasteu 117 verbunden ist. Die Schubwick lungen 146 und 147 auf den Spulenkästen 116 und 117 sorgen zusammen mit den un mittelbar auf den Eisenkern 133 aufgebrach ten Schubwicklungen 148 und 149 für eine gute Kopplung der Wicklungen des Kas- kadengliedes 112. Sie befinden sich auf dem Potential der äussersten Wicklungslage der Oberspannungswicklungsteile 189 und 140.
die auch durch eine ihrer Verbindungslei- tungen miteinander verbunden sind. Dieses Potential wird auch den Schubwicklungen 148 und 149 und dem Eisenkern 133 aufge drückt. Der Spulenkasten 117 enthält auch eine Kopplungswicklung 150, die mit der Kopplungswicklung 151 des Spulenkastens 118 verbunden ist.
Mit 152 und 153 sind die auf den Spulenkästen 117 und 118, mit 154 und 155 die auf dem. Eisenkern 134 aufge brachten Schubwicklungen - des Gliedes 113 bezeichnet. Ihre Schaltung entspricht der jenigen der Schubwicklungen des Gliedes 112. Die Kopplungswicklungen 156 und 157 auf den Spulenkästen 119 und 120 sorgen für die magnetische Kopplung der beiden Eisenkerne 134 und 135.
Die Niederspan nungs- oder Sekundärwicklung des Transfor mators besteht aus den beiden in Reihe ge schalteten Wicklungsteilen 158 und 159,- von denen der eine unmittelbar auf dem Eisen kern 135 des untersten Gliedes 114 liegt, während der andere auf dem Spulenkasten 120 über die äusserste Windungslage des letzten Oberspannungswicklungsteils gewik- kelt ist.
Das Ende der äussersten Windungs- lage des Oberspannungswicklüngsteils 143 ist ebenso wie - der Eisenkern 135 und der eine Pol der Sekundärwicklung geerdet.
Zur -weiteren Verringerung des magne tischen Widerstandes werden zweckmässig um die einzelnen Glieder des Ka.skadentrans- formators Mäntel aus magnetischem Werk- stoff herumgelegt, die bis zu den Zwischen böden bezw. den Polschuhen reichen und in der Fig. 6 mit<B>160,</B> 161,<B>162)</B> und 163 be zeichnet sind.
Diese Mäntel werden vorzugs weise aus Eisenblech gewickelt und über die fertig bewickelten Spulenkästen herüberge- schoben. Sie liegen auf demselben Potential wie die konzentrisch in ihnen befindlichen Stabkerne, das heisst also auf dem Potential der äussersten Windungslagen der von ihnen umschlossenen Oberspannungswicklungsteile. Zum Schutz gegen lUitterungseinflüsse und mechanische Beschädigungen sind um die Mäntel noch längs geschlitzte Aluminium zylinder 164-167 herumgelegt.
Ein Fuss gestell 168 trägt den ganzen Transformator und ist mit den Niederspannungsanschluss- klemmen versehen, während ein Metalldeckel 169 den Transformator oben abschliesst und die Hochspannungsklemme 170 trägt. Die Spulenkästen sind wie üblich innen und auf der Aussenfläche der Flanschen, sowie auf der die innerste Wicklungslage aufneh menden Fläche des Wickelraumes mit Me tallbelägen versehen, die zweckmässig auf gespritzt werden und zur Vermeidung von Kurzschlusswindungen entsprechend ge schlitzt sein müssen.
Die Metallisierung auf den beiden Seiten der Zwischenböden erhält zweckmässig die Gestalt eines Sternes, wie schon an Hand der Fig. 1 erläutert ist.
Zur Verringerung des Aufwandes an Eisen und zur weiteren Verbesserung der Kühlung der Transformatorwicklungen kann man jeden der aus magnetischen Werkstof fen bestehenden Mäntel 160, 161, 162 und 163 durch zwei aus aufgewickeltem Eisen band hergestellte Ringe, die an den betref fenden Zwischenböden anliegen und durch zwei aus Eisenblechstreifen hergestellte Stäbe magnetisch miteinander verbunden sind, ersetzen. Ausserdem kann man die Pol schuhe 136 und 137, die in der Fig. 6 kreis förmig ausgebildet sind, zu je einem stabför- migen Polschuh zusammenschrumpfen lassen.
Zweckmässig wird dann die Anordnung so getroffen, dass die stabförmigen Polschuhe und die die einzelnen an den Zwischenböden anliegenden Eisenblechringe verbindenden Eisenblechstäbe sämtlich in einer gemein samen, durch die Mittelachse der Spulenkör- per hindurchgehenden Ebene liegen.