DE1238095B - Aus parallelgeschalteten Scheibenspulen aufgebaute Niederspannungswicklung fuer Transformatoren - Google Patents

Description

• Aus parallelgeschalteten Scheibenspulen aufgebaute Niederspannungswicklung für Transformatoren Bei Transformatoren großer Leistung ergibt sich vielfach die Notwendigkeit, die Niederspannungswicklungen aus Scheibenspulen aufzubauen, wobei die einzelnen Scheibenspulen sämtlich miteinander parallel geschaltet sind. Eine bekannte Wicklungsausführung dieser Art ist in F i g. 1 wiedergegeben, bei der die sämtlichen axial übereinanderliegenden Scheibenspulen 1 bis 8 miteinander parallel geschaltet sind. Bisher hat man alle parallelgeschalteten Scheibenspulen mit gleichem Wicklungsquerschnitt und insbesondere gleicher axialer Länge ausgeführt. Bei solchen Wicklungen führen die einzelnen Scheibenspulen verschieden große Ströme, und die Stromverteilung in den parallelgeschalteten Wicklungsteilen ist nicht homogen. Bedingt durch die Randeffekte des magnetischen Streufeldes treten unerwünschte Ausgleichsströme auf, die bekanntlich Zusatzverluste nach sich ziehen und außerdem zu einer Verzerrung des magnetischen Streufeldes führen, mit der Folge, daß die Wirbelstromverluste in bestimmten Wicklungsteilen ansteigen. Hiervon werden in besonderem Maß die den Wicklungsstirnen benachbarten Scheibenspulen betroffen, wo die Ausgleichsströme in Phase mit dem Belastungsstrom der Wicklung liegen. Diese Erscheinung ist um so ausgeprägter, je größer die Anzahl der parallelgeschalteten Spulen ist. Somit können sich insbesondere bei Wicklungen mit hohen Stromstärken von Großtransformatoren, bei denen eine große Zahl von parallelgeschalteten Scheibenspulen benötigt wird, recht erhebliche Schwierigkeiten ergeben.
• Bei einer weiter bekanntgewordenen Wicklung, die aus parallelgeschalteten und axial übereinanderliegenden Scheibenspulen aufgebaut ist, werden, um eine unterschiedliche Stromaufnahme der einzelnen parallelgeschalteten Scheibenspulen zu vermeiden, die in der Wicklungsmitte liegenden Scheibenspulen gegenüber den gegen die Wicklungsstirn zu liegenden Scheibenspulen vergrößert. Dieser Lösungsweg führt in der Praxis nicht zu dem gewünschten Erfolg, da dabei die Randfelder nicht berücksichtigt werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, für solche aus parallelgeschalteten Scheibenspulen aufgebaute Niederspannungswicklungen von Transformatoren großer Leistungen einen Wicklungsaufbau anzugeben, mit dem die vorgenannten nachteiligen Erscheinungen wirksam unterdrückbar sind.
• Gemäß der Erfindung sind bei einer aus parallelaeschalteten, axial übereinander angeordneten Scheibenspulen aufgebauten Niederspannungswicklung die den Wicklungsstirnen benachbarten Scheibenspulen-#Druppen gegenüber den übrigen nach der Wicklungsmiste hin liegenden, parallelgeschalteten Scheibenspulengruppen in axialer Länge vergrößert, indem die Leiterquerschnitte dieser parallelgeschalteten Scheibenspulengruppen derart bemessen sind, daß in allen parallelgeschalteten Spulengruppen die resultierenden Stromdichten annähernd gleich sind, wozu entweder die axiale Leiterabmessung der Spulengruppen im Bereich der Wicklungsstirnen gegenüber der axialen Leiterabmessung der übrigen Spulengruppen erhöht und/oder die Anzahl der im Bereich der Wicklungsstirnen liegenden Spulengruppen gegenüber der Spulenzahl der übrigen Spulengruppen erhöht wird. Dabei kann die aus parallelgeschalteten Scheibenspulen aufgebaute Wicklung in ihrer axialen Richtung gegenüber der die Gegendurchflutung führenden Transformatorwicklung symmetrisch verlängert ausgeführt sein (symmetrischer überstand); die axialen und radialen Leiterabmessungen in den den Wicklungsstirnen benachbarten Scheibenspulen können so gewählt sein, daß die Wirbelstromverluste unter Berücksichtigung des tatsächlichen Streufeldes möglichst klein werden, indem die Scheibenspulen in zwei oder mehrere axial nebeneinanderliegende Teilspulen unterteilt sind und die Leiter dieser Teilspulen am Wicklungsumfang vorzugsweise gleichmäßig verteilt ein- oder mehrmals miteinander ausgekreuzt sind.
• Nach der Erfindung wird es möglich, die Randfelder in der Wicklung zu berücksichtigen und zu erreichen, daß durch entsprechende Dimensionierung der oberen und unteren Spulengruppen die Stromaufnahme tatsächlich überall annähernd gleich wird.
• An Hand der in den F i g. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele werden Einzelheiten der Erfindung näher erläutert. In F i g. 2 ist eine aus parallelgeschalteten Scheibenspulen bestehende Wicklung dargestellt, die aus aus jeweils mehreren Scheibenspulen bestehenden Spulengruppen 1 bis 8 besteht. Im Gegensatz zu der bekannten Wicklungsausführung nach F i g. 1 haben die Spulengruppen 1 bis 8 unterschiedliche axiale Abmessungen, und zwar sind die Spulengruppen 1 und 8 sowie 2 und 7 mehr oder weniger stark gegenüber den Spulengruppen 3 bis 6 in axialer Richtung verlängert. Diese axiale Verlängerung erreicht man in einfacher Weise dadurch, daß man die axiale Leiterabmessung der Gruppen 1, 2 und 7, 8 gegenüber der axialen Leiterabmessung der übrigen Spulengruppen erhöht. Trotz der bekanntlich größeren Stromaufnahme der den Wicklungsstirnen benachbarten Spulengruppen wird aber erreicht, daß die resultierende Stromdichte aller Gruppen noch annähernd gleich groß wird. Auf diese Weise erhält man in der Wicklung ein Minimum der vom Belastungs- und Ausgleichsstrom verursachten ohmschen Verluste. Um die in den den Wicklungsstirnseiten benachbarten Spulengruppen auftretenden Wirbelstromverluste, die durch die Querkomponente des Streufeldes verursacht werden, klein halten zu können, ist es erforderlich, die Leiter der den Wicklungsstirnen benachbarten Spulengruppen in axialer Richtung in zwei oder mehrere Teilleiter zu unterteilen. Zur Vermeidung von Ausgleichsströmen in den Teilleitern einer Spule werden diese Teilleiter ein- oder mehrmals am Wicklungsumfang miteinander ausgekreuzt, wobei die Auskreuzungsstellen gleichmäßig am Wicklungsumfang zu liegen kommen.
• F i g. 3 und 4 zeigen eine Scheibenspule mit einer einmaligen axialen Unterteilung und mit Auskreuzungen innerhalb der Spule. Wie das Querschnittsbild der F i g. 3 zeigt, hat die Wicklung sieben Windungen und, wie das Abwicklungsbild der F i g. 4 zeigt, fünf Auskreuzungen. Dabei sind die fünf Auskreuzungen so angeordnet, daß die sieben Windungen der Spule in sechs untereinander gleich lange Wicklungsabschnitte (s. F i g. 4) zerlegt werden. Bei einer einmalien Unterteilung einer Scheibenspule, die praktisch, einer Halbierung der ursprünglichen Leiterhöhe entspricht und durch die die Scheibenspule in zwei querschnittsgleiche Parallelzweige 100 und 200 zerlegt wird, ist theoretisch zwar nur eine Auskreuzung erforderlich. Da diese eine Auskreuzung aber an einer ganz bestimmten, jedoch schwer zu ermittelnden Stelle liegen muß, sofern sie voll wirksam sein soll, empfiehlt es sich, selbst im Hinblick auf die aufwendigere Ausführung mehrere Auskreuzungen vorzusehen. Bei einer mehrfachen axialen Unterteilung der Scheibenspulen kann in sinngemäßer Weise verfahren werden; auch kann man bei mehrgängig gewickelten Scheibenspulen für jeden Wicklungsgang die vorgenannten Maßnahmen anwenden.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Aus parallelgeschalteten, axial übereinander angeordneten Scheibenspulengruppen, deren jede aus mehreren in Reihe geschalteten Scheibenspulen besteht, aufgebaute Niederspannungswicklung für Transformatoren hoher Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wicklungsstirnen benachbarten Scheibenspulengruppen (1, 8 und 2, 7 in F i g. 2) gegenüber den übrigen nach der Wicklungsmitte hin liegenden, parallelgeschalteten Scheibenspulengruppen (3 bis 6) in ihrer axialen Länge vergrößert sind, indem die Leiterquerschnitte dieser parallelgeschalteten Scheibenspulengruppen (1, 8 bzw. 2, 7) derart bemessen sind, daß in allen parallelgeschalteten Spulengruppen (1 bis 8) die resultierenden Stromdichten annähernd gleich sind, wozu entweder die axiale Leiterabmessung der Spulengruppen im Bereich der Wicklungsstirnen (1, 2 und 7, 8) gegenüber der axialen Leiterabmessung der übrigen Spulengruppen (3 bis 6) erhöht und/oder die Anzahl der Spulen der im Bereich der Wicklungsstirnen liegenden Spulengruppen (1, 2 und 7, 8) gegenüber der Spulenzahl der übrigen Spulengruppen (3 bis 6) erhöht wird.
2. 2. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus parallelgeschalteten Scheibenspulen (1 bis 8) aufgebaute Wicklung in axialer Richtung gegenüber der die Gegendurchflutung führenden Transformatorwicklung symmetrisch verlängert ist (symmetrischer Überstand).
3. 3. Wicklung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen und radialen Abmessungen der Leiter in den den Wicklungsstirnen benachbarten Scheibenspulen so gewählt sind, daß die Wirbelstromverluste unter Berücksichtigung des tatsächlichen Streufeldes möglichst klein werden, indem die Scheibenspulen in zwei oder mehrere axial nebeneinanderliegende Teilspulen unterteilt sind, und daß die Leiter dieser Teilspulen ein- oder mehrmals am Wicklungsumfang, vorzugsweise gleichmäßig verteilt miteinander ausgekreuzt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 950 871, 974 626, 935 985, 1141376, 1097 557, 1073 615; Lehrbuch von R. K ü c h l e r : Die Transformatoren, Ausgabe 1956, S. 273 bis 275.