CH346606A - Stossspannungssichere Wicklung - Google Patents

Description

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    Stossspannungssichere   Wicklung Die vorliegende Erfindung betrifft eine    stossspan-      nungssichere   Wicklung, die zumindest teilweise ineinander verschachtelte Wicklungslagen aufweist, wobei in radialer Richtung des Kernes    nebeneinanderliegende   Leiter gleichzeitig schraubenförmig in Richtung der Kernachse gewickelt sind. 



  Eine Wicklung, beispielsweise von einem Transformator, stellt bei den üblichen Frequenzen eine    Induktivität   dar. Falls sie jedoch durch Überspannungswellen beansprucht wird, die infolge atmosphärischer Entladung oder plötzlicher Änderungen des Netzzustandes hervorgerufen sein können, sind für die Spannungsverteilung längs der Wicklung die    kapazitiven   Verhältnisse entscheidend.    Fig.   1 zeigt das Ersatzschaltbild eines Transformators. Hierbei ist mit A die Längsachse des    Transformatorkernes,   mit B die Wicklung, mit D der Wicklungsanfang, mit F das Wicklungsende bezeichnet.    CE   stellt die Kapazität einer Windung gegen Erde,    Cw   die gegenseitige    Win-      dungskapazität   dar.

   In    Fig.   2 ist die Spannungsverteilung längs der Wicklungsachse    DF   für den stationären Zustand (Kurve    G)   und beim Auftreffen einer Wanderwelle (Kurve H) wiedergegeben. Es lässt sich erkennen, dass eine geradlinige Spannungsverteilung mit einer gleichmässigen Spannungsbeanspruchung der einzelnen Wicklungsteile identisch ist, da in diesem Fall die Spannungsunterschiede A U für gleiche Teile    Ax   konstant sind. Bei einer Spannungsverteilung nach Kurve H trifft dies jedoch nicht mehr zu. Hier weichen die Werte AU' und AU" erheblich voneinander ab. 



  Um Wicklungen gegen Stossspannungen zu schützen, sind bereits verschiedene Massnahmen zur Anwendung gekommen. So ist es z. B. seit langem bekannt, die Eingangswindungen stärker zu isolieren als die übrigen Windungen. Der Nachteil besteht hierbei darin, dass der erforderliche Wickelraum zunimmt und die erhöhte Spannungsbeanspruchung auf die nicht mit verstärkter Isolation versehenen Spulen verschoben werden kann, so dass an diesen Beschädigungen auftreten. Wesentliche Verbesserungen sind dann möglich, wenn das Verhältnis    CE/Cw   (vgl.    Fig.   1) klein ist. Die Kapazität gegen Erde muss demnach möglichst niedrig, die gegenseitige    Windungskapazität   hingegen möglichst gross sein.

   Aus diesem Grunde ist schon vorgeschlagen worden, Kapazitätsschirme anzubringen, die zwar eine gute Spannungsverteilung ergeben, die aber auch eine erhebliche räumliche Vergrösserung bedingen und zu schweren und teuren Konstruktionen führen. Ferner sind bereits Wicklungen beschrieben worden, die durch    Verschachtelung   der Einzelwindungen innerhalb einer Scheibenspule eine Erhöhung der gegenseitigen    Windungskapazität   ergeben. Diese Anordnungen sind jedoch wickeltechnisch schwierig. Sie erfordern eine grosse Anzahl von Überkreuzungen und zusätzliche Verbindungen zwischen den einzelnen Scheiben der Wicklung.

   Schliesslich wurde schon vorgeschlagen, die    Windungslagen   von Transformatoren    ineinanderzu-      schachteln.   Die bekannten Ausführungen sind aber auf Kleintransformatoren beschränkt und besitzen eine relativ schlechte    Stossspannungsverteilung,   da die    kapazitive   Kopplung innerhalb der Wicklung starke Unregelmässigkeiten aufweist. 



  Die geschilderten Mängel des Bekannten. lassen sich vermeiden, wenn erfindungsgemäss grundsätzlich immer zwei nahtlos unmittelbar verbundene Lagen gegensinnig gewickelt sind und sich stets zwischen diesen Lagen mindestens eine weitere Lage befindet, deren Verbindung mit den erstgenannten Lagen eine Nahtstelle aufweist. 



  Diese Nahtstelle kann als    Löt-,   Schweiss- oder Klemmverbindung ausgeführt sein. Die erfindungsgemässe Anordnung weist eine praktisch lineare Stossspannungsverteilung auf und ergibt wickeltechnische 

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 Vorteile, da die Anzahl der zusätzlichen Verbindungsleitungen sehr gering ist. Diese Leitungen sind zudem nur an leicht zugänglichen Stellen erforderlich. Ferner ist der Erfindungsgegenstand für Transformatoren jeder Leistung verwendbar, da die    Lagenwicklung   mit Hilfe von Kanälen, die sich in radialer Richtung zum Kern erstrecken, intensiv gekühlt werden kann. 



  Die    Fig.   3-13 zeigen als Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes elf    Transformatorwicklungen.   In    Fig.   3 ist wie in    Fig.   1 die Kernachse mit A und der Wicklungsanfang mit D bezeichnet. Das Ende eines Wicklungsabschnittes trägt den Buchstaben K Die Einzelwindungen sind vereinfacht als Rechtecke dargestellt und fortlaufend numeriert, so dass ihre Reihenfolge leicht erkennbar ist. Zur Kennzeichnung der zum gleichen Leiter eines Wicklungsabschnittes gehörenden    Windungsgänge   sind die Windungen des einen Leiters schraffiert. Die gezeigte Wicklung besteht hauptsächlich aus zweigängigen Lagen, d. h. die Windungen 1, 25 bzw. 5, 29 usw. werden gleichzeitig gewickelt. Nur die letzte    Windungslage   ist eingängig ausgeführt (Leiter 21-24).

   Der    Figur   ist zu entnehmen, dass im Wicklungsabschnitt DK lediglich zwischen den Windungen 24 und 25 eine zusätzliche Verbindung L angeordnet werden muss.    Übereinanderliegende   Wicklungsabschnitte können für sich allein hergestellt oder als Doppelabschnitte gewickelt werden. Im letzteren Fall sind keine Lötverbindungen nötig. 



     Fig.   4 zeigt eine Wicklung, die nach denselben    Richtlinien   aufgebaut ist wie die Wicklung nach    Fig.   3, wobei gleiche Teile auch mit gleichen Buchstaben versehen sind. Der Unterschied liegt nur in der gewählten Anzahl der Windungen je Lage und der    Lagenzahl   selbst. 



  In    Fig.   5 ist eine zweigängige    Lagenwicklung   dargestellt, bei welcher der die Windungen 41-44 bildende Leiter nur in einer einzigen Lage mitgeführt ist. Nach Überkreuzung der Windungen 21 und 5 erfolgt die weitere Aufwicklung in der schon aus den    Fig.   3 und 4 ersichtlichen Weise. Die freien Enden D und K liegen, im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Anordnungen, auf der gleichen Seite des Wicklungsabschnittes. Es sind allerdings zwei Verbindungsleitungen (zwischen den Windungen 40, 41; 20, 21) nötig. 



  Nach    Fig.   6 werden zunächst drei in radialer Richtung des Kernes    nebeneinanderliegende   Leiter zu einer dreigängigen    Windungslage   in Richtung der Kernachse gewickelt und die übrigen Lagen zweigängig    ausgeführt.   Die doppelt schraffierten Windungen 49-52 gehören zu einem Leiter, der nur einen einzigen Gang innerhalb eines Wicklungsabschnittes bildet. Zwischen dem zweiten und dem letzten sowie zwischen dem dritten und dem vorletzten    Windungsgang   sind Verbindungsleitungen angeordnet. 



     Fig.   7 stellt eine verschachtelte Wicklung dar, bei welcher die erste und die letzte    Windungslage   eingängig, die dazwischenliegenden    Windungslagen   jedoch zweigängig ausgeführt sind. Die freien Enden des Wicklungsabschnittes liegen am zweiten und am vor- letzten Gang. Zwischen der ersten und der letzten Lage ist eine Verbindungsleitung vorhanden. 



  In    Fig.   8 ist eine Wicklung gezeigt, bei welcher die erste    Windungslage   fünfgängig und die nächste    Windungslage   viergängig ausgebildet ist. Der die Windungen 81-90 bildende Leiter wird nur in der ersten Lage mitgeführt. Nach Überkreuzung der Windung 71 mit den Windungen 31 und 51 schreitet die Wicklung viergängig fort. Die dargestellte Anordnung erfordert vier Verbindungsleitungen. 



  In den    Fig.   9 und 10 sind noch zwei weitere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes angegeben, bei denen die    Verschachtelung   von drei Leitern innerhalb eines Wicklungsabschnittes vorgenommen ist, der aus Wicklungsteilen besteht, die in radialer Richtung des Kernes    nebeneinanderliegen   und die aus je zwei Leitern gebildet sind, wobei nur einer der Leiter beiden Wicklungsteilen zugehört. 



     Fig.   11 gibt eine Reihenparallelschaltung wieder, bei welcher die einzelnen Abschnitte der Wicklung entsprechend    Fig.   3 aufgebaut sind. Der Eingang dieser Anordnung ist mit M bezeichnet. 



  Weitere Möglichkeiten der Reihenparallelschaltung zeigen die    Fig.   12 und 13. Die zwischen D und K gelegenen Abschnitte von    Fig.   12 sind der in    Fig.   4 angegebenen Wicklung ähnlich. Bei der in    Fig.   13 dargestellten Ausführung sind in radialer Richtung des Kernes    nebeneinanderliegendeWicklungsabschnitte   parallelgeschaltet. 



  Die Kernachse A könnte bei den Ausführungen nach    Fig.   3-13 auch auf der andern Seite der Wicklung angeordnet sein. 



  Der Erfindungsgegenstand ist an sich weder hinsichtlich der    Lagenzahl   noch der    Windungszahl   je Lage begrenzt. Lediglich die zwischen nebeneinanderliegenden Leitern zulässige Höchstspannung wird für den jeweiligen Fall eine bestimmte Ausführungsform nahelegen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Stossspannungssichere Wicklung, die zumindest teilweise ineinander verschachtelte Wicklungslagen aufweist, wobei in radialer Richtung des Kernes nebeneinanderliegende Leiter gleichzeitig schraubenförmig in Richtung der Kernachse gewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass grundsätzlich immer zwei nahtlos unmittelbar verbundene Lagen gegensinnig gewickelt sind und sich stets zwischen diesen Lagen mindestens eine weitere Lage befindet, deren Verbindung mit den erstgenannten Lagen eine Nahtstelle aufweist. UNTERANSPRÜCHE 1. Wicklung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Richtung der Kernachse mehrere Wicklungsabschnitte aufweist, die durch Leitungen miteinander verbunden sind. 2.

   Wicklung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in radialer Richtung des Kernes nebeneinanderliegende Leiter zu zweigängigen Windungslagen in Richtung der Kernachse gewickelt <Desc/Clms Page number 3> sind, wobei jedoch die letzte Windungslage eingängig ausgeführt ist und zum Leiter des ersten Windungs- ganges gehört, und dass zwischen dem zweiten und dem letzten Windungsgang eine Verbindungsleitung besteht (Fig. 3, Fig. 4). 3.

   Wicklung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in radialer Richtung des Kernes nebeneinanderliegende Leiter zu einer zweigängigen Windungslage in Richtung der Kernachse gewickelt sind und der den zweiten Gang bildende Leiter nur in der ersten Lage vorhanden ist, während der den ersten Gang bildende Leiter nach Überkreuzung mit einem dritten Leiter zweigängig weitergewickelt und die letzte Windungslage eingängig ausgeführt ist und zwischen dem zweiten und dem letzten sowie dem dritten und dem vorletzten Windungsgang je eine Verbindungsleitung besteht (Fig. 5). 4.

   Wicklung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass drei in radialer Richtung des Kernes nebeneinanderliegende Leiter zu einer dreigängigen Windungslage in Richtung der Kernachse gewickelt sind und der den zweiten Gang bildende Leiter nur in der ersten Lage vorhanden ist, während die Leiter, welche den ersten und den dritten Gang bilden, zweigängig weitergewickelt sind und zwischen dem zweiten und dem letzten sowie dem dritten und dem vorletzten Windungsgang eine Verbindungsleitung besteht (Fig. 6). 5.

   Wicklung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die letzte Windungs- Lage eingängig, die dazwischenliegenden Windungs- lagen jedoch zweigängig ausgeführt sind und die freien Enden jedes Wicklungsabschnittes an dem zweiten und dem vorletzten Gang liegen und dass eine Verbindungsleitung zwischen der ersten und der letzten Windungslage besteht (Fig. 7). 6.

   Wicklung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass fünf in radialer Richtung des Kernes nebeneinanderliegende Leiter zu einer fünfgängigen Windungslage in Richtung der Kernachse gewickelt sind und der den dritten Gang bildende Leiter nur in der ersten Lage vorhanden ist, während die Leiter, welche die übrigen Gänge bilden, nach Überkreuzung zwischen dem Leiter des zweiten Ganges und den Leitern des vierten und fünften Ganges viergängig weitergewickelt sind und insgesamt vier Verbindungsleitungen vorhanden sind (Fig. 8). 7.

   Wicklung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung des Kernes nebeneinanderliegende Wicklungsteile vorhanden sind, die aus je zwei Leitern bestehen, wobei jedoch nur einer der Leiter beiden Teilen zugehört (Fig. 9, Fig. 10). B. Wicklung nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsabschnitte in Reihenparallelschaltung miteinander verbunden sind (Fig. 11, Fig. 12). 9. Wicklung nach Patentanspruch und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung des Kernes nebeneinanderliegende Wicklungsabschnitte parallelgeschaltet sind (Fig. 13).