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Eingängige Scheibenspulenwicklung für Transformatoren oder Drosselspulen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf aus eingängigen Scheibenspulen aufgebaute
Wicklungen für Transformatoren oder Drosselspulen. Um bei solchen Wicklungen die
Stößspannungsverteilung zu verbessern, ist es bekannt, eine Steuerung am Wicklungseingang
in der Weise vorzunehmen, daß man zusätzliche Abschirmungen vorsieht. Des weiteren
ist es bekannt, gegebenenfalls in Verbindung mit zusätzlichen Abschirmungen besondere
Maßnahmen an der Wicklung zu treffen. Solche Maßnahmen bestehen in einer Verschachtelung
der Windungen oder der Spulen durch besondere Schaltung. Dabei wird eine gewisse
Verschachtelungsregel von Anfang bis Ende der gesamten Wicklung eingehalten. Bei
einer bekanntgewordenen Doppelspulenschaltung besteht die Verschachtelung darin,
daß räumlich in einer bestimmten Reihenfolge hintereinanderfolgende Spulen galvanisch
in einer anderen Reihenfolge zusammengeschaltet werden, so daß mehrere gleichartige
Spulengruppen entstehen, die zur Gesamtwicklung hintereinander geschaltet werden.
Bekannt sind auch Anordnungen, bei denen nicht die Spulen, sondern die Windungen
durchgehend verschachtetlt sind.
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Solche »durchgehenden Windungsverschachtelungen«, wie sie etwa bei
den sogenannten »interleaved windings« bekanntgeworden sind, erhöhen noch besser
die Serienkapazität der gesamten Wicklung als die erstgenannten Spulenverschachtelungen,
und zwar in allen Wicklungsabschnitten gleichartig, so daß insgesamt die Stoßspannungsbeanspruchung
zwischen den Spulen verringert wird.
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Weiterhin ist es bekannt, sämtliche Scheibenspulen aus je zwei ineinandergewickelten
Windungen her= zustellen und diese miteinander so in Serie zu schalten, daß zwei
Spulengänge entstehen, die den gleichen Wickelsinn haben: Zwei solche mehrgängigen
Spulen gleichsinnig verbunden ergeben eine Einzelspulenschaltung, zwei Spulen gegensinnig
verbunden ergeben eine Doppelspulenschaltung. Solche mehrgängigen Spulen sind in
vielen Variationen zusammengeschaltet bekannt, wobei der Wickelsinn der einzelnen
Spulen oder die Reihenfolge nach verschiedenen Regeln variiert wird, und zwar immer
so, daß eine solche Verschachtelung für bestimmte Spulengruppen periodisch von Anfang
bis Ende angewendet wird.
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Alle diese bekannten Wicklungen wirken insofern nachteilig, als jede
Verschachtelung eine oder mehrere Lötstellen erfordert, so daß die gesamte Wicklung
von Anfang bis Ende Lötstellen aufweist. Diese erfordern einen großen Fertigungsaufwand
und stellen aber auch schwache Stellen in der Wicklung dar, da einmal eine Lötstelle
schlechter isoliert werden kann und zum anderen durch die Verschachtelung eine erhöhte
Spannung zwischen Nachbarwindungen auftritt, .die ein Mehrfaches der Windungsspannung
beträgt.
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Hier soll nun die vorliegende Erfindung Abhilfe schaffen. Sie geht
davon aus; daß die schwachen Isolierstellen auf wenige »Vorspulen« beschränkt bleiben.
Weiterhin soll nicht die .Serienkapazität der Gesamtwicklung durchgehend erhöht,
sondern durch eine besondere Maßnahme dafür gesorgt werden, daß die in die Vorspulen
einziehende Stoßwelle hinter den Vorspulen abgeflacht auf die darauffolgende Hauptwicklung
weitergegeben wird. Die besondere Maßnahme soll erfindungsgemäß nur auf wenige den
Normal=; d. h. unverschachtelt geschalteten Hauptspulen der Wicklung vorgeschaltete
Vorspulen be= schränkt sein, so daß nur in den Vorspulen Lötstellen. und Sonderschaltungen
mit schwachen Isolierstellen erforderlich sind.
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Die Erfindung besteht darin, daß zur Verbesserung der Stoßspannungsverteilung
eingangsseitig im Ver.= gleich zu den normal geschalteten Hauptspulen nur wenige
Vorspulen so vorgeschaltet sind, daß eine dieser Vorspulen galvanisch an einen Schirmring
angeschlossen ist und daß diese Vorspule im Inneren( des Vorspulenabschnittes liegt
und daß alle Vorspulen ebenfalls eingängig und in gleichem Wicklungssinn ausgeführt
sind.
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Die durch die Erfindung erreichte Abflachung der Stoßwelle kommt dadurch
zustande, daß der Stoßstrom an zwei räumlich verschiedenen Stellen in die Vorspulen
eindringt, wobei er einmal als kapazitiver Stoßstrom. über den mit dem Eingang verbundenen
Schirmring auf den stirnseitigen äußeren Vorspulenabschnitt geleitet wird und andererseits
durch- galvanische Verbindung mit dem Schirmring an eine Vorspule geleitet wird,
die im Innern des Vorspulenabschnittes liegt. Beide eindringende Stoßströme haben
eine hohe Steilheit des Spannungsanstieges, weisen aber einen zeitlichen Gangunterschied
auf, der einen Ausgleich der zwei einlaufenden Stoßströme bewirkt,
so
daß die von der letzten Vorspule an die Hauptspulen weitergegebene Spannung eine
wesentlich- verringerte Steilheit des Spannungsanstieges aufweist, wie durch Messungen
bestätigt wird. Diese abgeflachte Stoßwelle dringt in die Hauptspulenwicklung ein,
die in normaler Einzel- oder Doppelspulenschaltung geschaltet ist, und erzeugt wesentlich
geringere Stoßspannungsdifferenzen zwischen benachbarten Spulen als ohne die erfindungsgemäßen
Maßnahmen, so daß die Spulenisolation der Hauptspule erheblich verringert werden
kann bzw. die Stehstoffspannung der Gesamtwicklung beträchtlich erhöht- ist. Besonders
wirksam ist es dabei, die Vorspulen durchweg mit gleichem Wickelsinn auszuführen,
da dann die gegenseitige kapazitive Kopplung zwischen den einzelnen Vorspulen höher
ist als bei gegensinnigem Wickelsinn.
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Die Erfindungsmaßnahmen gestatten auch auf jede Windungsverschachtelung,
welche zusätzliche Lötstellen erfordert, zu verzichten, so daß alle Vorspulen eingängig
aufgebaut werden können. Die schwachen Isolierstellen treten nur an wenigen Stellen
auf und können durch verstärkte Isolierung ausreichend sicher ausgeführt werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Hand mehrerer
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei sind gleiche Teile stets mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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In F i g. 1 ist eine Scheibenspulenwicklung dargestellt, der n = 5
Vorspulen vorgeschaltet sind. Der Anfang der vom Eingang her zweiten Spule II ist
hier an der Innenseite des--Schirmringes 10 angelenkt. Die Vorspulen I bis V sind
dabei nach folgendem Schema miteinander verbunden, wenn mit A1
. . . An die
Anfänge und mit El
... E" die Enden der jeweiligen Spulen bezeichnet sind:
| EZ -> A, |
| El A3, |
| E3 .-@ A5, |
| Es @. A4, |
| E4 normale Scheibenspulenwicklung. |
Bei dem vorstehend aufgezeigten Ausführungsbeispiel der Wicklung .ist gewährleistet,
daß zwischen einander benachbarter Vorspulen entlang deren radialer Erstreckung
stets die gleiche Spannungsdifferenz vorhanden ist. Es ist ersichtlich, daß zwischen
den beiden ersten Spulen I und II die Spannungsdifferenz 1 herrscht (Spannungsdifferenz
in vielfachen der linearen Spulenspannung gerechnet), während zwischen den Spulen
II und III die doppelte Spannungsdifferenz ebenso wie zwischen den Spulen III und
IV vorhanden ist. Zwischen den Spulen IV und V herrscht dann wieder die einfache
Spulenspannung. Man könnte deswegen diese spezielle Vorspulenanordnung eine 1-2-2-1-2-Vorspule
nennen.
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Eine Wicklungsanordnung, bei der n = 5 Vorspulen einer Sturzwicklung,
d. h. einer Scheibenspulenwicklung in Doppelspulenschaltung vorgeordnet sind, ist
der F i g. 2 zu entnehmen. Hierbei ist die zweite Vorspule II mit ihrem Anfang an
die Außenseite des Schirmringes 10 angelenkt, und die Vorspulen sind im einzelnen
wie folgt zusammengeschaltet:
| EZ -> Al, |
| El -> A5, |
| ES -@ A4, |
| E4 .-@ A3, |
| E3 normale Sturzwicklung. |
Es -ergibt sich somit eine > 1-4-1-1=3-Vorspulenanordnung.
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Eine andere Variante der erfindungsgemäßen Spulenausführung.zeigen.
die F i g. 3 und 4. Diese beiden Figuren sind sowohl in bezug auf- die Anzahl der
Vorspulen@ (n = 4)' als auch hinsichtlich der Schaltung dieser Spulen identisch.
Der Unterschied ist lediglich darin zu sehen, däß bei der Wicklung gemäß F i g.
3 auf die Vorspulenanordnung eine Sturzwicklung, bei der F i g. 4 dagegen im Anschluß
an die Vorspulen eine Scheibenspulenwicklung in Einzelspulenschaltung folgt. In
beiden Fällen ist der Anfang AZ der zweiten Spule II an die Außenseite des Schirmringes
10 angeschlossen, und die Vorspulen sind nach folgendem Schema zusammengeschaltet:
| E, Al, |
| El A4, |
| E4 A3, |
| E3 normale Wicklung. |
Man erhält damit eine 1-3-1-2-Vorspulenanordnung. In F i g. 5 ist eine weitere Scheibenspulenwicklung
veranschaulicht, bei der n = 5 Vorspulen vorhanden sind, von denen die zweite an
die Außenseite des Schirmringes 10 angeschlossen ist. Die einzelnen Vorspulen sind
hierbei wie folgt miteinander verbunden:
| EZ Ah |
| El --@ A5, |
| ES -@ A4,. |
| E4 ->,4a, |
| E3 -> Normalwicklung, |
Als Vorspulenanordnung ergibt sich dann die Folge: 1-4-1-1-3.
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n = 6 Vorspulen sind bei der Anordnung gemäß F i g. 6 vorgesehen.
Hierbei ist die vom Eingang her gerechnete zweite Spule II mit der Innenseite des
Schirmringes 10 leitend .verbunden, und die übrigen Spulen sind nach dem folgenden
Schema verschaltet:
| EZ -> Ah |
| El -@ A8, |
| E6 A4, |
| E4 --@ A3, |
| E3 - Äs, |
| ES -> Normalwicklung. |
Damit ergibt sich die- Vorspulenanordnung 1-4-1-2-3-4.
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n = 8 Vorspulen sind gemäß-F i g. 7 einer normalen Scheibenwicklung
in Einzelspulenschaltung vorgeordnet. Die in Richtung des Wicklungseingangs gesehen
zweite Vorspule II ist an die Innenseite des Schirmringes 10 angeschlossen, und
die weiteren Vorspulen sind wie folgt miteinander verbunden:
| EZ -@ Al, |
| E, -@ A 7 , |
| E7 -@ A4, |
| E4 A3, |
| E3 -@ A8, |
| Es -@ A8, |
| E8 -> A5, |
| ES -> Normalwicklung. |
Für die Vorspulenanordnung erhält man laut Definition : 1-4-1-4-2-3-4-2.
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Schließlich zeigt F i g. 8 noch eine Scheibenspulenwicklung in Einzelspulenschaltung,
bei der n = 6
Vorspulen vorgesehen sind. Davon ist die zweite mit
dem Schirmring 10 durch leitenden Anschluß an dessen Innenseite verbunden. Die Verbindung
der übrigen Vorspulen ist auf die folgende Weise vorgenommen:
| E2 -@ Al, |
| El A4, |
| E4 -@ As, |
| E3 -> As, |
| E6 -@ A5, |
| E5 Normalwicklung. |
Es ergibt sich damit die Vorspulenanordnung 1-3-1-3-1-2.
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Bei den Vorspulenanordnungen, bei denen sich zwischen entsprechenden
Spulenpaaren verhältnismäßig sehr hohe Spannungsdifferenzen ergeben, die durch die
Schaltung bedingt sind, erhält man an sich die intensivste Kopplung und damit niedrigste
Spulenbeanspruchung an den nachfolgenden Normalspulen. Erkauft wird dieser Vorteil
hierbei unter Umständen durch einen Mehraufwand an Isolation an der Koppelstelle,
d. h. im Zwischenraum zwischen den betreffenden Vorspulen mit der höchsten Spannungsdifferenz
(bei den Ausführungsbeispielen gemäß den F i g. 2, 5, 6 und 7 ist das die vierfache
Spulenspannung. Die Frage, welche Vorspulenanordnung zu wählen ist, wird daher von
Fall zu Fall, je nach den entsprechenden Voraussetzungen, zu klären sein.
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Die Verbindungsleitungen legt man dabei, um an der Koppelstelle möglichst
kleinen Spulenabstand, d. h. große Koppelkapazität zu erreichen, in diejenigen Spulenzwischenräume,
an denen die kleinsten Spannungsdifferenzen auftreten.