Elektrische Wickelanordnung, insbesondere für Transformatoren und Kondensatoren Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Wickelanordnung, insbesondere für Transformatoren und Kondensatoren.
Die Erfindung ist besonders geeignet für aus auf gewickelten Folien bestehende Induktionsspulen. Unter aus aufgewickelten Folien bestehende Induk tionsspulen soll eine Spule verstanden werden, die eine gewisse axiale Länge aufweist und aus einem isolierenden Band oder einem Streifen mit geringem spezifischem Widerstand und einer Folie gewickelt ist, wobei die axiale Länge der Spule gleich der Breite des Bandes ist und die Dicke der Spule der Folien stärke entspricht und jede Windung eine vollständige Lage der Spule ausmacht.
Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, elektromagnetische Induktionsspulen und kapazitive Wickel zu schaffen, welche für hohe Ströme bestimmt sind, praktisch frei von Lufteinschlüssen sind, welche Einschlüsse unerwünschte Entladung verursachen können und bei welchen Wickelanschlussenden leicht angebracht werden können.
Die elektrische Spulen anordnung gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Band aus isolieren dem Material, das auf beiden einander gegenüber liegenden Flächen metallisiert ist, mit einem elek trisch leitenden Streifen zusammengewickelt ist, der sich praktisch in gleicher Richtung erstreckt wie die metallasierten Oberflächen, so dass der leitende Strei fen zwischen den metallisierten Oberflächen benach barter Windungen liegt und gemeinsam mit diesem einen Leiter bildet, wobei der leitende Streifen haupt sächlich den Strom leitet.
Die Erfindung soll anschliessend anhand der bei liegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert werden, wobei im einzelnen darstellen: Fig.1 Teile eines Transformators, Fig. 2 eine Teilansicht des Transformators gemäss Füg.
1 entlang der Schnittlinie 2-2 in Fig. 3, Fig. 3 einen Querschnitt durch den Transformator gemäss Fig.1, senkrecht zu dem Schnitt der Fig. 2, Fig. 4, 5 und 6 weitere Ausführungsbeispiele der Spulenanordnung und Fig.7 einen elektrischen Kondensator.
Fig. 1 zeigt einen Transformator, dessen Kern 1 durch eine Spulenanordnung umgeben ist. Die Spu- lenanordnung besteht aus einem Zylinder 2 aus iso lierendem Material, beispielsweise aus Kunstharz oder einem mit Kunstharz imprägnierten Papier, um wel chen eine aus einer Folie gewickelte Spule 3 ange ordnet ist. Die eine Folie enthaltende Spule 3 kann entweder die primäre oder die sekundäre Wicklung des Transformators sein.
Die zweite Wicklung kann entweder auf einen anderen Schenkel des Transfor- matorkernes 1 aufgebracht sein oder konzentrisch über der ersten Wicklung. Die Wicklung ist aus Grün den der übersichtlichkeit nicht massstabsgetreu; auch die relativen Ausdehnungen einschliesslich derjenigen der Anschlussenden, Abgriffe und Spulen müssen nicht notwendigerweise wie dargestellt ausgebildet sein.
Die Spule 3 besteht aus einem Band 6 aus iso lierendem Material-, welches Band an beiden einander gegenüberliegenden Flächen 7 und 8 metallisiert ist, und ist mit einem sich in gleicher Richtung erstrek- kenden leitenden Streifen 9 aus Aluminium, Kupfer oder einem anderen elektrisch gut leitenden Material zusammen aufgewickelt. Das Band 6 kann aus jedem Isoliermaterial bestehen, welches die Erfordernisse bezüglich Temperatur- und Spannungsfestigkeit des Transformators erfüllt.
Es hat sich herausgestellt, dass Polyäthylenterephthalatfilme besonders geeignet sind, wenngleich auch andere Isoliermaterialien, wie Zel- luloseazetat, regenerierte Zellulose, Polyvinylalkohol, Polysteren und dergleichen sowie mit einem Kunst harz imprägniertes Papier oder Gewebe verwendet werden können.
Die Spule 3 besitzt weiterhin Anschlussenden 4 und 4cc sowie Anzapfungen 4b, welche mit dem Leiter 9 an Punkten verbunden sind, an denen die Windungen einen gewissen Abstand voneinander aufweisen. Die Anschlüsse bzw. Abgriffe ragen axial aus der Wick lung heraus.
Die Lagen 7 und 8 sind dadurch gebildet, dass die Oberflächen des dielektrischen Materials 6 metal lisiert worden sind, im Gegensatz zu metallischen Folien, die lediglich an das Isoliermaterial, angelagert sind. Die metallisierten Lagen 7 und 8 können auf dem Film in Form von feinverteilten Metallpartikeln, beispielsweise durch Aufsprühen, Aufstreichen, Ein tauchen in eine die Metallpartikel enthaltende Flüs sigkeit, durch Vakuumaufdampfen, durch thermi sches Aufdampfen, durch elektrische Ablagerung oder :
irgendeinen anderen Prozess aufgebracht sein, durch welchen die metallischen Partikel gut zum Haf ten gebracht werden können, so dass ein durchgehen der metallischer Überzug auf dem dielektrischen Iso liermaterial entsteht. Der Metallüberzug kann aus irgendeinem geeigneten, elektrisch leitenden Material bestehen, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, Zinn, Silber oder einem anderen Metalle. Da weiterhin die leitende Folie 9 vorgesehen ist, welche in erster Linie den Strom leitet, müssen die Überzüge 7 und 8 keine grosse Stromleitkapazität besitzen. Sie können daher sehr dünn sein, wobei lediglich darauf geachtet werden muss, dass sie einen durchgehenden Überzug auf der Oberfläche des dielektrischen Filmes dar stellen.
Aus den gleichen Gründen ist es auch mög lich, Überzugsmaterialien zu verwenden, welche nur schlechte Leiter oder Halbleiter sind; es können da her Kohlenstoffdispersionen auf dem dielektrischen Film zur Bildung der Lagen 7 und 8 aufgebracht werden. Der Ausdruck metallisiert soll daher be deuten, dass irgendein Leitermaterial, sei es ein guter oder ein schlechter Leiter, einschliesslich Kohlenstoff, auf den isolierenden Streifen aufgebracht ist.
Der durch eines der oben erwähnten Verfahren aufgebrachte und aus metallischen oder einem an deren leitenden Material bestehenden Partikeln ge bildete Überzug lässt keine Lufteinschlüsse zu und ist daher viel. wirksamer, als eine mit dem dielektrischen Streifen lediglich verbundene Folie. Die einzigen Lufteinschlüsse, welche bei der beschriebenen Anord nung auftreten können, befinden sich zwischen der Folie 9 und den angrenzenden metallischen überzö gen;
da jedoch die metallischen Überzüge 7 und 8 in elektrischem Kontakt mit der Folie 9 stehen, be finden sich beide auf dem gleichen elektrischen Poten tial, so dass zwischen beiden auch keine Spannung entstehen kann, welche eine Ionisation oder einen Koronadurchschlag hervorrufen könnte.
Das zusammengesetzte Blattmaterial 5 ist vor zugsweise so dünn und flexibel, dass es ohne Schwie rigkeiten zu Spulen gewickelt werden kann, bei wel- chen die Lagen aneinander anliegen, ohne dass die Überzüge brechen. Dies ist ohne weiteres möglich, da die metallisierten Lagen 7 und 8 ausserordentlich dünn sein können, sogar nur eine molekulare Stärke aufweisen können, soweit die Lagen nur durchgehend sind.
Wie aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, ist das zusammengesetzte Blattmaterial 5 mit der Folie 9 gemeinsam und konzentrisch aufgewickelt, so dass ein zusammengesetzter spulenförmig aufgewickelter Leiter entsteht, der aus den metallischen Lagen 7 und 8 und der zwischen ihnen liegenden Folie 9 besteht. Wie aus den Zeichnungen entnommen werden kann, ist die innere isolierende Schicht 6 des zusammen gesetzten Blattmaterials etwas breiter als die Lagen 7, 8 und die Folie 9, so dass der hervorspringende Teil der Lage 6 eine isolierende Abschirmung dar stellt, welche einen Funken- oder Lichtbogenüber- schlag zwischen den Kanten der metallischen Lage und der Folie verschiedener Windungen verhindert.
Zu diesem Zweck können die Randzonen des Aus gangsmateriales für das Isoliermaterial 6 abgedeckt werden, so dass die metallischen überzüge auf die gewünschte Breite beschränkt bleiben. Anderseits kann besonders in den Fällen, wo aus wirtschaftlichen Gründen das metallisierte Blattmaterial relativ breit hergestellt wird und dann zu Streifen geschnitten wird, der Metallüberzug zunächst auf das gesamte Blattmaterial aufgetragen werden und anschliessend, das heisst nach dem Schneiden in Streifen, entlang den Randzonen beispielsweise durch Ätzen in dem gewünschten Ausmass entfernt werden.
Bei dem fertigen elektrischen Gerät können sich axial erstreckende Kanäle vorgesehen sein, durch welche ein Kühlmedium, wie beispielsweise Öl oder Luft, zur Kühlung des Transformators während des Betriebes hindurchströmt. Zur Bildung dieser Kühl kanäle können Abstandsteile 13 (Fig.3) vorgesehen sein, welche in Intervallen von einigen Windungen eingeführt werden und Kühlkanäle 10 in der Spulen anordnung bilden. In diesem Zusammenhang sei er wähnt, dass die Metallagen und das Folienmaterial an den beiden Seiten der Kühlkanäle 10 auf glei chem Potential liegen, so dass keine elektrischen Felder in den Kühlkanälen auftreten können.
Einige Kanäle 10 können dazu verwendet wer den, Abgriffe an gewünschten Punkten des folien- förmigen Leiters 9 anzubringen; in den Fig. 2 und 3 ist ein Abgriff 11 gezeigt, welcher axial aus einem Kühlkanal 10 herausragt. Der Abgriffleiter 11 ist durch Schweissen oder ein anderes Verfahren vor dem Wickeln mit dem Leiter 9 elektrisch verbunden wor den. Es können jedoch auch Abgriffsleiter verwendet werden, welche eine andere Form besitzen als der im Querschnitt rechteckige Leiter 11.
Die Abgriffe könen auch anstelle der in den Kühlkanälen befind lichen Leitern aus folienförmigen Streifen bestehen, die zwischen einander berührenden Teilen des folien- förmigen Leiters 9 und des benachbarten metallischen Überzuges eingewickelt sind. Wenngleich die beschriebene Anordnung vor zugsweise bei Transformatorspulen verwendet wer den kann, kann sie auch bei anderen elektrischen Geräten, wie beispielsweise Kondensatoren, Anwen dung finden.
Fig. 7 zeigt einen elektrischen Konden sator, bei welchem folienartige Leiter 20 und 21 mit zwischen ihnen liegenden, mit metallischen Überzügen versehenen dielektnischen Streifen 22 und 23 gemein sam aufgewickelt sind, so dass ein gewickelter Kon densator 24 gebildet ist, von welchem Anschlusslei- tungen 25 und 26 axial abragen, die mit den Folien 20 und 21 verbunden sind.
In ähnlicher Weise wie bei dem oben beschriebenen Transformator, bildet jeder folienartige Leiter 20, 21 gemeinsam mit den benachbarten metallischen Lagen einen zusammen- gesetzten Leiter, der um die Spulenachse gewickelt ist. Auch in diesem Fall tritt das Problem von Luft einschlüssen zwischen dem Leiter und dem dielektri- schen Blattmaterial nicht auf, trotzdem relativ grosse Ströme durch die Anordnung geführt werden kön nen.
Wie bei dem oben beschriebenen Transformator erstreckt sich das dielektrische Blattmaterial in seit licher Richtung über die seitlichen Begrenzungskan ten der metallischen Schichten und der fohenartigen Leiter 20 und 21 hinaus, wie dies aus Fig.7 er sehen werden kann.
Weiterhin kann der beschriebene Aufbau auch auf andere Formen von aufgewickelten Leitern an gewendet werden, wie dies in den Fig.4, 5 und 6 dargestellt ist.
In Fig. 4 ist ein rechteckiger metallisierter dielek- trischer Streifen 27 mit metallisierten L7berzügen 27a, 27b, gemeinsam mit einem dazwischen liegenden Streifen 28 aus leitendem Material schraubenlinien förmig um einen isolierenden Zylinder 2a gewickelt, so dass der Leiter 28 gemeinsam mit den metallischen Schichten<I>27a</I> und<I>27b</I> einen zusammengesetzten spulenförmigen Leiter bildet, wobei zwischen den Schichten und dem Streifen keine Spannung besteht.
Die Anordnung gemäss Fig. 5 ist ähnlich wie die jenige der Fig.4, wobei jedoch der metallisierte dielektrische Streifen 29 und der leitende Streifen 30 je einen rechteckigen Querschnitt besitzen und so gewickelt sind, dass eine 'Schmalseite des rechteckigen Querschnitts auf den isolierenden Zylinder 2a zu lie gen kommt.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung konzentrisch mitein ander aufgewickelter Streifen aus einem Leiter 31 und einem metallisierten dielektrischen Streifen 32 in Form von axial voneinander getrennten, scheiben artig ausgebildeten Spulenkörpern, wobei in gleicher Weise wie bei den bisher beschriebenen Anordnun gen die Leiter 31 mit den auf den Isolierstreifen 32 aufgebrachten leitenden Schichten in Kontakt stehen.
Electrical winding arrangement, in particular for transformers and capacitors The present invention relates to an electrical winding arrangement, in particular for transformers and capacitors.
The invention is particularly suitable for induction coils consisting of foils that are wound on. Under existing induction coils from wound foils, a coil is to be understood that has a certain axial length and is wound from an insulating tape or a strip with low resistivity and a film, the axial length of the coil being equal to the width of the tape and the thickness of the coil corresponds to the thickness of the foil and each turn makes up a complete position of the coil.
It is an aim of the present invention to provide electromagnetic induction coils and capacitive coils which are intended for high currents, are practically free of air pockets which inclusions can cause undesirable discharge and to which coil terminal ends can be easily attached.
The electrical coil arrangement according to the present invention is characterized in that a band of insulating material, which is metallized on both opposing surfaces, is wound together with an electrically conductive strip which extends practically in the same direction as the metal-coated surfaces , so that the conductive strip fen lies between the metallized surfaces of neighboring turns and forms a conductor together with this, the conductive strip mainly conducts the current.
The invention will then be explained in more detail, for example, with reference to the enclosed drawings, in which: FIG. 1 shows parts of a transformer, FIG. 2 shows a partial view of the transformer according to Füg.
1 along the section line 2-2 in FIG. 3, FIG. 3 shows a cross section through the transformer according to FIG. 1, perpendicular to the section in FIGS. 2, 4, 5 and 6, further exemplary embodiments of the coil arrangement and FIG electric capacitor.
Fig. 1 shows a transformer, the core 1 of which is surrounded by a coil arrangement. The coil arrangement consists of a cylinder 2 made of insulating material, for example made of synthetic resin or a paper impregnated with synthetic resin, around which a coil 3 wound from a film is arranged. The coil 3 containing a foil can be either the primary or the secondary winding of the transformer.
The second winding can either be applied to another leg of the transformer core 1 or concentrically over the first winding. The winding is not true to scale for reasons of clarity; the relative dimensions including those of the connection ends, taps and coils do not necessarily have to be designed as shown.
The coil 3 consists of a band 6 of insulating material, which band is metallized on both opposing surfaces 7 and 8, and is electrically good with a conductive strip 9 of aluminum, copper or another extending in the same direction conductive material wound together. The tape 6 can consist of any insulating material which meets the requirements with regard to temperature and dielectric strength of the transformer.
It has been found that polyethylene terephthalate films are particularly suitable, although other insulating materials such as cellulose acetate, regenerated cellulose, polyvinyl alcohol, polystyrene and the like, as well as paper or fabric impregnated with a synthetic resin can also be used.
The coil 3 also has connection ends 4 and 4cc as well as taps 4b, which are connected to the conductor 9 at points at which the turns are at a certain distance from one another. The connections or taps protrude axially from the winding.
The layers 7 and 8 are formed in that the surfaces of the dielectric material 6 have been metallized, in contrast to metallic foils, which are only attached to the insulating material. The metallized layers 7 and 8 can be applied to the film in the form of finely divided metal particles, for example by spraying on, brushing on, immersing in a liquid containing the metal particles, by vacuum vapor deposition, by thermal vapor deposition, by electrical deposition or:
any other process can be applied by which the metallic particles can be brought to the Adhesion well, so that the metallic coating on the dielectric insulating material goes through. The metal coating can be any suitable electrically conductive material, such as aluminum, copper, tin, silver, or another metal. Since the conductive foil 9 is also provided, which primarily conducts the current, the coatings 7 and 8 do not have to have a large current-carrying capacity. They can therefore be very thin, all that has to be ensured is that they represent a continuous coating on the surface of the dielectric film.
For the same reasons, it is also possible, please include to use coating materials which are only poor conductors or semiconductors; carbon dispersions can therefore be applied to the dielectric film to form the layers 7 and 8. The term metallized is therefore intended to mean that some conductor material, be it a good or a bad conductor, including carbon, is applied to the insulating strip.
The coating applied by one of the above-mentioned methods and formed from metallic or other conductive material particles does not allow any air inclusions and is therefore large. more effective than a film merely connected to the dielectric strip. The only air pockets that can occur in the described arrangement are located between the film 9 and the adjacent metallic layers;
However, since the metallic coatings 7 and 8 are in electrical contact with the film 9, both are at the same electrical potential, so that no voltage can arise between the two, which could cause ionization or a corona breakdown.
The composite sheet material 5 is preferably so thin and flexible that it can be wound without difficulty into coils in which the layers lie against one another without the coatings breaking. This is easily possible since the metallized layers 7 and 8 can be extremely thin, can even have only one molecular thickness, as long as the layers are only continuous.
As can be seen from FIGS. 2 and 3, the composite sheet material 5 is wound together and concentrically with the film 9, so that a composite, coil-shaped wound conductor is produced, which consists of the metallic layers 7 and 8 and the film 9 lying between them consists. As can be seen from the drawings, the inner insulating layer 6 of the composite sheet material is slightly wider than the layers 7, 8 and the film 9, so that the protruding part of the layer 6 is an insulating shield, which is a spark or Arc flashover between the edges of the metallic layer and the foil of different turns is prevented.
For this purpose, the edge zones of the starting material for the insulating material 6 can be covered so that the metallic coatings are limited to the desired width. On the other hand, especially in those cases where the metallized sheet material is made relatively wide for economic reasons and is then cut into strips, the metal coating can first be applied to the entire sheet material and then, i.e. after cutting into strips, along the edge zones, for example Etching can be removed to the desired extent.
In the finished electrical device, axially extending channels can be provided through which a cooling medium, such as oil or air, flows through for cooling the transformer during operation. To form these cooling channels spacers 13 (Figure 3) can be provided, which are inserted at intervals of a few turns and form cooling channels 10 in the coil arrangement. In this context, it should be mentioned that the metal layers and the foil material on both sides of the cooling channels 10 are at the same chemical potential, so that no electrical fields can occur in the cooling channels.
Some channels 10 can be used to attach taps at desired points on the foil-shaped conductor 9; FIGS. 2 and 3 show a tap 11 which protrudes axially from a cooling channel 10. The tapping conductor 11 is electrically connected to the conductor 9 by welding or some other method prior to winding. However, tap-off conductors can also be used which have a different shape than the conductor 11, which is rectangular in cross section.
Instead of the conductors located in the cooling channels, the taps can also consist of foil-shaped strips which are wrapped between touching parts of the foil-shaped conductor 9 and the adjacent metallic coating. Although the arrangement described is preferably used in transformer coils before who can, it can also be used in other electrical devices, such as capacitors, for example.
7 shows an electrical capacitor in which film-like conductors 20 and 21 with dielectric strips 22 and 23 located between them and provided with metallic coatings are wound together so that a wound capacitor 24 is formed from which connection lines 25 and 26 protrude axially, which are connected to the foils 20 and 21.
In a similar way to the transformer described above, each foil-like conductor 20, 21, together with the adjacent metallic layers, forms a composite conductor which is wound around the coil axis. In this case, too, the problem of air inclusions between the conductor and the dielectric sheet material does not arise, although relatively large currents can be passed through the arrangement.
As in the case of the transformer described above, the dielectric sheet material extends in the Licher direction beyond the lateral boundary edges of the metallic layers and the foil-like conductors 20 and 21, as can be seen from FIG.
Furthermore, the structure described can also be applied to other forms of coiled conductors, as shown in FIGS. 4, 5 and 6.
In FIG. 4, a rectangular metallized dielectric strip 27 with metallized L7berzungen 27a, 27b, together with an intermediate strip 28 of conductive material, is helically wound around an insulating cylinder 2a, so that the conductor 28 together with the metallic layers I> 27a </I> and <I> 27b </I> form a composite coil-shaped conductor with no tension between the layers and the strip.
The arrangement according to FIG. 5 is similar to that of FIG. 4, but the metallized dielectric strip 29 and the conductive strip 30 each have a rectangular cross section and are wound in such a way that a narrow side of the rectangular cross section faces the insulating cylinder 2a comes to rest.
Fig. 6 shows an arrangement concentrically mitein other wound strips of a conductor 31 and a metallized dielectric strip 32 in the form of axially separated, disk-like bobbins, the conductor 31 with the conditions in the same way as in the previously described Anordnun conditions the insulating strips 32 applied conductive layers are in contact.