-
Stoßspannungsfeste Scheibezrwicklung in Doppelspulenschaltung für
Transformatoren großer Stromstärke Die Erfindung bezieht sich auf eine stoßspannungsfeste
Scheibenwicklung in Doppelspulenschaltung für Transformatoren großer Stromstärke
mit mehreren parallele Wicklungszweige bildenden Leitern, die von Spule zu Spule
nach Art einer Wellenwicklung geführt sind, wobei mindestens eine-Scheibenspule
der Doppelspule Leiter aller Wicklungszweige aufweist.
-
Im Gegensatz zu den bekannten Schleifenwicklungen sind Spulen mit
über ihre ganze radiale Ausdehnung gewickelten parallelen Leitern, die nach Art
einer Wellenwicklung geführt sind, für größere Stromstärken geeigneter. Eine Transformatorwicklung
mit Scheibenspulen, in denen zwei parallele Wicklungszweige vorgesehen sind, ist
bekannt. Dabei bestehen die Scheibenspulen aus gesonderten Teilspulen, deren Leiter
sich über die ganze radiale Ausdehnung der Spulen überlappen, so daß eine größere
Durchkopplungskapazität, welche für die gleichmäßige Potentialverteilung zwischen
den Wicklungsenden beim Auftreten von Stoßspannungen mit steiler Front von Bedeutung
ist, nicht möglich ist. Hierfür müssen deshalb besondere Einleiterspulen vor- und
nachgeschaltet werden, um die für eine größere Durchkopplungskapazität erwünschten
Windungsversetzungen der parallelen Zweige zu erhalten.
-
Der Erfindungsgegenstand bezieht sich auf eine Scheibenwicklung der
eingangs genannten Art; die Erfindung wird darin gesehen, daß in an sich bekannter
Weise jede mehrere Leiter enthaltende Scheibenspule nur über einen Teil ihrer radialen
Ausdehnung doppelgängig gewickelt ist.
-
Zwischen den Scheibenspulen gibt es in jedem Leiter nur eine Verbindung.
Die Leiter können deshalb fortlaufend weitergewickelt werden, wobei die für die
Durchkopplungskapazität notwendige Windungsversetzung ohne zusätzliche Vorschaltung
von Einleiterspulen gewährleistet ist. Die Leiter können auch aus Teilleitern bestehen,
so da.ß die Wicklung für sehr große Stromstärken hergestellt werden kann. Bei linearer
Verteilung der Stoßspannung über die Wicklung entspricht die höchst auftretende
Spannungsdifferenz zwischen zwei Doppelspulen der Spannung über eine Doppelspule,
was bedeutet, daß die dielektrische- Belastung der Isolation zwischen den Spulen
günstig ist. .
-
Die Scheibenspulen der Wicklung können derart ausgeführt werden, daß
darin die Wicklungszweige mit gleichen oder ungleichen Windungszahlen vorhanden
sind. Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß zwei aufeinanderfolgende Scheibenspulen
die Doppelspule bilden. Nicht alle Scheibenspulen einer Gesamtwicklung brauchen
in der erfindungsgemäßen Weise ausgeführt zu werden. Es können die Scheibenspulen,
in denen alle Wicklungszweige vorhanden sind, auch zwischen aus einem einzigen Leiter
gewickelte Scheibenspulen, die abwechselnd in den verschiedenen Wicklungszweigen
untergebracht sind, vorgesehen sein. Die aus einem einzigen Leiter gewickelten Scheibenspulen,
mit Ausnahme derjenigen an den Wicklungsenden, können dann dieselbe oder nahezu
dieselbe Windungszahl aufweisen wie die Scheibenspulen, die aus einer Anzahl verschiedener
Leiter gewickelt sind, während die aus einem einzigen Leiter gewickelten Scheibenspulen
an den Wicklungsenden dann die Hälfte dieser Windungszahl besitzen können. Die Wicklung
kann ferner aus zwei axial symmetrischen Teilen bestehen, die mittels einer Doppelspule,
bestehend aus zwei Scheibenspulen mit ungleichen Windungszählen in den einzelnen
Wicklungszweigen, miteinander verbunden sind.
-
Zur näheren Erläuterung dient die Zeichnung; es zeigt darin F i g.
1 das elektrische Schaltbild und F i g. 2 einen Querschnitt eines Teiles von einigen,
paarweise Doppelspulen bildenden Scheibenspulen einer Transformatorwicklung gemäß
der Erfindung mit zwei parallelen Wicklungszweigen, die gleiche Windungszahlen in
den Scheibenspulen besitzen, F i g. 3 das elektrische Schaltbild und F i g. 4 einen
Querschnitt eines Teiles einer Transformatorwicklung der in F i g. 1- und 2 angegebenen
Art, aber mit drei parallelen Wicklungszweigen,
F i g. 5 das elektrische
Schaltbild und F i g. 6 einen Querschnitt eines Teiles -einiger Scheibenspulen,
die paarweise Doppelspulen bilden, einer Transformatorwicklung mit zwei parallelen
Wicklungszweigen, die mit ungleichen Windungszahlen in den Scheibenspulen vorhanden
sind, F i g. 7 das elektrische Schaltbild und F i g. 8 einen Querschnitt eines Teiles
der Spulen einer Transformatorwicklung, bei der die Spulen, welche sämtliche Wicklungszweige
enthalten,. abwechseln mit Spulen, welche nur einem Zweig vorbehalten sind, F i
g. 9 das elektrische Schaltbild und F i g. 10 einen Querschnitt eines Teiles der
Spulen einer Transformatorwicklung, die axial symmetrisch zu der Wicklung der F
i g. 7 und 8 ausgeführt ist und die mit einer besonders ausgeführten Doppelspule
für die Kopplung mit dem Wicklungsteil gemäß F i g. 7 und 8 versehen ist.
-
Die Wicklung gemäß F i g. 1 und 2 besteht aus einer Anzahl Doppelspulen,
die je aus zwei Scheibenspulen A und B bzw. A1 und B1 zusammengesetzt
sind. Diese Scheibenspulen sind gleich und enthalten je zwei nach Art einer Wellenwicklung
geführte Leiter a und b, die in dem Mittelteil einer Spule doppelgängig gewickelt
sind, so daß ihre Windungen miteinander verschachtelt sind, so daß dadurch eine
große _ Durchkopplungskapazität erzielt wird. Die Leiter a und b werden mit gleichen
Windungszahlen gewickelt und bilden je einen Zweig der Wicklung. Die Zweige sind
parallel geschaltet, und zwar beginnen die Reihen aufeinanderfolgender Windungen
der Scheibenspulen A und B der ersten Doppelspule am Innenumfang derselben
mit dem Leiter a und diejenigen der Scheibenspulen Al, B1 der zweiten Doppelspule
mit dem Leiter b. Die freien Enden der Windungen a1 und b1 der Scheibenspule A sind
miteinander verbunden, während die freien Enden der Windungen a7 bzw. b7 der Scheibenspule
A mit den freien Enden der Windungen a8 bzw. b8 der Scheibenspule B der ersten Doppelspule
direkt verbunden sind. Das freie Ende der Windung b14 bzw. a14 der Scheibenspule
B ist mit dem freien Ende der Windung b1 bzw. a1 der Scheibenspule Al der zweiten
Doppelspule verbunden, deren Scheibenspulenwicklungen, wie gesagt, am Innenumfang
mit dem Leiter b beginnen und am Außenumfang mit dem Leiter a enden, wobei die freien
Enden der Windungen a7 und b7 der ScheibenspuleAl mit den Enden der Windungen b8
und a. der Scheibenspule Bi direkt miteinander verbunden sind,. während die freien
Enden der Windungen.bl4 und a14 der Scheibenspule B, wieder mit den freien Enden
von Windungen der ersten Scheibenspule einer dritten Doppelspule zu verbinden sind.
-
Die Kreuzverbindungen zwischen benachbarten Doppelspulen bzw. zwischen
den Scheibenspulen jeder Doppelspule sind wichtig zum Ausgleichen der Unsymmetrie
der Lage der Windungen der verschiedenen Zweige im magnetischen Feld. Mittels dieser
Kreuzverbindungen wechseln die Zweige der Wicklung regelmäßig ihre Lage in den verschiedenen
Doppelspulen bzw. Scheibenspulen. Obschon in den Ausführungsbeispielen nach F i
g. 1 bis 6 zwischen allen Doppelspulen bzw. zwischen den Scheibenspulen der gesonderten
Doppelspulen Kreuzverbindungen angebracht°sind, ist -es auch möglich, nur zwischen
bzw. in einem Teil der Doppelspulen entsprechende Kreuzverbindungen zwischen .den
jeweiligen Scheibenspulen anzubringen.
-
Es sei bemerkt, daß nicht jede Scheibenspule eine Teilspule einer
Doppelspule zu sein braucht.
-
Die Wicklung gemäß Fi g. 3 und 4 unterscheidet sich nur darin von
der in F i g. 1 und 2 angegebenen Wicklung, daß sie aus drei parallelgeschalteten
Zweigen besteht, deren Leiter a, b_, c in jeder Scheibenspule paarweise doppelgängig
über einen Teil der Spule zusammengewickelt sind. Zwischen den Scheibenspulen
A, B, die Doppelspulen bilden, sind die Leiter a, b_, c zwischen den
Windungen a7 und a8 bzw. b7, und b8 bzw. c7 und c8 wieder direkt verbunden, während
sich zwischen der Scheibenspule B der ersten Doppelspule und der Scheibenspule A1
der zweiten Doppelspule Al, Bi die bereits beschriebenen Kreuzverbindungen befinden.
Auch in diesem Fall ist es nicht unbedingt erforderlich, daß zwischen jedem Doppelspulenpaar
der Wicklung Kreuzverbindungen angebracht werden. Man muß nur dafür sorgen, daß
die Leiter a und c regelmäßig in den entsprechenden Scheibenspulen A bzw. A1 der
Doppelspule ihre Lage wechseln. Es dürfte aber klar sein, daß auch die drei Leiter
a, b, _c zyklisch verkreuzt angeordnet sein können.
-
Die Wicklung gemäß F i g. 5 und 6 besteht wieder aus zwei parallelen
Zweigen. In jeder Scheibenspule, z. B. A, B1, befinden sich in einem der Zweige
Leiter mit einer kleineren Windungszahl a2, a1 bzw. a,., alo und in dem anderen
Zweig Leiter mit einer größeren Windungszahl b1 . . . b8 bzw. b3 . . . b1..
Damit jeder Zweig die gleiche Anzahl Windungen aufweist, ist in jeder Doppelspule,
z. B. A, B der Leiter b mit der größeren Windungszahl in der einen Scheibenspule
A mit dem in der anderen Scheibenspule B vorhandenen Leiter b, dessen
Windungszahl kleiner ist, verbunden. Kreuzverbindungen der Windungen a2, a3 bzw.
b., b. sorgen für den Ausgleich der unsymmetrischen Lagen der Windungen in jedem
Zweig. Aus der F i g. 6 geht hervor, daß der Leiter a der Scheibenspulen
A und B1 bzw. der Leiter b der Scheibenspulen B und Al mit der kleineren
Windungszahl ganz zwischen den Windungen der Leiter b bzw. a mit der
größeren Windungszahl gewikkelt sind. Über einen Teil jeder Scheibenspule sind die
Leiter also zusammen gewickelt. Auch in diesem Fall sind Varianten möglich. Die
Anzahl der parallelen Zweige kann auch hier vergrößert werden. Wesentlich ist nur,
daß die Leiter jeder Scheibenspule, die in der beschriebenen Weise ausgeführt ist,
nur über einen Teil dieser Spule paarweise doppelgängig miteinander gewickelt sind.
-
Die Wicklung gemäß F i g. 7 und 8 besteht aus zwei parallelen Zweigen
a und b und aus Scheibenspulen C, Dl., E, D" F, die abwechselnd
entweder nur einen einzigen Leiter oder zwei über einen Teil der Spule miteinander
gewickelte Leiter enthalten. Die erste Scheibenspule C und die letzte Scheibenspule
F haben die halbe Windungszahl. Die aus zwei Leitern gewickelten Spulen sind mit
Dl und D, und die aus einem einzigen Leiter bestehende Spule mit E bezeichnet. Die
Wicklung wird im allgemeinen aus einem oder mehreren Sätzen von Scheibenspulen bestehen,
von welchen jedoch nur ein Satz in den. Figuren gezeichnet ist. Werden zwei solcher.
Sätze in Reihe geschaltet, dann bilden die halbe Spule C des einen Satzes und die
halbe Spule F des.. folgenden Satzes eine vollständige Spule. Die Verbindung
der
Windungen zwischen den Scheibenspulen ist ohne weiteres aus den Figuren ersichtlich.
-
Die Wicklung gemäß F i g. 9 und 10 entspricht, was den unteren Teil
F' . . . C betrifft, spiegelbildlich der in F i g. 7 und 8 angegebenen Wicklung.
Damit eine symmetrische Wicklung erzielt wird, kann dieser Wicklungsteil, der auch
aus mehreren Sätzen von Spulen C', D', E', D2 , F' bestehen kann,
mittels in der in F i g. 5 und 6 angegebenen Weise ausgeführten Spulen
G, H kombiniert sein. Die Spulen G und H werden dann in der Mitte der Gesamtwicklung
liegen. Es ist klar, daß bei einer solchen Kombination die Spule F gemäß F i g.
8 und die Spule G gemäß F i g. 10 eine vollständige Spule bilden werden. Das gleiche
gilt für die Spulen F und H in F i g. 10. Auch andere Kombinationen sind möglich.
-
So kann z. B. die Wicklung abwechselnd aus den Spulensätzen C,
Dl, E, D2, F nach F i g. 8 und den Spulensätzen C, D2
, E', Dl', F' nach F i g. 10 mit dazwischen angeordneten Kopplungsspulen
G, H zu-
sammengesetzt sein.
-
Jeder Leiter einer erfindungsgemäßen Scheibenspule kann selbst aus
einer Anzahl von parallelgeschalteten Teilleitern, also z. B. aus einem Kabel paralleler
Adern, bestehen. Die miteinander gewikkelten Teile der Zweige einer Wicklung nach
F i g. 5 und 6 können sich an irgendeiner beliebigen Stelle, z. B. an und in der
Nähe der Außenseite anstatt an und in der Nähe der Innenseite (Kernseite) der betreffenden
Scheibenspulen, befinden. Die Windungszahlen der miteinander gewickelten Leiter
können bei einzelnen Scheibenspulen einer und derselben Wicklung verschieden sein.
Durch Vergrößerung dieser Windungszahl wird die Durchkopplungskapazität vergrößert.
Eine Vergrößerung der Kapazität an den Enden der Wicklung kann zu einer Verbesserung
der Potentialverteilung bei Stoßspannungen führen. Nicht alle Spulen der Wicklung
brauchen in der erfindungsgemäßen Weise ausgeführt zu sein. Bei einphasigen Transformatoren
ist es auch möglich, die in den F i g. 1 und 3 durch die gestrichelten Linien 1-I
bzw. I und II bezeichneten Teile der Spulen zu trennen und auf verschiedenen Schenkeln
des magnetischen Kernes unterzubringen.