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In einen Giessharzkörper eingebettete Hochspannungswicklung, insbesondere für Transformatoren, Wandler oder Drosseln und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung betrifft eine in einen Giessharz- körper eingebettete Hochspannungswicklung, insbesondere Transformatoren, Wandler oder Drosseln.
Bei derartigen Hochspannungswicklungen tritt das Problem auf, dass eine von Blasen, d. h. von Gas- und Feuchtigkeitseinschlüssen freie Giessharzisola- tion erzielt werden muss, da derartige Einschlüsse beispielsweise infolge der durch sie verursachten Änderung der Dielektrizitätskonstante an den betreffenden Stellen zu Schäden, beispielsweise Glimmerschei- nungen, im Giessharzkörper führen können.
Wenn auch derartige Schäden nicht zu einer sofortigen Zerstörung der Hochspannungswicklung zu führen brauchen, so addieren sie sich jedoch in Abweichung von ölisolierten Wicklungen, bei denen in gewissem Masse eine Selbstheilung auftritt.
Werden Wicklungen in Giessharz eingebettet, treten durch den Reaktionsschwund und infolge Temperaturänderungen starke mechanische Kräfte auf, die zur Abtrennung der Lackisolation und zur Bildung von Hohlräumen führen können. Dieser Effekt tritt insbesondere bei den kompakten Trapezwick- lungen auf und führt zu inneren Lagenschlüssen.
Die übliche Verwendung von Lagenisolationen beispielsweise in Form von Papierzwischenlagen erschwert den Austritt der beim Vergiessen auftretenden Gasblasen, die besonders an den Stirnflächen der Wicklung zu Glimmentladungen führen können.
Zur Entlastung der eingegossenen Wicklung von den starken mechanischen Spannungen ist es bekannt, als Polster wirkende Bandagen vorzusehen. Die Bandagen verursachen eine in vielen Fällen unerwünschte Vergrösserung der Abmessungen der Hochspannungswicklung und verhindern darüber hin- aus die Bildung von Blasen an den Stirnflächen der Wicklung nicht.
Um hier Abhilfe zu schaffen, ist gemäss der Erfindung die Hochspannungswicklung aus mehreren einander koaxial umgebenden, im Pilgerschritt ohne Isolierzwischenlagen gewickelten und elektrisch in Reihe geschalteten Spulen zusammengesetzt.
Dadurch wird erreicht, dass die Hochspannungswicklung blasenfrei vergossen ist ; denn weder die infolge des Reissens von Papierzwischenlagen und infolge einer starren Wicklung entstehenden Einschlüsse noch Einschlüsse ausserhalb der eigentlichen Wicklung treten auf. Auch wird dadurch vermieden, dass im Giessharz Luftblasen vorhanden sind, die bei Verwendung von Papierzwischenlagen dadurch entstehen, dass an Papierzwischenlagen grundsätzlich Luft und Feuchtigkeit haften, die das Giessharz infolge seiner grösseren Affinität zur Papieroberfläche von dieser löst und in sich aufnimmt.
Es ist zwar bereits bekannt, die Hochspannungswicklung so fein in einzelne in Achsrichtung aufeinanderfolgende Scheibenspulen aufzuteilen, dass innerhalb dieser Spulen beim Schrumpfen des Isolierstoffes keine Hohlräume entstehen. Ein solcher Aufbau bietet aber Schwierigkeiten bezüglich der kapa- zitiven Durchsteuerung bei Wandlern.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung gezeigt, die aus mehreren einander koaxial umgebenden, im Pilgerschritt ohne Isolierzwischenlagen gewickelten und elektrisch in Reihe geschalteten Spulen zusammengesetzt ist. Unter Pilgerschrittwicklung ist eine solche zu verstehen, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Man erkennt den auf den Spulenkörper 21 in bestimmter Weise gewickelten Draht 22.
Die Wicklung der Spule
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ist in zahlreiche in Achsrichtung aufeinanderfolgende schräge Lagen dadurch unterteilt, dass jeweils vom Boden 23 des Spulenkörpers ausgehend übereinander mehrere Windungen schräg zum Spulenflansch hin hergestellt werden, an die sich in Achsrichtung weitere in dieser Weise hergestellte Windungen an- schliessen.
Da eine derartige im Pilgerschritt gewickelte Spule einen relativ lockeren Aufbau besitzt und damit ein für die Giessharzaufnahme poröses Gebilde darstellt, und da ferner Papierzwischenlagen wegen der geringen Spannung zwischen sich überlappenden Windungen nicht erforderlich sind, kann das Giess- harz auch in zwischen den einzelnen Windungen bestehende Hohlräume eindringen und so die Spule fest im Giessharzkörper verankern. Infolge der nachgiebigen Anordnung der einzelnen Windungen bei im Pilgerschritt gewickelten Spulen hat auch der Schrumpfdruck des Giessharzes keine nachteiligen Folgen.
Durch Zusammensetzen mehrerer derartiger Spulen ist es in einfacher Weise möglich, beispielsweise Wandler verschiedener Spannungsreihen praktisch aus denselben Bauelementen baukastenartig durch Verwendung einer entsprechenden Zahl von Spulen herzustellen.
Die verschiedenen Spulen werden so zusammengesetzt, dass sie einander koaxial umgeben. Vorzugsweise wird man die Spulen als Hohlzylinder ausbilden. Um einen möglichst geringeren Durchmesser für den die Hochspannungswicklung aufnehmenden Giessharzkörper zu erhalten, ist es zweckmässig, in Weiterbildung der Erfindung die Spulen konisch, und zwar vorzugsweise als Kegelstümpfe, auszuführen und in der Weise koaxial anzuordnen, dass zwischen den auf der gleichen Seite liegenden Enden je zweier benachbarter Spulen im Hinblick auf die Po- tentialdifferenz zwischen diesen Enden bemessene Abstände bestehen.
Sind nämlich die naheliegenden Enden benachbarter Spulen miteinander elektrisch verbunden, so liegen diese Enden praktisch auf demselben Potential, während die entfernten Enden, zwischen denen eine relativ grosse Potentialdifferenz besteht, durch einen entsprechend grösseren, mit dem als Isolierstoff verwendeten Giessharz ausgefüllten blasenfreien Raum isoliert sind.
Die Herstellung der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung erfolgt in der Weise, dass die Lage der Spulen während des Giessens durch einen ebenfalls aus Giessharz bestehenden Ständer festgelegt wird, der mit Ausnehmungen zur Aufnahme der Stirnseiten der Spulen ausgerüstet ist und sich mit dem Giessharzkörper fugenlos verbindet.
Die Spulen und/oder die Spannungszuführungen können in an sich bekannter Weise zur Potentialsteuerung von ineinandergeschachtelten leitenden Umhüllungen umgeben sein, die vorzugsweise aus einem Drahtgeflecht bestehen. Die Kanten des Drahtgeflechtes werden zweckmässig mit leitenden Wulstringen abgeschlossen. Ein mit der erfindungsgemässen Hochspannungswicklung ausgerüsteter Wandler kann auch im Freien eingesetzt werden, wenn er durch zusätzliche Mass- nahmen gegen Witterungseinflüsse geschützt wird.
Diese Massnahmen können beispielsweise darin bestehen, dass der Giessharzkörper mit einem keramischen Isolator umgeben und der Zwischenraum zwischen Giessharzkörper und Isolator mit Öl gefüllt wird. Man kann den Isolator auch durch Abdichten mittels Teer oder mittels eines feuchtigkeitsdichten Kunststoffiiberzuges oder dergleichen als wetterfeste Hülle ausbilden.
Die erfindungsgemässe Hochspannungswicklung sei nun im einzelnen an Hand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles eines einpoligen Span- nungswandlers erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Hochspannungswicklung aus drei im Pilgerschritt gewickelten Spulen 1, 2 und 3 zusammengesetzt, die die Form von Hohlzylindern haben. Die Spulen 2 und 3 sind als Kegelstümpfe ausgeführt. Die so zusammengesetzte Hochspannungswicklung ist in den Giessharzkörper 4 eingebettet, der eine giess- harzisolierte Durchführung 5 zur Aufnahme der Hochspannungszuführung 6 aufweist.
Die Hochspannungswicklung ist von in diesem Ausführungsbeispiel zwei leitenden Umhüllungen 8 und 9 umgeben, die auch die Hochspannungszuführung 6 umhüllen. Die Umhüllungen sind in bekannter Weise durch einen nicht gezeigten isolierenden Spalt unterbrochen, damit sie keine Kurzschlusswindungen darstellen. Diese leitenden, aus Drahtgeflecht bestehenden Umhüllungen besitzen Kanten, die mit Wulstringen 10, 11 an der in Fig. 1 hinteren Stirnseite der Hochspannungswicklung, mit Wulstringen 12, 13 an der vorderen Stirnseite und mit Wulstringen 14, 15 in der Durchführung 5 versehen sind. Aus Gründen der 1Jbersichtlichkeit ist in Fig. 1 nur eine Spule und eine Umhüllung, nämlich Teil 1 und Teil 9, räumlich dargestellt.
Im Giessharzkörper 4 ist ferner ein Querdurchgang 16 vorgesehen, der zur Aufnahme des Kerns und gegebenenfalls auch der Un- terspannungswicklung des Spannungswandlers dient.
Die als Kegelstümpfe ausgeführten Spulen 2 und 3 umgeben sich derart koaxial, dass sie gegenläufig ineinandergesteckt sind. Die Reihenschaltung der Spulen ist dadurch erhalten, dass die naheliegenden Stirnseiten benachbarter Spulen durch Verbindungsdrähte 17 und 18 miteinander verbunden sind, so dass zwischen den nahehegenden Stirnseiten benachbarter Spulen eine kleine Potentialdifferenz und zwischen den entfernten Stirnseiten benachbarter Spulen, z. B. den in Fig. 1 vorderen Stirnseiten der Spulen 1 und 2, eine grosse Potentialdifferenz herrscht.
Der Abstand benachbarter Spulen ist daher über die Spulenlänge gesehen in Abhängigkeit von der Spannung zwischen den Spulen an der jeweiligen Stelle gewählt, so dass ein möglichst kleiner Durchmesser für die Hochspannungswicklung erhalten wird.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind Länge und Anordnung der einzelnen im Pilgerschritt ge-
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wickelten Spulen in Achsrichtung so gewählt, dass die Hochspannungswicklung trapezförmigen Querschnitt besitzt. Man erkennt, dass infolge der nach aussen abnehmenden Längen der einzelnen Spulen 1, 2 und 3 und infolge ihrer entsprechenden Anordnung in Achsrichtung die Hochspannungswicklung die für eine Trapezwicklung charakteristischen geneigten Stirnseiten aufweist.
Bei Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Hochspannungswicklung beispielsweise in einem Wandler kann dieser auch im Freien aufgestellt werden, wenn der Giessharzkörper durch eine geeignete Feuchtigkeitsabdichtung gegen Witterungseinflüsse geschützt ist, so dass ein in jeder Hinsicht vorteilhafter Wandler mit geringster Störanfälligkeit entsteht.
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High-voltage winding embedded in a cast resin body, in particular for transformers, converters or chokes and method for their production. The invention relates to a high-voltage winding embedded in a cast resin body, in particular transformers, converters or chokes.
Such high voltage windings have a problem that one of bubbles, i.e. H. Cast resin insulation free from gas and moisture inclusions must be achieved, since such inclusions can lead to damage, for example mica phenomena, in the cast resin body, for example as a result of the change in the dielectric constant caused by them.
Even if such damage does not have to lead to an immediate destruction of the high-voltage winding, they add up in deviation from oil-insulated windings, in which self-healing occurs to a certain extent.
If windings are embedded in cast resin, strong mechanical forces occur due to the reaction shrinkage and temperature changes, which can lead to the separation of the lacquer insulation and the formation of cavities. This effect occurs in particular with the compact trapezoidal windings and leads to internal layer closures.
The usual use of layer insulation, for example in the form of paper interlayers, makes it more difficult for the gas bubbles that occur during casting, which can lead to glow discharges, particularly at the end faces of the winding, to escape.
To relieve the cast-in winding from the strong mechanical stresses, it is known to provide bandages which act as pads. The bandages cause an increase in the dimensions of the high-voltage winding which is undesirable in many cases and, moreover, do not prevent the formation of bubbles on the end faces of the winding.
In order to remedy this situation, according to the invention, the high-voltage winding is composed of several coaxially surrounding one another, wound in a pilgrim step without intermediate insulating layers and electrically connected in series.
This ensures that the high-voltage winding is encapsulated without bubbles; because neither the inclusions arising as a result of the tearing of paper intermediate layers and as a result of a rigid winding nor inclusions outside the actual winding occur. This also prevents air bubbles from being present in the casting resin, which arise when paper interlayers are used because air and moisture generally adhere to the paper interlayers, which the casting resin detaches from and absorbs due to its greater affinity for the paper surface.
It is already known to divide the high-voltage winding so finely into individual disc coils that follow one another in the axial direction that no cavities arise within these coils when the insulating material shrinks. Such a structure, however, presents difficulties with regard to the capacitive control in converters.
1 shows an embodiment of the high-voltage winding according to the invention, which is composed of several coaxially surrounding one another, wound in a pilgrim step without intermediate insulating layers and electrically connected in series. A pilgrim step winding is to be understood as the one shown in FIG. 2. One can see the wire 22 wound in a certain way onto the coil former 21.
The winding of the coil
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is subdivided into numerous inclined layers following one another in the axial direction, in that several turns are produced one above the other starting from the bottom 23 of the coil body, at an angle to the coil flange, which are followed by further turns produced in this way in the axial direction.
Since such a coil wound in a pilgrim step has a relatively loose structure and thus represents a structure that is porous for the casting resin uptake, and since paper interlayers are not required because of the low tension between overlapping turns, the casting resin can also exist in between the individual turns Penetrate cavities and anchor the coil firmly in the cast resin body. As a result of the resilient arrangement of the individual turns in coils wound in a pilgrim step, the shrinkage pressure of the casting resin also has no disadvantageous consequences.
By assembling several such coils, it is possible in a simple manner, for example, to produce converters of different voltage series practically from the same components in a modular manner by using a corresponding number of coils.
The different coils are put together so that they surround each other coaxially. The coils will preferably be designed as hollow cylinders. In order to obtain the smallest possible diameter for the cast resin body accommodating the high-voltage winding, it is expedient in a further development of the invention to design the coils conically, preferably as truncated cones, and to arrange them coaxially in such a way that between the ends on the same side each between two adjacent coils with regard to the potential difference between these ends.
If the nearby ends of adjacent coils are electrically connected to one another, these ends are practically at the same potential, while the distant ends, between which there is a relatively large potential difference, are insulated by a correspondingly larger bubble-free space filled with the casting resin used as an insulating material.
The high-voltage winding according to the invention is produced in such a way that the position of the coils is determined during casting by a stand also made of cast resin, which is equipped with recesses for receiving the end faces of the coils and connects seamlessly with the cast resin body.
The coils and / or the voltage supply lines can be surrounded in a manner known per se for potential control by nested conductive sheaths, which preferably consist of a wire mesh. The edges of the wire mesh are expediently closed with conductive bead rings. A converter equipped with the high-voltage winding according to the invention can also be used outdoors if it is protected against the effects of the weather by additional measures.
These measures can, for example, consist in surrounding the cast resin body with a ceramic insulator and filling the space between the cast resin body and insulator with oil. The insulator can also be designed as a weatherproof cover by sealing with tar or by means of a moisture-proof plastic coating or the like.
The high-voltage winding according to the invention will now be explained in detail with reference to the embodiment of a single-pole voltage converter shown in FIG. In this exemplary embodiment, the high-voltage winding is composed of three coils 1, 2 and 3 wound in a pilgrim step, which have the shape of hollow cylinders. The coils 2 and 3 are designed as truncated cones. The high-voltage winding assembled in this way is embedded in the cast resin body 4, which has a cast-resin-insulated bushing 5 for receiving the high-voltage lead 6.
In this exemplary embodiment, the high-voltage winding is surrounded by two conductive sheaths 8 and 9, which also sheath the high-voltage lead 6. The sheaths are interrupted in a known manner by an insulating gap, not shown, so that they do not constitute short-circuit turns. These conductive sheaths made of wire mesh have edges which are provided with bead rings 10, 11 on the rear face of the high-voltage winding in FIG. 1, with bead rings 12, 13 on the front face and with bead rings 14, 15 in the bushing 5. For reasons of clarity, only one coil and one casing, namely part 1 and part 9, are shown in three dimensions in FIG.
In the cast resin body 4, a transverse passage 16 is also provided, which serves to accommodate the core and possibly also the undervoltage winding of the voltage converter.
The coils 2 and 3, designed as truncated cones, surround one another coaxially in such a way that they are inserted into one another in opposite directions. The series connection of the coils is obtained in that the near end faces of adjacent coils are connected to one another by connecting wires 17 and 18, so that a small potential difference between the near end faces of adjacent coils and between the distant end faces of adjacent coils, e.g. B. the front end faces of the coils 1 and 2 in Fig. 1, there is a large potential difference.
The distance between adjacent coils is therefore selected over the coil length as a function of the voltage between the coils at the respective point, so that the smallest possible diameter is obtained for the high-voltage winding.
In the embodiment shown, the length and arrangement of the individual pilgrim steps are
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wound coils in the axial direction so that the high-voltage winding has a trapezoidal cross-section. It can be seen that as a result of the outwardly decreasing lengths of the individual coils 1, 2 and 3 and as a result of their corresponding arrangement in the axial direction, the high-voltage winding has the inclined end faces characteristic of a trapezoidal winding.
When using the high-voltage winding shown in Fig. 1, for example in a converter, this can also be set up outdoors if the cast resin body is protected from the weather by a suitable moisture seal, so that a converter that is advantageous in every respect and with the lowest susceptibility to failure is created.