-
Transformatorwicklung für Hochstromanlagen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Transformatorwicklung für Hochstromanlagen, bestehend aus wenigstens zwei
axial übereinander angeordneten, in Reihe geschalteten Wicklungsteilen mit entgegengesetzt
spiralförmig verlaufenden Windungen, wobei jeder Wicklungsteil durch wenigstens
zwei voneinander isolierte Stromzweig gebildet ist.
-
Derartige Wicklungen finden insbesondere als Niederspannungswicklung
von Transformatoren für Gleichrichter oder Öfen Verwendung, die gemäß der neuzeitlichen
Entwicklung für immer größere Ströme auszulegen sind.
-
Bekannte Niederspannungswicklungen bestehen daher aus mehreren radial
übereinanderliegenden parallelgeschalteten Drähten, die zu einer normalen Spule
mit der erforderlichen Windungszahl aufgewickelt sind. Zur Vermeidung von Ausgleichsströmen
innerhalb der parallelgeschalteten Stränge werden diese vor oder während des Wickelns
der Spule nach einem bestimmten System verdrillt, wofür zahlreiche Vorschläge zur
Erzielung einer bestmöglichen Lagegleichwertigkeit für die einzelnen Stränge innerhalb
der Wicklung vorliegen.
-
Diese bekannten Wicklungen aus mehreren praktisch gleichwertigen drahtförmigen
Leitern erfordern einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand; auch ergeben
sich bei der Ausführung teilweise beachtliche Isolations- und Festigkeitsprobleme.
-
Die vollständige Auskreuzung der Lagen durch Verdrillen der einzelnen
Wicklungsstränge nach einem bestimmten Plan entfällt bei einer bekannten Herstellung
von Doppelspulen, bei denen jede Teilspule (bzw. jeder Wicklungsteil) aus zwei Leitern
besteht, die in radialer Richtung übereinanderliegend zu einer doppelgängigen Spirale
aufgewickelt werden. Beide Teilspulen werden gegensinnig gewickelt und die inneren
Enden der Leiter derart miteinander verbunden, daß zwei gleichwertige Wicklungsstränge
entstehen.
-
Die beiden Leiter werden an den Enden der Doppelspule miteinander
elektrisch leitend verbunden, sie können aber auch als zwei Wicklungs- bzw. Stromzweige
aufgefaßt werden, wie sie beispielsweise für die Sekundärwicklungen von Gleichrichtertransformatoren
mit Doppelsternschaltung erforderlich sind.
-
Ziel der Erfindung ist es, die Belastbarkeit derartiger Doppelspulen
durch an sich bekannte Unterteilung der Stromzweige in Einzel- bzw. Teilzweige zu
erhöhen, wobei jedoch durch entsprechende Zuordnung der spiralförmig gewickelten
Stromzweige beider Wicklungsteile die Gleichwertigkeit der nun unterteilten Stromzweige
erhalten bleiben soll. Dieses Ziel wird mit der erfindungsgemäßen Transformatorwicklung
der genannten Art dadurch erreicht, daß die Wicklungsteile in an sich bekannter
Weise aus dünnen Metallbändern bestehen, daß jeder Stromzweig in zwei voneinander
isolierte Teilzweige unterteilt ist, die in wenigstens einem Stromzweig jedes Wicklungsteils
durch wenigstens einen Teilzweig des anderen Stromzweiges voneinander getrennt sind,
und daß die innenliegenden Enden der Metallbänder der Wicklungsteile durch dünne
Metallfolien miteinander verbunden sind.
-
Zusätzlich zu der angestrebten erhöhten Belastbarkeit wird durch die
Anwendung dünner Metallbänder zur Herstellung der Wicklungsteile eine günstige mechanische
Stabilität der Anordnung erreicht; die üblicherweise am übergang der Wicklungsteile
auftretenden Knickstellen werden durch die Verbindung der Teilzweige mittels Metallfolien
vermieden.
-
Die genannten und weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der
folgenden Beschreibung zweier in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele
hervor; es zeigt F i g.1 eine perspektivische Ansicht zweier übereinander angeordneter
Wicklungsteile der Sekundärspule eines Transformators, F i g. 2 einen Schnitt längs
der Linie II-H der F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie HI-III der F
i g. 1,
F i g. 4 und 5 schematische Darstellungen von zwei unterschiedlichen
Verbindungen der beiden übereinander angeordneten Wicklungsteile, F i g. 6 eine
Seitenansicht, aus der die Anordnung der Wicklungseingänge und -ausgänge ersichtlich
ist, F i g. 7 eine Seitenansicht, die ein Zwischenstadium bei der Herstellung der
Verbindungen zwischen den zwei Wicklungsteilen zeigt.
-
Die in F i g. 1 gezeigte Wicklung, die beispielsweise einer Phase
eines Drehstromtransformators entspricht, wird durch zwei axial übereinander angeordnete
Wicklungsteile 3, 4 gebildet, die jeweils zwei Stromzweige aufweisen. Die beiden
Stromzweige sind in vier Teilzweige 1, 2', 1', 2 unterteilt, die durch vier radial
übereinander angeordnete und spiralförmig aufgewickelte Metallstreifen (beispielsweise
aus Kupfer) gebildet werden. Die beiden Wicklungsteile 3, 4 sind gegensinnig gewickelt,
wie aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht.
-
Die vier Teilzweige 1, 1', 2, 2' sind durch Verdoppelung der
üblicherweise für einen Gleichrichtertransformator erforderlichen zwei Stromzweige
entstanden. Um zwischen den so gewonnenen vier Zweigen der Wicklung eine gleichmäßige
Stromverteilung zu erhalten, wird die Lage der vier Zweige untereinander und zwischen
den beiden Wicklungen vertauscht.
-
F i g. 4 zeigt eine Art der Vertauschung der Teilzweige der Wicklungsteile,
wie sie bei einem in Doppelstern mit Zwischenphase geschalteten Gleichrichtertransformator
Verwendung findet. Die Zweige 1 und 1' gehören zu dem einen Stern
und die Zweige 2 und 2' zu dem anderen Stern der Transformatorschaltung.
Hier sind genau gleiche Widerstände und Streureaktanzen der Stromzweige gegenüber
der Primärwicklung sowie eine möglichst kleine gegenseitige Streureaktanz für den
einwandfreien Betrieb erforderlich.
-
Die Vertauschung der Teilzweige an den Verbindungsstellen der beiden
Wicklungsteile ermöglicht eine Verringerung der Wirbelstromverluste. Bei Vertauschung
der Teilzweige gemäß F i g. 4 erreicht man gleiche Reaktanzen gegenüber der Hochspannungswicklung
des Transformators für die Zweige 1 und 2
einerseits und für die Zweige
1' und 2' andererseits. Die Reaktanzen für die Zweige 1 und
1' einerseits und 2 und 2' andererseits werden nahezu gleich.
-
F i g. 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine andere Art der
Vertauschung der Teilzweige der beiden Wicklungen, durch die eine völlig gleichmäßige
Stromaufteilung zwischen den beiden parallelgeschalteten Zweigen, beispielsweise
zwischen 1 und 1' oder zwischen 2 und 2', erreicht wird. Diese Art der Vertauschung
eignet sich weniger für die Sternschaltung; sie ist jedoch für einen in Brückenschaltung
geschalteten Gleichrichtertransformator der zuvor erwähnten Vertauschung gleichwertig.
-
Eine Aufteilung in mehr als vier Teilzweige ist im Hinblick auf den
Platzbedarf der Verbindungen zwischen den Wicklungen nicht zweckmäßig. Jeder Teilzweig
der beiden Wicklungsteile kann jedoch aus mehreren parallelgeschalteten Leitern
zusammengesetzt sein, die weder gegenseitig isoliert noch untereinander vertauscht
sind. Es ist dagegen möglich, drei oder sogar nur zwei Teilzweige zu verwenden.
Unabhängig von der Zahl der Teilzweige bleibt die Art der Verbindung zwischen den
beiden Wicklungsteilen die gleiche. Die Isolation -zwischen den Teilzweigen der
Wicklungsteile wird durch feste Isolierschichten gewährleistet, die zusammen mit
den Metallbändern aufgewickelt werden. Stattdessen können auch dünne Ölkanäle bzw.
-schichten als Isolation vorgesehen sein.
-
Die Isolation zwischen den einzelnen Spiralwindungen der Wicklungen
wird durch einen Ölkanal gebildet, der gleichzeitig auch zur wirksamen Kühlung durch
das umlaufende Öl dient.
-
Die übereinander angeordneten metallischen Leiterbänder werden in
Längsrichtung gegeneinander verschoben, so daß sich am Wicklungseingang und -ausgang
keine übermäßige Wicklungsstärke ergibt (vgl. F i g. 1, 2 und 3).
-
Um die durch die Eingangs- und Ausgangsverbindungen der Wicklungen
hervorgerufenen zusätzlichen Verluste und Reaktanzen zu vermindern, werden diese
Verbindungen außerhalb der Wicklungen angeordnet, wobei Eingang und Ausgang jedes
Teilzweiges der beiden Wicklungsteile einander gegenüberliegend in halber Höhe der
Gesamtwicklung vorgesehen sind (vgl. F i g.1). Wie aus F i g. 6 ersichtlich ist,
werden die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse durch biegsame Leiter 5 gebildet, die
einerseits mit den die Wicklungen bildenden Metallbändern 6 und andererseits mit
den vertikalen Anschlußschienen 7 verschweißt bzw. verlötet sind.
-
Die praktische Herstellung einer erfindungsgemäßen Wicklung wird im
folgenden an Hand von F i g. 7 näher erläutert.
-
Jedes der Metallbänder 6, die den oberen Wicklungsteil 3 bilden, ist
mit dem zugehörigen Metallband des unteren Wicklungsteils 4 über eine dünne Metallfolie
9 verbunden, die eine gleichförmige Breite aufweist oder nach Art einer Fahne geschnitten
ist.
-
Ehe der obere Wicklungsteil 3 gewickelt wird, werden die abgeschnittenen
dünnen Metallfolien 9, welche die Verbindung zwischen den Wicklungsteilen herstellen,
eingefügt. Die metallischen Verbindungsfolien 9 werden jeweils mit einem Metallband
eines Teilzweiges des oberen Wicklungsteiles 3 verschweißt bzw. verlötet; anschließend
wird dieser Wicklungsteil gewickelt.
-
Danach wird der Wicklungsdorn zurückgedreht und es werden die dünnen
metallischen Verbindungsfolien 9 mit den Metallbändern 10 des unteren Wicklungsteiles
4 verbunden. Dann wird dieser zweite Wicklungsteil gewickelt. Diese zweite
Etappe in der Herstellung der Wicklung wird durch F i g. 7 veranschaulicht; hierbei
bedeutet 3 den fertigen oberen Wicklungsteil und 9 eine dünne Metallfolie, die mit
einem Metallband 10 des unteren Wicklungsteiles 4
verbunden ist.
-
Es können aber auch mehr als zwei übereinander angeordnete Wicklungsteile
vorgesehen sein.
-
Die aus den beiden Wicklungsteilen bestehende Anordnung bildet eine
Niederspannungs-Sekundärspule, die in eine bestimmte Zahl von Zweigen unterteilt
ist. Manchmal ist es erwünscht, voneinander unabhängige Sekundärwicklungen zur Verfügung
zu haben. Auf diese Weise gelangt man zur Verwendung von zwei, drei oder sogar vier
übereinander angeordneten Einzelwicklungen; jeder Niederspannungs-Einzelspule entspricht
dabei eine Hochspannungswicklung. Alle Hochspannungswicklungen sind dabei parallel
geschaltet, während die Niederspannungswicklungen untereinander unabhängig sind.