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Transformatorwicklung Die Erfindung bezieht sich auf eine Transformatorwicklung
mit aus je zwei Scheibenspulen bestehenden Doppelspulen, welche aus zusammengewickelten
Leitern gebildet werden, deren Windungen gegenseitig derart angeordnet und miteinander
verbunden sind, daß parallel geschaltete Wicklungszweige gebildet werden, die in
jeder Doppelspule je aus mindestens vier in Reihe geschalteten Teilen bestehen und
die wechselweise in der einen und in der anderen Scheibenspule liegen; weiterhin
sind in jeder Scheibenspule Windungen vorhanden, zwischen denen eine starke kapazitive
Kopplung besteht und bei denen im Betrieb ein Spannungsunterschied vorhanden ist,
der größer als die in einer einzigen Windung erzeugte Spannung ist, und zwar so,
daß beim Auftreten von Stoßspannungen mit steiler Front eine bestimmte, vorzugsweise
möglichst lineare Spannungsverteilung zwischen den Enden der Wicklung erzielt wird.
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Bei einer bekannten Transformatorwicklung dieser Art wird mit Ausnahme
einer zusätzlichen Windung an der Außenseite jeder Scheibenspule bei dieser aus
zwei parallelen Wicklungszweigen bestehenden Wicklung jede Scheibenspule durch gleichzeitige
Aufwicklung von vier aufeinandergelegten Leitern gebildet. Die Windungen der zwei
Wicklungszweige sind gegenseitig derart in den zwei Scheibenspulen jeder Doppelspule
angeordnet, daß jeder Wicklungszweig aus vier in Reihe geschalteten Teilen besteht,
von denen der erste und der dritte Teil sich in der oberen Scheibenspule und der
zweite und der vierte Teil sich in der unteren Scheibenspule der betreffenden Doppelspule
befinden. Bei dieser Wickelmethode muß zum Erreichen von drei, vier, . . . n parallelen
Wicklungszweigen mit sechs, acht, .. . 2n Leitern zu gleicher Zeit gewickelt werden.
Das gleichzeitige Wickeln solcher großer Leiterzahlen ist aber mit großen Schwierigkeiten
verbunden, wobei noch weiterhin die vielen Verkettungen zwischen den komplementären
Scheibenspulen ausschließlich am einen Ende, z. B. ihrem inneren Ende, herstellungstechnisch
beschwerlich sind.
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Die Erfindung bezweckt, eine Transformatorwicklung zu schaffen, bei
der die parallelen Wicklungszweige in einer der bekannten Wicklung ähnlichen Weise
in jeder Doppelspule mehrfach verteilt über die beiden Scheibenspulen miteinander
verbunden sind, die Scheibenspulen aber mit kleineren Leiterzahlen (z. B. nur zwei)
zugleich gewickelt werden können. Erfindungsgemäß ist jede Scheibenspule aus s konzentrischen,
wechselweise links-und rechtsgängig gewickelten Abschnitten zusammengesetzt und
s derart gewählt, daß
eine ganze Zahl und größer als 1 ist, wobei n die Anzahl der zusammengewickelten
Leiter und p die Anzahl paralleler Wicklungszweige ist; weiterhin ist jeder Wicklungszweig
in
Abschnitten jeder der beiden Scheibenspulen vorhanden. Die Aufteilung der Scheibenspulen
in Abschnitten ermöglicht es, eine Transformatorwicklung mit einer bestimmten Zahl
von P parallelen Wicklungszweigen aus Scheibenspulen zusammenzusetzen, von denen
jeder Abschnitt aus einer willkürlichen Anzahl von n, also auch zwei, zusammengewickelten
Leitern besteht. Hat man die Werte p und n gewählt, dann ist damit die Mindestanzahl
der s Abschnitte pro Scheibenspule bestimmt. Ferner werden die Verkettungen zwischen
den beiden Scheibenspulen über eine Anzahl von Abschnitten verteilt, so daß sie
also in der Wicklung besser verteilt liegen.
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Eine Transformatorwicklung mit doppelspulenbildenden Scheibenspulen,
die aus zwei zusammengewikkelten Leitern bestehen und zwei parallele Wicklungszweige
bilden, ist ebenfalls bereits bekannt. Bei dieser Wicklung ist sowohl am Anfang
des einen Wicklungszweiges als auch am Ende des anderen Wicklungszweiges eine HiIfsspule
angeordnet; damit wird erreicht, daß die kapazitiv stark gekoppelten Wicklungszweige
in jeder Scheibenspule in gewissem Maße gegeneinander versetzt sind. Die Scheibenspulen
sind dabei aber nicht in Abschnitte aufgeteilt, und die Wicklungszweige bestehen
auch nicht aus in Reihe geschalteten Teilen, die wechselweise in der einen und in
der anderen Scheibenspule jeder Doppelspule liegen.
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Eine Transformatorwicklung mit aus Abschnitten bestehenden, doppelspulenbildenden
Scheibenspulen, in denen zwei parallele Wicklungszweige untergebracht sind, ist
auch bekannt. Hier sind die Abschnitte aber nicht aus
zusammengewickelten
Leitern zusammengesetzt, und die Wicklungszweige liegen auch nicht mehrfach in der
einen und in der anderen Scheibenspule einer Doppelspule.
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Schließlich ist noch eine Transformatorwicklung mit aus Abschnitten
bestehenden, doppelspulenbildenden Scheibenspulen vorgeschlagen worden, die aus
zusammengewickelten Leitern zusammengesetzt sind, wobei die Wicklung in jeder Doppelspule
aus in Reihe geschalteten Teilen besteht, die wechselweise in der einen und in der
anderen Scheibenspule der betreffenden Doppelspule liegen. Diese Wicklung besteht
aber nicht aus parallelen Zweigen.
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Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Wicklung derart ausgeführt
werden, daß die Anzahl von s konzentrischen Abschnitten pro Scheibenspule ebenso
groß wie die Anzahl von P parallelen Wicklungszweigen und gleich 2 a ist,
wobei a eine ganze Zahl sein muß. In diesem Falle erhält man eine gewisse
Symmetrie und verhältnismäßig einfache Verbindungen zwischen den Abschnitten der
verschiedenen Scheibenspulen.
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Unter Umständen empfiehlt es sich, die Wicklung derart auszuführen
und die Wicklungszweige so über die Abschnitte der Scheibenspulen zu verteilen,
daß in jeder Scheibenspule mindestens zwei aneinandergrenzende Abschnitte vorhanden
sind, die radialsymmetrisch ausgeführt sind und deren an die Trennungsfläche zwischen
diesen Abschnitten grenzenden Windungen gleich große oder nahezu gleich große Potentiale
aufweisen, und daß zwischen diesen Spulenabschnitten ein gewisser Raum zur Bildung
von Kühlkanälen offen gelassen ist. Das Kühlmittel, z. B. ein Mineralöl, wird dann
in diesen Kanälen nicht oder fast nicht in der Radialrichtung elektrisch belastet.
Bei dieser sogenannten radialsymmetrischen Ausführung der Scheibenspulen sind außerdem
die Spannungsdifferenzen in der Achsrichtung zwischen den äußeren Windungen von
aufeinanderfolgenden Scheibenspulen bedeutend niedriger als bei Scheibenspulen,
die nicht eine solche Symmetrie aufweisen. Dies ist besonders wichtig im Hinblick
auf die elektrische Belastung der in der Achsrichtung verlaufenden Distanzhalter
aus isolierendem Material, um welche die Spulen ge«,ickelt sind.
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Unter einer radialsymmetrischen Ausführung der Scheibenspulen ist
hierbei zu verstehen, daß die Windungsnummern der beiden Wicklungszweige im einen
Abschnitt oder in dem einen Satz von Abschnitten von außen nach innen dieselbe Reihenfolge
aufweisen wie die VVindungsnummern im anderen Abschnitt oder in dem anderen Satz
von Abschnitten, jedoch hier von innen nach außen gerechnet. Durch einen solchen
Wicklungsaufbau, bei dem an einer Fuge Windungen verschiedener paralleler Zweige
mit derselben Windungsnummer einander gegenüberliegen, wird die Fuge in radialer
Richtung elektrisch entlastet.
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In der Zeichnung sind einige erfindungsgemäße Wicklungen beispielsweise
schematisch dargestellt. Es zeigt darin Fig. 1 das Schaltschema einer Doppelspule
einer Transformatorwicklung mit zwei parallelen Zweigen und mit Scheibenspulen,
die je aus zwei Abschnitten bestehen, welche von zwei zusammengewickelten Leitern
gebildet sind, Fig. 2 den Querschnitt eines Teiles einer Doppelspule gemäß Fig.
1, Fig. 3 einen Querschnitt eines Teiles einer Variante von zwei Doppelspulen gemäß
Fig. 2, bei der die Windungen der Abschnitte in radialsymmetrischerWeise aufeinanderfolgen,
Fig. 4 den Querschnitt eines Teiles von zwei Doppelspulen gemäß Fig. 1, bei der
jeder Abschnitt mit einer zusätzlichen Windung versehen ist und die Abschnitte in
radialsymmetrischerWeise ausgeführt sind, Fig. 5 das Schaltschema einer Doppelspule
einer Wicklung mit drei parallelen Zweigen und mit Scheibenspulen, die je aus drei
Abschnitten bestehen, welche von zwei zusammengewickelten Leitern gebildet werden,
Fig. 6 den Querschnitt durch einen Teil einer Doppelspule gemäß Fig. 5, Fig. 7 den
Querschnitt durch einen Teil einer Doppelspule einer Wicklung mit drei parallelen
Zweigen und mit Scheibenspulen, die je aus sechs Abschnitten bestehen, ,velche von
zwei zusammengewickelten Leitern gebildet werden, Fig. 8 das Schaltschema einer
Doppelspule einer Wicklung mit vier parallelen Zweigen und mit Scheibenspulen, die
j e aus vier Abschnitten bestehen, welche von zwei zusammengewickelten Leitern gebildet
werden, Fig. 9 einen Querschnitt eines Teiles von zwei Doppelspulen gemäß Fig. 8,
bei der die Abschnitte in radialsymmetrischer Weise ausgeführt sind, Fig. 10 einen
Querschnitt eines Teiles einer Variante der Doppelspule gemäß Fig. 9, Fig. 11 das
Schaltschema einer Doppelspule einer Wicklung mit vier parallelen Zweigen und mit
Scheibenspulen, die je aus vier Abschnitten bestehen, welche von drei zusammengewickelten
Leitern gebildet werden, Fig. 12 einen Querschnitt durch einen Teil einer Doppelspule
gemäß Fig. 11.
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Die Wicklung gemäß Fig. 1 und 2 besteht aus Doppelspulen, die je zwei
Scheibenspulen A und B enthalten. Jede Scheibenspule besteht aus zwei
konzentrischen Abschnitten mit gleich großen Windungszahlen, und jeder Abschnitt
ist durch gleichzeitiges Wickeln von zwei aufeinandergelegten Leitern hergestellt.
Die Wicklung besteht aus zwei parallelen Wicklungszweigen, von denen der eine in
Fig. 1 mittels einer durchgehenden und der andere mittels einer gestrichelten Linie
angegeben ist. In der Fig. 2 sind die zu einem Zweig gehörenden Windungen mit den
Zeichen l a, 2 a ... 11 a, 12 a und die `'Findungen
des anderen Zweiges mit den Zeichen 1 b, 2 b ... 11b,
12b
angedeutet. Der linke Abschnitt der Scheibenspule A und der rechte
Abschnitt der Scheibenspule B sind z. B. linksgängig und der rechte Abschnitt der
Spule A und der linke Abschnitt der Spule B dann rechtsgängig gewickelt. In der
Doppelspule A, B sind die parallelen Zweige der Wicklung je wechselweise
in einem Abschnitt der Spule A und in einem Abschnitt der Spule B -angeordnet; sie
durchlaufen alle Abschnitte der Doppelspule. In dieser Wicklung ist die Zahl der
Abschnitte s pro Scheibenspule gleich 2, die Zahl der parallelen Wicklungszweige
P gleich 2 und die Zahl der gleichzeitig oder parallel gewickelten Leiter ja ebenfalls
gleich 2, so daß
ist. Ferner ist jeder Wicklungszweig in
Abschnitten von jeder der beiden Scheibenspulen A, B vorhanden.
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Die Wicklung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der Wicklung gemäß
Fig.2 dadurch, daß in den rechten Abschnitten der Scheibenspulen die Windungen der
beiden Wicklungszweige in umgekehrter Reihenfolge auf einanderliegen, so daß die
Abschnitte hinsichtlich der Reihenfolge der Windungen radialsymmetrisch sind. Hierdurch
werden in der Spule A die Windungen 7cc und 7 b und in der Spule
B die Windungen 6 a und 6 b nebeneinanderliegen. Die Potentiale dieser Windungen,
die an der Trennungsfläche (Fuge) zwischen den Wicklungsabschnitten liegen, unterscheiden
sich nur wenig voneinander,
so daß zwischen den Abschnitten in der
Achsrichtung verlaufende Kühlkanäle gebildet werden können, in denen das Kühlmittel
in der Radialrichtung elektrisch nur wenig belastet wird.
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Die Wicklung gemäß Fig. 4 unterscheidet sich dadurch von den Wicklungen
der Fig. 2 und 3, daß jeder Abschnitt aus einer ungeraden Zahl von Windungen besteht.
Zu diesem Zweck ist einer der beiden Leiter, aus denen jeder der Abschnitte besteht,
einmal zusätzlich um den Kern des Transformators gewickelt. Auch diese Wicklung
ist radialsymmetrisch.
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Die Wicklung gemäß Fig. 5 und 6 besteht aus drei parallelen Zweigen,
also P = 3. Die Anzahl der Abschnitte ist ebenfalls drei, so daß s = 3 wird. Jeder
Abschnitt wird durch zwei gleichzeitig gewickelte Leiter gebildet, daher ist n =
2. Demgemäß ist bei dieser Wicklung
damit ist jeder Wicklungszweig also in zwei Abschnitten jeder Scheibenspule vorhanden.
Der Verlauf der Wicklungszweige durch die verschiedenen Abschnitte der Spulen geht
klar aus der Fig. 6 hervor. Die drei Zweige der Wicklung sind mit l
a, 2 a ... 11a, 12a; l b, 2 b ...
11b,
12b; l e, 2 c ... 11c, 12e angedeutet.
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Die Wicklung gemäß Fig. 7 enthält ebenfalls drei parallele Zweige,
also P = 3. Die Anzahl der Abschnitte pro Scheibenspule ist sechs, so daß s = 6
ist; die Anzahl der zusammengewickelten Leiter in jedem Abschnitt ist zwei, weshalb
n = 2 ist. Daraus folgt, daß
und jeder Wicklungszweig in jeder Scheibenspule in vier Abschnitten vorhanden ist.
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Es ist natürlich, daß viele Möglichkeiten der Reihenfolge der aufeinanderfolgenden
Windungen der verschiedenen Wicklungszweige möglich sind und daß die Anzahl der
Möglichkeiten mit der Zahl der Abschnitte zunimmt. In der Fig. 7 kann der Wicklungszweig
b auch in der Mitte, also mit dem dritten oder dem vierten Abschnitt anfangen.
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Die Wicklung gemäß Fig. 8 und 9 besteht aus vier parallelen Zweigen,
so daß P = 4 ist. Die Zahl der Abschnitte beträgt ebenfalls vier, also ist s = 4
und die Zahl der zusammengewickelten Leiter = zwei, also n = 2. Daraus folgt, daß
ist. Aus der Fig. 8 geht klar hervor, daß jeder Zweig in zwei Abschnitten pro Scheibenspule
vorhanden ist. Die Wicklungszweige a, b, c, d sind mittels einer durchgehenden
Linie, einer aus Punkten und Strichen bestehenden Linie, einer punktierten Linie
und einer gestrichelten Linie dargestellt.
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Fig. 9 zeigt eine radialsymmetrische Wicklungsausführung, bei der
die in der Achsrichtung verlaufenden Kühlkanäle zwischen den Wicklungsabschnitten
praktisch in der Radialrichtung entlastet sind, weil die Abschnitte dieser Kanäle
durch Windungen begrenzt werden, die nahezu gleich große Potentiale besitzen.
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Die Wicklung gemäß Fig. 10 stellt eine Variante der Wicklung gemäß
Fig. 9 dar. Es sind darin die vier parallelen Wicklungszweige besser verkettet als
in der Fig. 9; aber es treten bei dieser Ausführung im Betrieb zwischen den Nachbarwindungen
der aufeinanderfolgenden Abschnitte große Spannungsunterschiede auf. Auch in den
Fällen mit vier parallelen Wicklungszweigen sind viele Variationen möglich. Die
Anzahl von Wicklungsabschnitten kann vier oder jede größere gerade Zahl sein, wenn
zur Herstellung der Scheibenspulen z. B. zwei zusanunengewickelte Leiter in jedem
Abschnitt benutzt werden.
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Schließlich zeigen die Fig. 11 und 12 ein Beispiel einer Wicklung
mit vier Wicklungszweigen (P = 4), vier Abschnitten pro Scheibenspule (s = 4) und
drei zusammengewickelten Leitern pro Abschnitt (n = 3). Bei dieser Wicklung ist
also
Aus der Fig. 11 geht hervor, daß jeder Wicklungszweig in jeder Scheibenspule in
drei Abschnitten vorhanden ist.
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Es sei bemerkt, daß die Wicklungen gemäß Fig. 2, 3, 4, 9, 10 und 12
der Formel s = p = 2a genügen, in der für Fig. 2, 3, 4 die Zahl a gleich 1 und für
Fig. 9, 10, 12 gleich 2 ist. Solche Spulen ermöglichen eine symmetrische Wicklungsausführung,
die leicht anzubringende Verbindungen (Verkettungen) zwischen den Abschnitten verschiedener
Scheibenspulen zur Folge hat. In verschiedenen dieser Fälle ist es nicht erforderlich,
daß die Abschnitte gleich große Windungszahlen besitzen. Wohl muß dabei aber der
Anforderung der Symmetrie stets genügt werden.
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Zur Kompensation der Unsymmetrie in der Lage der Windungen der verschiedenen
Zweige hinsichtlich des dadurch ausgebildeten Feldes müssen in vielen Fällen Kreuzverbindungen
zwischen den Doppelspulen angebracht werden, wodurch die Zweige in den verschiedenen
Doppelspulen regelmäßig ihren Platz wechseln.