Aus Scheibenspulen aufgebaute Wicklungsanordnung für Transformatoren,
Drosselspulen u. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf eine aus Scheibenspulen aufgebaute,
aus mehreren Wicklungsgruppen bestehende Wicklungsanordnung für Transformatoren,
Drosselspulen u. dgl., wobei mehrere axial übereinanderliegende Scheibenspulen zu
einer Scheibenspulengruppe zusammengeschaltet sind. Bekanntlich ändern sich die
Wirbelstromverluste in einem Kupferleiter von Induktionsapparaten, z. B. Transformatorwicklungen,
mit der rechtwinklig zur Richtung des Streuflusses liegenden Querschnittsfläche.
Aus diesem Grunde hat man die Querschnittsfläche in mehrere voneinander isolierte
Teilleiter unterteilt und sogar auch schon gleichmäßig miteinander verdrillt. Dabei
wurden bei einer bekannten Ausführung die Wicklungsleiter sowohl radial als auch
axial in der Weise unterteilt, daß an den Stellen hoher Felddichte eine feinstufigere
Unterteilung der Leiter vorhanden ist als an den Stellen geringerer Felddichte.
Schließlich ist es für sich auch bekannt, Wicklungen aus zwei parallelen, in Doppelspulen
angeordneten Leiterzweigen aufzubauen, wobei die Anfänge und Enden der Doppelspule
an Stellen liegen, deren Abstand von der Spulenmitte gleich dem Mittelwert aus äußerem
und innerem Radius der Doppelspule ist, so daß der eine der parallelen Leiter in
der inneren Hälfte der Doppelspule von ihrem äußeren zum inneren Umfang und wieder
zurück zum äußeren Umfang verläuft, während der andere Leiter dazu entgegengesetzt
verläuft.Winding arrangement for transformers made up of disc coils,
Choke coils and the like. The invention relates to a built up of disc coils,
winding arrangement for transformers consisting of several winding groups,
Choke coils and the like, with a plurality of disk coils axially one above the other
a disk coil group are interconnected. As is well known, they change
Eddy current losses in a copper conductor of induction apparatus, e.g. B. transformer windings,
with the cross-sectional area perpendicular to the direction of the leakage flux.
For this reason one has the cross-sectional area in several isolated from each other
Sub-conductors divided and even twisted evenly with one another. Included
in a known embodiment, the winding conductors were both radial and
axially subdivided in such a way that at the points of high field density a more finely graduated
There is a subdivision of the conductors than at the points of lower field density.
Finally, it is also known per se, windings from two parallel, in double coils
arranged conductor branches to build, with the beginnings and ends of the double coil
lie at points whose distance from the center of the coil is equal to the mean value from the outside
and inner radius of the double coil, so that one of the parallel conductors in
the inner half of the double coil from its outer to the inner circumference and again
back to the outer perimeter while the other conductor is opposite to it
runs.
Für sich bekannt ist es schließlich auch, Wicklungen aus Wicklungsgruppen
aufzubauen, doch wurde ein solcher Aufbau lediglich zur Verbesserung der kapazitiven
Verhältnisse der Wicklung gewählt, um dadurch die Wicklung stoßspannungsfest zu
machen.Finally, it is also known per se, windings from winding groups
to build, but such a structure was only to improve the capacitive
Proportions of the winding selected in order to make the winding surge-proof
do.
Die Aufgabe, eine aus Scheibenspulen aufgebaute, aus mehreren Wicklungsgruppen
bestehende Wicklungsanordnung zu schaffen, bei der sowohl die zirkulierenden Ströme
herabdrückbar sind als auch gleichzeitig die Wirbelstromverluste in besonders hohem
Maße zu vermindern sind, konnte mit den bekannten Wicklungsausführungen nicht gelöst
werden. Demgegenüber läßt sich die gestellte Doppelaufgabe in bisher nicht erreichter
Weise dadurch lösen, daß gemäß der Erfindung jede Scheibenspule aus mehreren axial
übereinanderliegenden Teilspulen aufgebaut ist, wobei jede Teilspule selbst wieder
aus wenigstens einem Paar parallel geschalteter und voneinander sowie gegenüber
der benachbarten Teilspule isolierter Teilleiter zu in Wicklungsachsrichtung nebeneinanderhegenden
Scheibenspulenelementen bei gleichzeitiger Auskreuzung dieser Teilleiter etwa in
der Mitte dieser Elemente gewickelt ist, und daß sämtliche Teilspulen einer Scheibenspulengruppe
so in Reihe zusammengeschaltet sind, daß für jede Scheibenspulengruppe nach gemeinsamem
Anschluß der parallel geschalteten Teilspulen der obersten Scheibenspule an eine
Zuleitung und ebenso gemeinsamem Anschluß der Teilspulen der untersten Scheibenspule
an eine Ableitung die einzelnen Teilspulen zu einer geschlossenen Schleife derart
hintereinandergeschaltet sind, daß die vom Streufluß in den Teilspulen induzierte
Spannung in den einander benachbarten Teilspulen einander entgegengesetzt gerichtet
ist.The task, one made up of disc coils, consisting of several winding groups
To create an existing winding arrangement in which both the circulating currents
The eddy current losses can also be suppressed to a particularly high degree at the same time
Dimensions are to be reduced, could not be solved with the known winding designs
will. In contrast, the double task posed can be achieved in a previously unattainable way
Way to solve that, according to the invention, each disc coil from several axially
superimposed sub-coils is built, with each sub-coil itself again
of at least one pair connected in parallel and from each other as well as opposite
the adjacent sub-coil insulated sub-conductors to adjacent ones in the winding axis direction
Disc coil elements with simultaneous crossover of these sub-conductors approximately in
the middle of these elements is wound, and that all sub-coils of a disc coil group
are interconnected in series so that for each disc coil group according to common
Connection of the parallel-connected partial coils of the top disc coil to a
Supply line and also common connection of the partial coils of the lowest disc coil
to a derivative the individual coil sections form a closed loop in this way
are connected in series that the induced by the leakage flux in the sub-coils
Voltage in the adjacent sub-coils directed opposite one another
is.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.
Fig. 1 zeigt eine Scheibenspule in Draufsicht; Fig. 2 veranschaulicht
eine Seitenansicht eines aus Kern und Wicklung bestehenden aktiven Transformatorteils
bei teilweise aufgeschnittener Oberspannungswicklung; Fig. 3 A gibt in schematischer
Darstellung einen Teil der Wicklung nach Fig. 2 wieder, und Fig. 3 B zeigt an Hand
einer Kurve, wie die Streuflußdichte in den einzelnen Scheibenspulen der Wicklung
nach Fig. 3 A sich innerhalb der Wicklung ändert; in.
Fig. 4 ist
ein Querschnitt durch die Leiteranordnung einer Scheibenspule wiedergegeben.Fig. 1 shows a pancake coil in plan view; Fig. 2 illustrates
a side view of an active transformer part consisting of a core and a winding
with partially cut high voltage winding; Fig. 3 A is a schematic
Representation of part of the winding according to FIG. 2 again, and FIG. 3B shows by hand
a curve, such as the leakage flux density in the individual disc coils of the winding
3 A changes within the winding; in.
Fig. 4 is
a cross section through the conductor arrangement of a disc coil is shown.
Die Scheibenspule, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ist aus vier miteinander
parallel geschalteten Teilleitern, nämlich den beiden Leitern 12 und den
beiden Teilleitern 22, wie diese in Fig. 4 ersichtlich sind, gewickelt. Die beiden
Teilleiter 12 sind je mit einem Isolationsauftrag 16 versehen und die beiden Teilleiter
22 je mit dem Isolationsauftrag 26. Alle vier Teilleiter sind von einer gemeinsamen
Isolation 24 umgeben. Alle Isolationsaufträge können in bekannter Weise durch Umbandeln,
Umwickeln. oder sonstwie in herkömmlicher Weise hergestellt sein. Die Teilleiter
12 und 22 liegen in Achsrichtung der Wicklung übereinander und sind so zu Scheibenspulen
gewickelt. Dabei bilden die beiden Teilleiter 12, die miteinander parallel geschaltet
sind, das eine Leiterpaar und die beiden ebenfalls parallel geschalteten Teilleiter
22 das andere Leiterpaar. Der die Scheibenspule durchfließende Strom ist somit auf
die gewissermaßen einen Hauptleiter bildenden vier Teilleiter aufgeteilt, von denen
jeweils die beiden Teilleiter 12 bzw. 22 annähernd in der Mitte der Wicklung, wie
durch 35 bzw. 45 in Fig. 2 angedeutet, miteinander ausgekreuzt sind. Aus der Fig.
2 ist der gesamte Aufbau der Wicklungsanordnung eines aktiven Transformatorteils
10 zu ersehen. Dabei ist der die Wicklungen tragende Mittelschenkel mit 13
bezeichnet und die beiden wicklungsfreien Außenschenkel mit 11 und 15. Die aus einer
Vielzahl von Scheibenspulen 40 bis 70 und 140 bis 170 bestehende Oberspannungswicklung
ist zwischen den beiden Niederspannungswicklungen 30 und 130 auf den Mittelschenkel
13 aufgesetzt. Mit 17 sind die Joche des Eisenkerns bezeichnet.The disk coil, as shown in FIG. 1, is wound from four partial conductors connected in parallel with one another, namely the two conductors 12 and the two partial conductors 22, as can be seen in FIG. The two sub-conductors 12 are each provided with an insulation coating 16 and the two sub-conductors 22 are each provided with an insulation coating 26. All four sub-conductors are surrounded by a common insulation 24. All insulation jobs can be carried out in a known manner by wrapping or wrapping. or otherwise manufactured in a conventional manner. The sub-conductors 12 and 22 lie one above the other in the axial direction of the winding and are thus wound to form disc coils. The two sub-conductors 12, which are connected in parallel with one another, form the one pair of conductors and the two sub-conductors 22, which are also connected in parallel, form the other pair of conductors. The current flowing through the disc coil is thus divided between the four subconductors, which in a sense form a main conductor, of which the two subconductors 12 and 22 are crossed with each other approximately in the middle of the winding, as indicated by 35 and 45 in FIG. 2. The entire structure of the winding arrangement of an active transformer part 10 can be seen from FIG. 2. The center leg carrying the windings is labeled 13 and the two winding-free outer legs 11 and 15. The high-voltage winding consisting of a large number of disc coils 40 to 70 and 140 to 170 is placed on the center leg 13 between the two low-voltage windings 30 and 130. The yokes of the iron core are designated with 17.
Die Scheibenspulen 40, 50, 60, 70 bilden eine erste Gruppe
und ebenso die Scheibenspulen 140 bis 170 eine zweite Gruppe. Der Teil 30 der Unterspannungswicklung
ist vorzugsweise gleichfalls aus einer Vielzahl von Scheibenspulen aufgebaut und
ebenso der Unterspannungswicklungstei1130, wobei die einzelnen Scheibenspulen gleichfalls
zu Wicklungsgruppen zusammengefaßt sein können. Sämtliche zum Wicklungsbau verwendeten
Scheibenspulen sind, wie oben erwähnt, aus mehr als drei unterteilten Teilleitern
12 und 22 aufgebaut, so daß sich innerhalb jeder Scheibenspule eine quer zur Wicklungsachsrichtung
liegende Unterteilung des gewissermaßen als Hauptleiter anzusprechenden Leiters
ergibt. Im einzlnen ist die in der Fig. 2 dargestellte Oberspannungswicklung also
aus den Scheibenspulengruppen 40 bis 70 und 140 bis 170 aufgebaut. Dabei liegt die
erste Gruppe 40 bis 70 zwischen den beiden Anschlüssen 100 und 102, wobei die oberste
Scheibenspule 40 mit dem Anschluß 100 und die unterste Scheibenspule 70 mit dem
Anschluß 102 verbunden ist. Jede der Scheibenspulen besteht aus einer oberen und
einer unteren Teilspule, z. B. die Scheibenspule 40 aus den Teilspulen 40A und 40B.
Die übrigen Teilspulen sind aus den Teilspulen SOA, 50B, 60A, 60B, 70A, 70B
gebildet. Jede Teilspule ist aus jeweils zwei Teilleitern gewickelt, z. B. ist die
Teilspule 40A aus den beiden in Wicklungsachsriehtung nebeneinanderliegenden Teilleitern
31 und 32, von denen jeder, wie erwähnt, für sich isoliert ist, gewickelt. Beim
Wickeln dieser beiden Teilleiter sind diese an einer Stelle, die vorzugsweise in
der Mitte des Spulenelements liegt, miteinander ausgekreuzt, wie dies bei 35 in
Fig. 2 kenntlich gemacht ist. Dadurch kommt in der ersten Hälfte der obenliegende
Teilleiter 31 in der zweiten Hälfte unter den an derAuskreuzungsstelle nach oben
wechselnden Teilleiter 32 zu liegen. In gleicher Weise sind die übrigen Teilspulen
40B bis 70B gewickelt. Die Teilleiter, z. B. 31 und 32 bzw. 41 und 42, einer
jeden Teilspule sind an ihrem inneren und äußeren Ende jeweils parallel geschaltet.
Die Zusammenschaltung derTeilspulen der Scheibenspulen40 bis 70 ist in zwei Parallelpfaden
zwischen den Anschlüssen 100 und 102 vorgenommen, so daß sich dadurch eine geschlossene
Schleife ergibt, in der alle Teilspulen liegen. Damit die vom Streufluß in den Teilspulen
induzierte Spannung jeweils in den benachbart liegenden Teilspulen einander entgegengesetzt
gerichtet ist, ist die Zusammenschaltung der Teilspulen der Scheibenspulengruppe
40 bis 70 wie folgt durchgeführt: Die parallel verbundenen Teilleiter 31 und 32
der Teilspule 40A sind mit dem Anschlußleiter 100 verbunden und sind am innenliegenden
Ende der Teilspule über den Leiter 52 mit der untenhegenden Teilspule 50B der nächstfolgenden
unteren Scheibenspule 50 verbunden. Das äußere Ende dieserTeilspule ist über den
Leiter 64 mit der unteren Teilspule 60B der Scheibenspule 60 verbunden, deren inneres
Ende über den Leiter 74 an das innere Ende der oberen Teilspule 70A der nächstfolgenden
Scheibenspule 70 angeschlossen ist, die wieder an ihrem äußeren Ende mit dem Anschluß
102 verbunden ist. Die untenliegende Teilspule 40B der Scheibenspule 40 ist
außen gleichfalls mit dem Anschlußleiter 100 verbunden, Ihr inneres Ende ist über
den Leiter 54 an die obere Teilspule 50A der Scheibenspule 50 angeschlossen, deren
äußeres Ende über den Leiter 62 mit dem äußeren Ende der oberen Teilspule 60A der
nächsten Scheibenspule 60 verbunden ist, die an ihrem inneren Ende über den
Leiter 72 mit der unteren Teilspule 70B der nächstfolgenden Scheibenspule70 verbunden
ist und die am äußeren Ende an den Anschlußleiter 102 angeschlossen ist. Somit ergibt
sich die erwähnte Hintereinanderschaltung sämtlicher Teilspulen zu einer geschlossenen
Schleife und für den die Wicklung durchfließenden Strom ein Parallelpfad. Besonders
deutlich ist dies aus der schematischen Darstellung der Fig. 3 A ersichtlich. In
der Fig. 3 B ist die Streuflußdichte, wie sie sich innerhalb der Spulengruppe ergibt,
in einem Kurvenzug 300 dargestellt. Die aus den Scheibenspulen 140 bis 170
bestehende zweite Gruppe von Scheibenspulen ist in gleicher Weise aufgebaut und
geschaltet, wie dies für die Gruppe 40 bis 70 vorstehend beschrieben wurde. Infolge
der besonderen Schaltung ist erreicht, daß die in den einander benachbart liegenden
Teilspulen durch den. Streufluß induzierte Spannung entgegengesetzt gerchtet ist.The disk coils 40, 50, 60, 70 form a first group and likewise the disk coils 140 to 170 form a second group. The part 30 of the low-voltage winding is preferably also made up of a large number of disc coils, as is the low-voltage winding part, it also being possible for the individual disc coils to be combined to form winding groups. As mentioned above, all of the disc coils used for the construction of windings are made up of more than three sub-divided sub-conductors 12 and 22, so that within each disc coil there is a subdivision of the conductor to be addressed as the main conductor, transversely to the winding axis direction. In detail, the high-voltage winding shown in FIG. 2 is thus composed of the disc coil groups 40 to 70 and 140 to 170. The first group 40 to 70 lies between the two connections 100 and 102, the topmost disk coil 40 being connected to the connection 100 and the lowermost disk coil 70 being connected to the connection 102. Each of the disc coils consists of an upper and a lower sub-coil, e.g. B. the disc coil 40 from the sub-coils 40A and 40B. The remaining coil sections are formed from the coil sections SOA, 50B, 60A, 60B, 70A, 70B. Each sub-coil is wound from two sub-conductors, e.g. B. the coil part 40A is wound from the two subconductors 31 and 32 lying next to one another in the winding axis, each of which, as mentioned, is isolated by itself. When these two sub-conductors are being wound, they are crossed out with one another at a point which is preferably in the center of the coil element, as is indicated at 35 in FIG. As a result, in the first half the overhead subconductor 31 comes to lie in the second half under the subconductor 32 changing upwards at the intersection. The remaining sub-coils 40B to 70B are wound in the same way. The sub-conductors, e.g. B. 31 and 32 or 41 and 42, of each sub-coil are connected in parallel at their inner and outer ends. The interconnection of the coil sections of the disc coils 40 to 70 is carried out in two parallel paths between the connections 100 and 102, so that a closed loop results in which all coil sections are located. So that the voltage induced by the leakage flux in the sub-coils is directed in opposite directions in the adjacent sub-coils, the interconnection of the sub-coils of the disc coil group 40 to 70 is carried out as follows: The parallel-connected sub-conductors 31 and 32 of the sub-coil 40A are connected to the connecting conductor 100 and are connected at the inner end of the partial coil via the conductor 52 to the lower partial coil 50B of the next following lower disc coil 50. The outer end of this sub-coil is connected via the conductor 64 to the lower sub-coil 60B of the disc coil 60, the inner end of which is connected via the conductor 74 to the inner end of the upper sub-coil 70A of the next-following disc coil 70, which is again connected at its outer end to the terminal 102 is connected. The lower part of the coil 40B of the disc coil 40 is also externally connected to the connecting conductor 100, its inner end is connected via the conductor 54 to the upper part of the coil 50A of the disc coil 50, the outer end of which via the conductor 62 with the outer end of the upper part of the coil 60A of the next disk coil 60 is connected, which is connected at its inner end via the conductor 72 to the lower coil part 70B of the next disk coil 70 and which is connected at the outer end to the connecting conductor 102. This results in the mentioned series connection of all partial coils to form a closed loop and a parallel path for the current flowing through the winding. This can be seen particularly clearly from the schematic illustration in FIG. 3A. In FIG. 3 B, the leakage flux density, as it results within the coil group, is shown in a curve 300 . The second group of disk coils consisting of the disk coils 140 to 170 is constructed and connected in the same way as was described above for the group 40 to 70. As a result of the special circuit is achieved that in the adjacent sub-coils by the. Stray flux induced voltage is directed in the opposite direction.
In der Fig. 3 A ist mit Ei die zwischen den Teilspulen 40,4 und 40B
der Scheibenspule 40 induzierte Spannung angedeutet und weiter durch E2, E3, E4
die in den zwischen den Teilspulen der Scheibenspule 50, 60 und 70 induzierten Spannungen.
Die gesamte in der geschlossenen Schleife der Seheibenspulengruppe 40 bis 70 induzierte
Spannung ist durch die gestrichelte, mit Pfeilen versehene Linie angegeben, die
erkennen läßt, daß ihre Richtung in den einander benachbarten Teilspulen entgegengesetzt
gerichtet ist. Die gesamte in der Schleife induzierte Spannung ist somit (-E1, -E3,
+E2 und +E4). Da El und E4 annähernd gleich E2 und E3 ist, ist die induzierte
Spannung
in der geschlossenen Schleife gleich Null oder nur von einer sehr kleinen Größe.
Wenn die gesamte induzierte Spannung nicht gleich Null ist, wird der zirkulierende
Strom in der geschlossenen Schleife gleich der vom Netz induzierten Spannung, geteilt
durch den Effektivwiderstand aller in der Schleife liegenden Spulen sein. Wenn also
eine kleine vom Netz induzierte Spannung in der Schleife vorhanden ist, wird der
zirkulierende Strom durch den Widerstand der geschlossenen Schleife auf einem niedrigen
Wert gehalten. Die erfindungsgemäße Wicklungsausführung beseitigt bzw. vermindert
somit die Umlaufströme und die durch den Streufiuß hervorgerufenen Verluste und
läßt sich sowohl mit einer geraden als auch bei entsprechender Auslegung mit einer
ungeraden Zahl von Scheibenspulengruppen ausführen und ist sowohl bei kreisförmigen
als auch anders geformten Scheibenspulen anwendbar. Infolge der Verringerung der
Wirbels.tromverluste und Herabsetzung der zirkulierenden Ströme 1ä t sich dadurch
die Leistung der Geräte steigern. Dabei ist der Aufwand an Leitermaterial für die
Wicklungen geringer als bei Wicklungen der herkömmlichen Art. Die Spulenherstellung
bereitet keinerlei Schwierigkeiten und ebenso ihre Zusammenschaltung, da sämtliche
Schaltverbindungen auf den Wicklungsmantelflächen liegen und somit keinen erhöhten
Arbeitsaufwand bedingen.In FIG. 3 A, Ei is between the sub-coils 40, 4 and 40B
the disc coil 40 indicated voltage induced and further by E2, E3, E4
the voltages induced between the sub-coils of the disc coil 50, 60 and 70.
The entire in the closed loop of the disk coil group 40 to 70 induced
Voltage is indicated by the dashed, arrows line that
shows that their direction is opposite in the adjacent sub-coils
is directed. The total voltage induced in the loop is thus (-E1, -E3,
+ E2 and + E4). Since E1 and E4 are approximately equal to E2 and E3, the induced
tension
in the closed loop equal to zero or only of a very small size.
If the total induced voltage is not zero, the circulating will be
Current in the closed loop equal to the voltage induced by the network, divided
be due to the effective resistance of all the coils in the loop. If so
if there is a small mains induced voltage in the loop, it becomes the
circulating current through the closed loop resistance at a low
Value held. The winding design according to the invention eliminated or reduced
thus the circulating currents and the losses caused by the stray flux and
can be used both with a straight line and with an appropriate design
run odd number of disc coil groups and is both circular
as well as differently shaped disc coils can be used. As a result of the reduction in
Vortex current losses and a reduction in circulating currents are caused by this
Increase the performance of the devices. The cost of conductor material for the
Windings less than conventional windings. The coil production
does not cause any difficulties, and so does their interconnection, since all of them
Switching connections are on the winding jacket surfaces and therefore not increased
Require effort.