DE1130061B

DE1130061B - Winding made up of disc-shaped double coils for transformers or choke coils

Info

Publication number: DE1130061B
Application number: DEL34438A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Kusche
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-10-08
Filing date: 1959-10-08
Publication date: 1962-05-24
Also published as: GB950848A; CH379628A

Description

Aus scheibenförmigen Doppelspulen aufgebaute Wicklung für Transformatoren oder Drosselspulen Bekanntlich kann eine aus scheibenförmigen Doppelspulen aufgebaute Wicklung als induktiv-kapazitiver Kettenleiter dargestellt werden.Winding for transformers made up of disc-shaped double coils or choke coils As is well known, a disk-shaped double coil can be used Winding can be represented as an inductive-capacitive chain conductor.

Eine solche Wicklung zeigt die Fig. 1. Dabei kann die konzentrisch zu der Oberspannungswicklung (OS) gezeichnete Unterspannungswicklung. (US) praktisch als Erde betrachtet werden.Such a winding is shown in FIG. 1. The concentric Low-voltage winding drawn for the high-voltage winding (OS). (US) practical be considered as earth.

Die Windungen der Oberspannungswicklung sind vom Wicklungseingang fortlaufend mit 1 bis SO numeriert. Der an der Stirnseite angebrachte und elektrisch mit dem Wicklungseingang verbundene Schirmkörper 51 hat auf die Stoßspannungsverteilung praktisch keinen Einfluß; er wird in erster Linie zur Feldsteuerung am hoch beanspruchten Wicklungsrand angewendet.The turns of the high voltage winding are from the winding input consecutively numbered from 1 to SO. The one attached to the front and electrical The shield body 51 connected to the winding input has an effect on the surge voltage distribution practically no influence; it is primarily used for field control at the most heavily used Wrap edge applied.

Der in Fig.2 ersatzweise gezeichnete induktivkapazitive Kettenleiter wird gebildet aus den Kapazitätselementen 1 bis 9, deren Summe die Erdkapazität der OS-Wicklung ausmacht, den Kapazitätselementen 10 bis 17, welche in Serienschaltung die gesamte Serienkapazität der OS-Wicklung ergeben, sowie aus den Induktivitätselementen 18 bis 25.The inductive-capacitive chain conductor shown as an alternative in FIG is formed from the capacitance elements 1 to 9, the sum of which is the earth capacitance of the HV winding makes up the capacitance elements 10 to 17, which are connected in series result in the entire series capacitance of the HV winding, as well as from the inductance elements 18 to 25.

Während für die niederfrequenten Vorgänge bei der Stoßspannungsverteilung in erster Linie die Induktivitätselemente maßgebend sind, können diese für die Betrachtung der sehr rasch verlaufenden Stoßvorgänge im Bereich der steilen Wellenstirn vernachlässigt werden. Das Verhalten der Wicklung wird bei Stoßvorgängen während des steilen Anstiegs somit durch die Kapazitätskette bestimmt.While for the low-frequency processes in the surge voltage distribution primarily the inductance elements are decisive, these can be used for consideration the very rapid impact processes in the area of the steep wave front are neglected will. The behavior of the winding is affected by shock processes during the steep ascent thus determined by the capacity chain.

Eine auf die Wicklung auftreffende Stoßspannungswelle durchläuft diese mit praktisch unverminderter Steilheit der Wellenstirn. Das heißt nicht nur die unmittelbar am Wicklungseingang gelegenen, sondern auch die weiter im Innern der Wicklung liegenden Spulen werden stark beansprucht. Die Beanspruchung der einzelnen Spulen in Prozent der angelegten Stoßspannung ist abhängig von der Kenngröße (Quadratwurzel aus dem Verhältnis Erdkapazität zu gesamter Serienkapazität der Wicklung) sowie von der Steilheit der Wellenstirn - der auftreffenden Stoßspannung.A surge voltage wave hitting the winding runs through it with practically undiminished steepness of the wave front. This means that not only the coils located directly at the winding input, but also the coils located further inside the winding are heavily stressed. The stress on the individual coils as a percentage of the applied surge voltage depends on the parameter (Square root of the ratio of earth capacitance to total series capacitance of the winding) and of the steepness of the shaft face - the impulse voltage that occurs.

Bei der vorstehend beschriebenen Wicklungsanordnung und bei gegebener Wellenform der Stoßspannung (z. B. 1/5o Rs) lassen sich die Spulenbeänspruchungen nur durch Verkleinern von a, also durch Verkleinerung der gesamten, aus den Teilkapazitäten 1 bis 9 gebildeten Erdkapazität bzw. durch Vergrößerung der aus den Kapazitätselementen 10 bis 17 bestehenden Serienkapazität reduzieren.With the winding arrangement described above and with a given waveform of the surge voltage (e.g. 1 / 5o Rs), the coil stresses can only be reduced by reducing a, i.e. by reducing the total earth capacitance formed from the partial capacitances 1 to 9 or by increasing the reduce existing series capacity from capacity elements 10 to 17.

Eine Verkleinerung der Erdkapazität etwa durch Vergrößern des Hauptstreukanals läßt sich aus wirtschaftlichen Gründen nicht durchführen, dagegen sind schon verschiedene Verfahren zur Erhöhung der Serienkapazität bekanntgeworden. Die bis jetzt bekannte wirkungsvollste Methode besteht in der Verschachtelung von Windungen bzw. von Wicklungsabschnitten längs der gesamten Wicklung.A reduction in the earth's capacity, for example, by enlarging the main scattering channel cannot be carried out for economic reasons, but there are different ones Process for increasing series capacity became known. The one known so far The most effective method consists in nesting turns or winding sections along the entire winding.

Der Hauptnachteil dieser Wicklungsanordnungen ist darin zu sehen, daß sie verhältnismäßig kompliziert aufgebaut und damit schwierig herzustellen sind. Es müssen z. B. sämtliche Spulenumleitungen gelötet und nachisoliert werden. Bei unsachgemäßer Lötung bzw. Isolierung stellen diese Lötstellen spannungsmäßig schwache Punkte in. der Wicklung dar. Während durch die Verschachtelung allgemein zwar die Spulenbeanspruchung erniedrigt wird, erhöht sich jedoch die Windungsbeanspruchung ganz erheblich gegenüber einer vergleichbaren Sturzwicklung.The main disadvantage of these winding arrangements can be seen in that they are relatively complex and therefore difficult to manufacture. It must z. B. all coil diversions are soldered and re-insulated. at Improper soldering or insulation make these soldering points weak in terms of voltage Points in. The winding. While the nesting generally admittedly the Coil stress is decreased, however, the winding stress increases quite considerably compared to a comparable lintel winding.

Es ist ferner bekannt, Schirmkörper an den im Streukanal liegenden Spulenoberflächen im Bereich der Eingangsspulen anzuordnen und elektrisch mit dem Wicklungseingang zu verbinden. Im Hinblick darauf ist auch schon vorgeschlagen worden, den Schirmkörper aus aufeinanderliegenden Lagen der Wicklung selbst zu bilden. Durch- diese zusätzlichen Abschirmungen der Eingangsspulen entlang ihrer axialen Erstreckung wird die in Fig. 2 mit 1 bezeichnete Erdkapazität der Eingangsspule aufgehoben.It is also known to attach the screen body to the one located in the scattering channel To arrange coil surfaces in the area of the input coils and electrically with the To connect winding input. In view of this, it has already been suggested that to form the shield body from superimposed layers of the winding itself. By- these additional shields of the input coils along their axial extent the ground capacitance of the input coil, denoted by 1 in FIG. 2, is canceled.

Um nun eine weitere Verbesserung der Kenngröße a und damit der Stoßspannungsverteilung der Wicklung zu erzielen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen weiteren, auf Eingangspotential der Wicklung befindlichen Schirmkörper, vom Wicklungseingang an gerechnet, zwischen der ersten und zweiten Doppelspule einzulegen.To now a further improvement of the parameter a and thus the surge voltage distribution To achieve the winding, the invention proposes a further, on Input potential of The shield body located in the winding, from the winding input expected to be inserted between the first and second double coil.

Es ist zwar bei einer kombinierten Scheibenspulen-und Lagenwicklung schon bekannt, zwischen verschiedenen Teilen einer Wicklung Schirmringe vorzusehen, jedoch sind diese nicht mit dem Wicklungseingang leitend verbunden, sondern liegen auch elektrisch im Zuge der Wicklung, so daß die erfindungsgemäße Wirkung nicht erzielt wird.It is indeed with a combined disc coil and layer winding already known to provide shield rings between different parts of a winding, however, these are not conductively connected to the winding input, but lie also electrically in the course of the winding, so that the inventive effect is not is achieved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gibt Fig. 3 wieder. Wie aus dieser Figur zu ersehen ist, ist außer den bekannten Schirmkörpern 51 und 52 ein weiterer Schirmkörper 53 zwischen der ersten und zweiten Doppelspule vorgesehen. Dabei sind alle drei Schirmkörper elektrisch mit dem Wicklungseingang verbunden.An embodiment of the invention is shown in FIG. As can be seen from this figure, in addition to the known screen bodies 51 and 52, a further screen body 53 is provided between the first and second double coil. All three shield bodies are electrically connected to the winding input.

Durch die auf Hochspannungspotential liegenden Schirmkörper 51, 52 -und 53 wird die wirksame, in Fig. 2 durch 1 veranschaulichte Erdkapazität der ersten Doppelspule aufgehoben und gleichzeitig besonders durch den Schirmkörper 53 die Serienkapazität 10 (Fig. 2) der ersten Doppelspule ganz erheblich vergrößert. Durch die Schirmkörper 51 bis 53 wird das Hochspannungspotential kapazitiv auf die Windungen 1 bis 38 übertragen. Damit ist erreicht, daß die auf die Wicklung einlaufende Stoßwelle im ersten Augenblick nicht nur auf die ersten Windungen entfällt, sondern sich sofort auf einen größeren Wicklungsbereich verteilt. Die Wanderwelle, welche vom Wicklungseingang her in die Wicklung einzieht, wird durch diese Maßnahme abgeflacht. Sie durchläuft nunmehr die ganze Wicklung mit einer kleineren Steilheit, was längs der ganzen Wicklung kleinere Spulenbeanspruchungen zur Folge hat. Neben der wesentlich geringeren Beanspruchung der Eingangsspulen werden somit auch die übrigen, nachfolgenden Spulen spannungsmäßig beträchtlich niedriger beansprucht.By lying at high voltage shield body 51, 52 -and 53 is effective, in Fig. 2 canceled by 1 illustrated earth capacitance of the first double coil and significantly increased at the same time especially by the shielding body 53, the series capacitor 10 (Fig. 2) of the first double coil. The high-voltage potential is capacitively transferred to the windings 1 to 38 through the shielding bodies 51 to 53 . This ensures that the shock wave entering the winding not only occurs in the first few turns, but is immediately distributed over a larger winding area. The traveling wave, which moves into the winding from the winding entrance, is flattened by this measure. It now runs through the entire winding with a smaller steepness, which results in smaller coil stresses along the entire winding. In addition to the significantly lower stress on the input coils, the other, subsequent coils are also stressed considerably less in terms of voltage.

Auf Grund der günstigeren Anfangsspannungsverteilung der Wicklung ergeben sich auch kleinere Amplituden der Ausgleichsschwingungen und damit geringere Beanspruchungen nach Erde längs der gesamten Wicklung.Due to the more favorable initial voltage distribution of the winding there are also smaller amplitudes of the compensating oscillations and thus lower ones Earth stresses along the entire winding.

Neben dem Vorteil einer Reduzierung der Spulenbeanspruchung, und zwar nicht nur am Wicklungseingang, sondern auch längs der gesamten Wicklung, ergibt sich bei der Anordnung nach der Erfindung praktisch keine Erhöhung der Windungsbeanspruchungen, verglichen mit einer Sturzwicklung; schließlich treten hierbei niedrigere Beanspruchungen gegen Erde längs der gesamten Wicklung auf.In addition to the advantage of reducing the stress on the coil, namely not only at the winding entrance, but also along the entire winding With the arrangement according to the invention there is practically no increase in the winding loads, compared to a lintel winding; after all, this results in lower stresses against earth along the entire winding.

Wie Untersuchungen gezeigt haben, reduziert sich bei Anwendung einer Anordnung nach der Erfindung die maximale Spulenbeanspruchung bei Vollwelle auf etwa 60% der Werte, verglichen mit der bisherigen Ausführung einer Sturzwicklung. Die weiterhin interessierenden Spulenbeanspruchungen längs der Wicklung werden dabei auf etwa 67% reduziert. Beim Stoß mit abgeschnittener Welle werden die Spulenbeanspruchungen ebenfalls auf etwa 65% der Beanspruchungen einer vergleichbaren Sturzwicklung verringert.As studies have shown, the use of a Arrangement according to the invention, the maximum coil stress with solid shaft about 60% of the values compared to the previous version of a lintel winding. The coil stresses along the winding, which are still of interest, are thereby reduced to about 67%. When the shaft is cut, the coil stresses also reduced to around 65% of the stresses of a comparable lintel winding.

Fig. 4 zeigt schließlich eine Wicklungsausführung, bei der der innere Schirmkörper aus aktivem Wickelkupfer, d. h. aus den Windungen 1 bis 10, hergestellt ist. Dabei liegen die Windungen 1 bis 5 axial unmittelbar übereinander; desgleichen die Windungen 6 bis 10, die ihrerseits wieder radial unmittelbar auf den Windungen 1 bis 5 angeordnet sind.Finally, FIG. 4 shows a winding design in which the inner screen body is made from active wound copper, ie from windings 1 to 10 . The turns 1 to 5 are axially directly above one another; likewise the turns 6 to 10, which in turn are again arranged radially directly on the turns 1 to 5 .

Diese Ausführung wird wesentlich verbessert durch die Anwendung des Schirmkörpers 53, der zwischen den beiden Scheibenspulen, die aus den Windungen 19 bis 26 bzw. 27 bis 34 bestehen, angeordnet ist. Die Schirmkörper 51 und 53 sind ebenfalls elektrisch mit dem Wicklungseingang verbunden. Hierdurch wird auf die Windungen 1 bis 34 sowie 43 bis 45 das Hochspannungspotential kapazitiv übertragen. Damit wird ebenfalls beim Auftreffen einer Stoßspannungswelle auf die Wicklung im ersten Augenblick ein relativ großer Wicklungsabschnitt mit der Stoßspannung beaufschlagt. Infolgedessen durchläuft die vom Stoßpunkt (Wicklungseingang) ausgehende Wanderwelle die Wicklung wieder mit verringerter Steilheit, so daß auch die Spulenbeanspruchungen längs der Wicklung geringer sind.This embodiment is significantly improved by using the screen body 53, which is arranged between the two disc coils, which consist of the turns 19 to 26 and 27 to 34 , respectively. The screen bodies 51 and 53 are also electrically connected to the winding input. As a result, the high-voltage potential is capacitively transferred to turns 1 to 34 and 43 to 45. In this way, when a surge voltage wave hits the winding, a relatively large section of the winding is acted upon by the surge voltage for the first time. As a result, the traveling wave emanating from the point of impact (winding input) runs through the winding again with a reduced steepness, so that the coil stresses along the winding are also lower.

Infolge der günstigeren Anfangsverteilung sind weiterhin auch die Spannungen gegen Erde längs der Wicklung kleiner als bei einer entsprechenden Sturzwicklung. Schließlich ist dadurch, daß die Windungen 19 bis 34 sowie 43 bis 45 kapazitiv auf das Hochspannungspotential angehoben werden, auch die Beanspruchung zwischen den Windungen 6 und 27 sowie 5 und 45 ohne weiteres beherrschbar. Im übrigen ergibt sich praktisch keine Erhöhung der Windungsbeanspruchung gegenüber einer üblichen Sturzwicklung.As a result of the more favorable initial distribution, the voltages to earth along the winding are also lower than with a corresponding lobed winding. Finally, because turns 19 to 34 and 43 to 45 are capacitively raised to the high voltage potential, the stress between turns 6 and 27 and 5 and 45 can also be easily controlled. In addition, there is practically no increase in the winding stress compared to a conventional lobed winding.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Winding constructed from disc-shaped double coils for transformers or reactors with arranged on the face of the winding, shields connected to input potential and additional shielding of the input coils along their axial extension, characterized in that another shield body (53) at the input potential of the winding, from the winding input, calculated, between the first and second double coil is stored (Fig. 3).

2. Winding according to claim 1, characterized in that when using two superposed input winding layers with an axial extent corresponding to three disc coils (= one and a half double coils) as a lateral screen body of the embedded screen body (53) is formed correspondingly radially shortened (Fig. 4). Publications considered: Swiss Patent Nos. 218 282, 214701, 261737.