DE1097555B - Stossspannungssichere Wicklung fuer Transformatoren od. dgl. - Google Patents

Stossspannungssichere Wicklung fuer Transformatoren od. dgl.

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DE1097555B
DE1097555B DEM33055A DEM0033055A DE1097555B DE 1097555 B DE1097555 B DE 1097555B DE M33055 A DEM33055 A DE M33055A DE M0033055 A DEM0033055 A DE M0033055A DE 1097555 B DE1097555 B DE 1097555B
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winding
layer
core
wound
conductors
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DEM33055A
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English (en)
Inventor
Dr Habib Brechna
Albert Schellenberg
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Rheinmetall Air Defence AG
Original Assignee
Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/343Preventing or reducing surge voltages; oscillations

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Description

  • Stoßspannungssichere Wicklung für Transformatoren od. dgl. Die vorliegende Erfindung betrifft eine stoßspannungssichere Wicklung für Transformatoren od. dgl., die zumindest teilweise ineinander verschachtelte Wicklungslagen aufweist, wobei in radialer Richtung des Kernes nebeneinanderliegende Leiter schraubenförmig in Richtung der Kernachse gewickelt sind.
  • Eine Wicklung, beispielsweise eines Transformators, stellt bekanntlich bei den üblichen Frequenzen eine Induktivität dar. Falls sie jedoch durch Überspannungswellen beansprucht wird, die infolge atmosphärischer Entladungen oder plötzlicher Änderungen des Netzzustandes hervorgerufen werden, sind für die Spannungsverteilung längs der Wicklung die kapazitiven Verhältnisse entscheidend. Fig. 1 zeigt das Ersatzschild 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 Windungskapazität 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 daraus 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 seit langem bekannt, die Eingangswicklungen stärker als die übrigen Windungen zu isolieren. Nachteilig wirkt hierbei, daß der erforderliche Wickelraum zunimmt und die erhöhte Spannungsbeanspruchung auf die nicht mit verstärkter Isolation versehenen Spulen verschoben werden kann, wodurch an diesen Beschädigungen auftreten können. Wesentliche Verbesserungen sind dann möglich, wenn das Verhältnis CF/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, aber gleichzeitig auch eine erhebliche räumliche Vergrößerung bedingen und zu schweren und teuren Konstruktionen führen. Ferner sind bereits Wicklungen beschrieben worden, die durch Verschachtelung der Einzelwindundungen innerhalb einer Scheibenspule eine Erhöhung der gegenseitigen Windungskapazität ergeben. Diese Anordnungen sind jedoch wickeltechnisch schwierig. Sie erfordern eine große Anzahl von Überkreuzungen und zusätzlichen Verbindungen zwischen den einzelnen Scheiben der Wicklung. Ebenso bekannt ist es, die Windungslagen von Transformatoren ineinanderzuschachteln. Diese bekannten Ausführungen sind aber auf Kleintransformatoren beschränkt und besitzen eine relativ schlechte Stoßspannungsverteilung, da die kapazitive Kopplung innerhalb der Wicklung starke Unregelmäßigkeiten aufweist.
  • Weiterhin ist auch eine Transformatorwicklung bekanntgeworden, bei der jeder Windungsgang aus parallel geschalteten Lagen besteht, welche in der Weise verschachtelt sind, daß auf je eine Lage des einen Leiters eine Lage des anderen Leiters folgt. Diese Anordnung stellt eine herstellungsmäßig schwierige Wicklung dar. Sie bedingt zahlreiche Verbindungsleitungen, die den Wicklungsaufbau beträchtlich erschweren. Man kann sie auch nicht für ungerade Lagenzahlen verwenden. Schließlich wurde schon vorgeschlagen, mehrgängige Wicklungselemente, z. B. zwei ineinandergewickeltezweigängigeScheibenspulen, derart zu Wicklungsgruppen zusammenzuschalten, daß die einzelnen Wicklungselemente einer Gruppe in Einzelschaltung geschaltet sind, während die Wicklungsgruppen beliebig in Einzel- oder Doppelschaltung miteinander verbunden sein können, oder daß umgekehrt die einzelnen Wicklungselemente in Doppelschaltung und die Zusammenschaltung der Wicklungsgruppen in Einzelschaltung ausgeführt sein können. Bei einer Einzelschaltung verläuft der Strom in allen Wicklungsgruppen bzw. -elementen in gleicher Richtung, bei der Doppelschaltung treten hingegen einander entgegengesetzte Stromrichtungen auf, was eine Umkehrung des Wickelsinns bedingt. Diese Wicklung benötigt daher eine relativ große Anzahl von Lötstellen; sie erfordert umständliche Längsverbindungen und ergibt keine hinreichend lineare Stoßspannungsverteilung, da die gegenseitige Windungskapazität innerhalb der Wicklung starke Unregelmäßigkeiten aufweist.
  • Die geschilderten Mängel der vorstehenden Ausführungen lassen sich vermeiden, wenn erfindungsgemäß immer zwei zum gleichen Leiter gehörende, ohne Nahtstelle unmittelbar miteinander verbundene Lagen gegensinnig gewickelt sind und sich in an sich bekannter Weise zwischen zwei zum gleichen Leiter gehörende, aufeinanderfolgende Lagen mindestens eine weitere, zu einem anderen Leiter gehörende Lage befindet und wenn über die Nahtstellen vorzugsweise die räumlich am weitesten voneinander entfernten Lagen der verschiedenen Leiter in Reihe geschaltet werden. Unter »Nahtstelle« sind hierbei Löt-, Schweiß-, Klemmverbindungen usw. zu verstehen. Die erfindungsgemäße Anordnung weist eine praktisch lineare Stoßspannungsverteilung auf und ergibt erhebliche wickeltechnische Vorteile, da die Anzahl der zusätzlichen, oftmals schwierig herzustellenden 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. Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung weist die Wicklung in Richtung der Kernachse mehrere Wicklungsabschnitte auf, die durch Leitungen miteinander verbunden sind. Besonders vorteilhaft wird der Aufbau, wenn zwei in radialer Richtung des Kernes nebeneinanderliegende Leiter zu zweigängen Windungslagen in Richtung der Kernachse gewickelt sind, wobei jedoch die letzte Windungsiage eingängig ausgeführt ist und zum Leiter des ersten Windungsganges gehört. Es wird dann nur eine einzige zusätzliche Verbindung zwischen den zu den beiden Leitern gehörenden Windungsgängen erforderlich.
  • Die Fig. 3 bis 13 zeigen als Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes verschiedene 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 bis 24). Der Fig. 3 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 bezeichnet 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 bis 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 bis 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 vorletzten 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 bis 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 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 nebeneinanderliegende Wicklungsabschnitte parallel geschaltet.
  • Die Kernachse A könnte bei den Ausführungen nach Fig.3 bis 13 auch auf der anderen Seite der Wicklung angeordnet sein.
  • Der Erfindungsgegenstand ist an sich weder hinsichtlich der Lagenzalil noch der Windungszahl je Lage begrenzt. Lediglich die zwischen nebeneinanderliegenden Leitern zulässige Höchstspannung wird für den jeweiligen Fall eine bestimmte Ausführungsform nahelegen.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Stoßspannungssichere Wicklung für Transformatoren od. dgl., die zumindest teilweise ineinander verschachtelte Wicklungslagen aufweist, wobei in radialer Richtung des Kernes nebeneinanderliegende Leiter schraubenförmig in Richtung der Kernachse gewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß immer zwei zum gleichen Leiter gehörende, ohne Nahtstelle unmittelbar miteinander verbundene Lagen gegensinnig gewickelt sind, daß sich in an sich bekannter Weise zwischen zwei zum gleichen Leiter gehörende, aufeinanderfolgende Lagen mindestens eine weitere, zu einem anderen Leiter gehörende Lage befindet und daß über die Nahtstellen vorzugsweise die räumlich am weitesten voneinander entfernten Lagen der verschiedenen Leiter in Reihe geschaltet sind.
  2. 2. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in radialer Richtung des Kernes nebeneinanderliegende Leiter zu zweigängigen Windungslagen in Richtung der Kernachse gewickelt sind, wobei jedoch die letzte Windungslage eingängig ausgeführt ist und zum Leiter des ersten Windungsganges gehört, und daß zwischen dem zweiten und dem letzten Windungsgang eine Verbindungsleitung besteht (Fig. 3 und 4).
  3. 3. Wicklung nach Anspruch 1, 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 daß zwischen dein zweiten und dem letzten sowie dem dritten und dem vorletzten Windungsgang je eine Verbindungsleitung besteht (Fig. 5).
  4. 4. Wicklung nach Anspruch 1, 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 daß zwischen dem zweiten und dem letzten sowie dem dritten und dem vorletzten Windungsgang eine Verbindungsleitung besteht (Fig. 6).
  5. 5. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die letzte Windungslage eingängig, die dazwischenliegenden Windungslagen jedoch zweigängig ausgeführt sind und daß die freien Enden jedes Wicklungsabschnittes an dem zweiten und dem vorletzten Gang liegen und eine Verbindungsleitung zwischen der ersten und der letzten Windungslage besteht (Fig. 7).
  6. 6. Wicklung nach Anspruch 1, 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. 7. Wicklung nach Anspruch 1, 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 und 10). B.
  8. Wicklung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsabschnitte in Reihenparallelschaltung miteinander verbunden sind (Fig. 11 und 12).
  9. 9. Wicklung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß in radialer Richtung des Kernes nebeneinanderliegende Wicklungsabschnitte parallel geschaltet sind (Fig. 13). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 948 628; schweizerische Patentschriften Nr. 314 113, 310 044, 270 657; deutsche Auslegeschriften S 28059 VIII b/21 d2 (bekanntgemacht am 5. 7. 1956), S 35200 VIIIb/21 d2 (bekanntgemacht am 14. 6. 1956). In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent N r. 1003 850.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH270657A (fr) * 1945-01-04 1950-09-15 English Electric Co Ltd Bobinage inductif.
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CH314113A (de) * 1952-04-09 1956-05-31 Siemens Ag Aus Scheibenspulen aufgebaute Röhrenwicklung, insbesondere für Transformatoren und Drosseln
DE948628C (de) * 1953-06-17 1956-09-06 Siemens Ag Wicklung fuer Transformatoren, Drosseln u. dgl., vorzugsweise aus ineinandergewickelten mehrgaengigen Scheibenspulen aufgebaute Roehrenwicklung

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