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Unterspannungswicklung eines Gleichrichtertransformators für Doppelbrückenschaltung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Unterspannungswicklung für Gleichrichtertransformatoren
in Doppelbrückenschaltung, die aus zwei Teilwicklungen besteht, wovon eine in Dreieck
und die andere in Stern geschaltet ist. Bekanntlich müssen bei derartigen Wicklungen
die Windungszahlen der beiden Teilwicklungen im Verhältnis
zueinander stehen. Da im allgemeinen die Nennspannung dieser Teilwicklungen nur
einige 100 V beträgt, kann die Forderung nach Einhaltung des Windungszahlverhältnisses
besonders bei Transformatoren verhältnismäßig hoher Leistung, wie es z. B. bei Transformatoren
für chemische Betriebe der Fall ist, nur von einigen wenigen Zahlenpaaren, z. B.
3 und 5 bzw. 4 und 7 bzw. 7 und 12 bzw. 8 und 14 erfüllt werden. Für die praktische
Ausführung der Wicklungen ergeben sich folgende Möglichkeiten: Eine dieser Möglichkeiten
ist, ein- oder zweilagige Einleiterringspulen für beide Systeme in Dreieck-oder
in Sternschaltung zu verwenden, die konzentrisch angeordnet sind. Dabei besteht
jede Einleiterringspule aus einigen wenigen Windungen, und jede Windung besteht
aus einem Kupferblech verhältnismäßig großer Abmessungen besonders in axialer Richtung.
Um hierbei eine gleichmäßige Leistungsverteilung auf die beiden Teilwicklungen im
Gleichrichterbetrieb zu ermöglichen, muß jede Teilwicklung gegenüber der Oberspannungswicklung
die gleiche prozentuale Kurzschlußspannung aufweisen. Dies bedingt aber, daß im
allgemeinen zwischen den einzelnen Einleiterringspulen oder mindestens zwischen
zwei von ihnen bedeutend größere axiale Ölkanäle vorgesehen werden müssen, als es
mit Rücksicht auf die zwischen direkt gegenüberliegenden Lagen herrschende Spannungsdifferenz
oder At Rücksicht auf die Kühlung erforderlich wäre. Die Folge ist, daß sich höhere
Gewichte für Eisen und Kupfer ergeben und damit auch höhere Verluste. Außerdem weist
diese Anordnung im allgemeinen verhältnismäßig hohe zusätzliche Verluste durch Wirbelströmung
auf. Aus diesem Grund bevorzugt man vielfach eine andere Ausführung, bei der die
beiden Teilwicklungen als Scheibenspulen ausgebildet sind, die in Form von Einzel-
oder Doppelspulen in der nach der jeweiligen Stromstärke erforderlichen Zahl parallel
geschaltet sind. In diesem Fall besteht jede Teilwicklung also aus einer Reihe von
parallelgeschalteten Einzel- oder Doppelspulen oder auch Doppelspulengruppen. Wenn
die Einzel- oder Doppelspulen in axialer Richtung abwechselnd der einen oder anderen
Teilwicklung angehören, dann entstehen verhältnismäßig starke Radialkomponenten
des magnetischen Streufeldes, die nicht nur zusätzliche Wirbelstromverluste in den
Leitern, sondern in noch höherem Maß starke mechanische Beanspruchungen der Wicklungen
in axialer Richtung insbesondere im Kurzschlußfall hervorrufen. Um diesen Nachteil
auszuschalten, könnte man daran denken, die beiden Teilwicklungen als ineinandergewickelte
Wicklung auszuführen. Dies ist aber nur dann möglich, wenn die Windungen der beiden
Teilwicklungen in jeder Einzel- oder Doppelspule eng miteinander verschachtelt werden.
Eine solche Verschachtelung wäre aber nur dann in einfacher Weise möglich, wenn
die Gleichrichteranlage in Saugdrosselschaltung betrieben wird und folglich beide
Teilwicklungen des Gleichrichtertransformators in Stern geschaltet werden, da dann
diese Teilwicklungen gleiche Windungszahlen besitzen würden. Bei Transformatoren
in Doppelbrückenschaltung, bei welchen eine Teilwicklung in Dreieck und die andere
in Stern geschaltet ist, also mit Windungszahlen im Verhältnis
ausgeführt sind, ist dies in der üblichen Weise der Verschachtelung nicht mehr ausführbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen und eine Unterspannungswicklung
für Gleichrichtertransformatoren in Doppelbrückenschaltung anzugeben, die so ausgeführt
ist, insbesondere durch eine entsprechende Verschachtelung der beiden in Stern und
in Dreieck geschalteten Teilwicklungen, daß sie die gestellten Forderungen hinsichtlich
der Windungszahlen in den beiden Teilwicklungen erfüllt.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die erste Teilwicklung
mit mindestens zwei radial übereinanderliegenden, para11elgeschaltetenTeilleitern
und die zweite Teilwicklung mit einem Leiter derart zur Doppelspule eingewickelt
sind, daß sowohl zwischen
den beiden parallelgeschalteten Teilleitern
der ersten Teilwicklung als auch zwischen den einander benachbart liegenden Teilleitern
von zwei aufeinanderfolgenden Windungen der ersten Teilwicklung Leiterspiralen der
zweiten Teilwicklung liegen und daß die die zwischengewickelten Leiterspiralen der
zweiten Teilwicklung innerhalb jeder Scheibe der Doppelspule in Einzelspulenschaltung
und mit den entsprechenden Leiterspiralen der zweiten Scheibe der Doppelspule in
Doppelspulenschaltung bzw. innerhalb einer Doppelspule ausschließlich in Doppelspulenschaltung
miteinander verbunden sind.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert, und zwar
in F i g. 1 an Hand eines Wicklungsbeispiels, bei dem die in Stern geschaltete Teilwicklung
eine ungerade Windungszahl, nämlich sieben Windungen aufweist, während die in Dreieck
geschaltete und mit der in Stern geschalteten Teilwicklung verschachtelte Wicklung
entsprechend der gestellten Windungszahlforderung also zwölf Windungen hat. In der
F i g. 2 dagegen
ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die in Dreieck geschaltete Wicklung
sieben Windungen hat, die mit der vier Windungen umfassenden sterngeschalteten Teilwicklung
verschachtelt ist. Da bekanntermaßen der Strom in der sterngeschalteten Teilwicklung
Ygmal höher ist als der in der dreieckgeschalteten Teilwicklung, ist im Ausführungsbeispiel
der F i g. 1 jede Windung der in Stern geschalteten Teilwicklung, deren Achse mit
A bezeichnet ist, aus zwei miteinander parallelgeschalteten und gemeinsam zur Spule
aufgewickelten Teilleitern a und b gebildet, die mit der Wicklungsanschlußleitung
10 verbunden sind. Zwischen diesen beiden Teilleitern a und bist der
der in Dreieck geschalteten Teilwicklung angehörende Leiter c und weiter zwischen
den beiden Teilleitern b und c von radial aufeinanderfolgenden Windungen jeder Scheibenspule
ein weiterer Leiter d eingewickelt. Dadurch sind in jede der beiden Scheibenspulen
I und II der Doppelspule je zwei Wicklungsspiralen der in Dreieck geschalteten Teilwicklung
mit eingewickelt. Die beiden aus den parallelgeschalteten Teil-Leitern
a und b geschaffenen Wicklungsspiralen sind nach Durchlaufen der Scheibenspule
I an der inneren Übergangsstelle nach der damit in Doppelspulenschaltung in Reihe
liegenden Scheibenspule II, um eine Vertauschung der örtlichen Lage gegenüber den
Teilleitern a und b der Scheibenspule I zu erreichen, mit Hilfe der
Verbindungsleiter 12 und 13, wie dies an sich bekannt ist, ausgekreuzt. Die Teilleiter
a und b sind am Ende der Scheibenspule II, die sie als Auswärtsspirale bis zu den
Spiralleitern a7 und b7 durchlaufen, wieder miteinander und dem Anschlußleiter 11
verbunden. Die Zusammenschaltung der aus den Leitern c und d durch gemeinsames Aufwickeln
mit den Leitern a und b erhaltenen Wicklungsspiralen ist in der aus
den Scheibenspulen I und II bestehenden Doppelspule so vorgenommen, daß der mit
dem Anschlußleiter 20 verbundene Leiter c nach Durch-"), als laufen der Scheibenspule
I (Windungen cl bis c.
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Einwärtsspirale von außen nach innen, auf der Innenseite vom Windungsleiter
c3 mit Hilfe des Verbindungsleiters 14 in die Scheibenspule 1I übergeführt ist,
wobei er die Scheibenspule II sodann als Auswärtsspirale (Windungen c4 bis c6) durchläuft,
deren Windung c6 mittels des Verbindungsleiters 15 an die äußerste Windung
d der aus dem Leiter d ge-
bildeten Windungsspirale (Windungen d1 bis
d3) angeschlossen ist, deren innenseitige Windung d3 mittels des Verbindungsleiters
16 an den Leiter d4 der Scheibenspule II angeschlossen ist, der dann als Auswärtsspirale
bis zur Windung d6 die Scheibenspule 1I durchläuft. 17 ist der Anschlußleiter, der
mit der Windung d. verbunden ist. Durch die vorgenommene Auskreuzung der beiden
parallelgeschalteten Teilleiter a und b an der innenliegenden Übergangsstelle von
einer Scheibenspule der Doppelspule zur anderen wird erreicht, daß die Teilleiter
a und b der in Stern geschalteten Wicklung in beiden Scheiben der
Doppelspule eine vertauschte Lage einnehmen, d. h., es steht je ein Leiterstück
a einem Leiterstück b in axialer Richtung gegenüber. Dadurch werden
die anteiligen Windungszahlen, die aus den Leitern a und b gebildet werden, in den
beiden Scheibenspulen I und 1I vertauscht. In der Scheibenspule I kommt im Schnittbild
der Teilleiter a viermal vor, während er im Schnittbild der Scheibenspule II nur
dreimal auftritt. Beim Leiter b ist dies umgekehrt, da er in der Scheibenspule I
dreimal auftritt und in der Scheibenspule II viermal. Die gesamte Windungszahl sieben
ist somit vertauscht auf die beiden Scheibenspulen I und 1I aufgeteilt. Von den
zwölf Windungen der in Dreieck geschalteten Teilwicklung liegen sechs in der Scheibenspule
I und sechs in der Scheibenspule II. Die durch die Auskreuzung geschaffene vertauschte
Lage der Teilleiter a und b in den beiden Scheibenspulen der Doppelspule
ist deshalb von großer Wichtigkeit, weil dadurch eine gleichmäßige Stromverteilung
auf dieser Leiter gewährleistet wird. Wenn man die Zusammenschaltung der Wicklung
in der beschriebenen Weise, also in Doppelspulenschaltung auch bei der in Dreieck
geschalteten Wicklung durchfährt, dann gestaltet sich die Anbringung der notwendigen
Schaltverbindungen 12 bis 16 besonders einfach, weil diese sämtlich auf den beiden
Wieklungsmantelflächen bequem anbringbar sind. Selbstverständlich ist es aber auch
möglich, die in Dreieck geschaltete Wicklung innerhalb jeder Scheibenspule einer
Doppelspule in Einzelspulenschaltung zu verbinden und die Verbindung zur anderen
Scheibenspule der Doppelspule in Doppelspulenschaltung durchzuführen. In diesem
Fall muß aber die Einzelspulenschaltung im Beispiel der F i g. 1 vom Leiter c. nach
Leiter d1 führen, und in gleicher Weise müßte die Schaltung auch in der Scheibenspule
II, die mit der ersten in Doppelspulenschaltung verbunden ist, durchgeführt werden.
Die Anbringung dieser für die Einzelspulenschaltung nötigen Schaltverbindungen in
dem zwischen den Spulen der Doppelspulenschaltung vorhandenen Kanal ist aber umständlicher.
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Aus Zweckmäßigkeitsgründen wird man in der Praxis sowohl für die in
Dreieck als auch in Stern geschalteten Teilwicklungen Leiter gleicher Querschnitte
verwenden, die also in axialer und auch radialer Richtung gleiche Maße haben. Dies
ist deshalb möglich, weil es unerheblich ist, daß die Stromdichte in jeder der beiden
parallelgeschalteten Teilleiter geringer ist als in dem einzigen Leiter der in Dreieck
geschalteten Teilwicklung. Grundsätzlich kann man jedoch für die in Stern geschaltete
Teilwicklung Leiter verwenden, die dieselben axialen Leiterabmessungen haben wie
die Leiter der Dreieckswicklung. Die radiale Abmessung dieser Leiter kann dann jedoch
so gewählt werden, daß die Stromdichte gleich oder annähernd gleich der Stromdichte
im Leiter der Dreieckswicklung wird.
Die beschriebene Wicklungsausführung
und Leiterabmessung gilt auch für den Fall, wo man es mit einfachen Doppelspulen
der beschriebenen Art zu tun hat, sondern auch für Wicklungen, bei denen die gesamte
Windungszahl entsprechend dem geforderten Windungszahlverhältnis 1/3: 1 auch auf
zwei oder mehrere in Reihe geschaltete Doppelspulen, statt nur auf eine Doppelspule
verteilt sind. Hierbei muß aber die Teilwindungszahl einer Doppelspule der in Stern
geschalteten Wicklung wiederum ungeradzahlig sein. Weiter kann man die beiden Teilwicklungen
auch noch durch eine Unterteilung der Leiter in der Weise ausführen, daß z. B. die
in Stern geschaltete Teilwicklung aus vier parallelgeschalteten Teilleitern und
die in Dreieck geschaltete Teilwicklung aus zwei parallelgeschalteten Leitern hergestellt
wird. In allen diesen Fällen kommt es lediglich darauf an, daß die gesamte Unterspannungswicklung
aus einer Reihe von Doppelspulen oder Doppelspulengruppen, die aus mehreren in Reihe
geschalteten Doppelspulen bestehen, unter sich parallel geschaltet sind, und zwar
je getrennt die Stern- und die dreieckgeschalteten Wicklungsteile.
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Die beschriebene Doppelspule mit ungerader Windungszahl der in Stern
geschalteten Teilwicklung zeichnet sich dadurch aus, daß sie außen mit dem einen
der beiden parallelgeschalteten Teilleiter, z. B. in der Scheibenspule I, mit a1
beginnt, aber in der zweiten Scheibenspule II der Doppelspule mit dem anderen der
parallelgeschalteten Teilleiter b 7 endet. Diese Leitervertauschung
bringt den bereits erwähnten Vorteil der Vermeidung von Ausgleichsströmen. Wird
aber die Windungszahl der in Stern geschalteten Teilwicklung geradzahlig gewählt
und die der Dreieckswicklung ungeradzahlig, dann verfährt man gemäß F i g. 2. Hier
beginnt die in Dreieck geschaltete Wicklung in der Scheibenspule I mit dem Leiter
cl der Dreieckswicklung und geht beim Leiter c2 mittels des Verbindungsleiters 14
in den Leiter c3 der Scheibenspule 11 über, von dessen Leiter e4 mittels
des Verbindungsleiters 15 eine Verbindung zum Leiter dl der zweiten Windungsspirale
der Dreieckswicklung in der Scheibenspule I hergestellt ist. Das Ende d., dieser
Wicklungsspirale ist mittels des Verbindungsleiters 16 mit dem Leiter d2 der Scheibenspule
1I verbunden, an die auch der Anschlußleiter 17 angeschlossen ist. Die beiden parallelgeschalteten
Leiter a und b sind in gleicher Weise, wie bei F i g. 1 beschrieben, geschaltet.
Dabei sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Damit die beiden Scheibenspulen
I und 1I der Doppelspule die gleiche radiale Höhe bekommen, muß man in einer der
beiden Scheiben, zweckmäßig in der unteren Scheibe 1I entweder einen axialen Kanal
K oder eine durchgehende Einlage aus Isoliermaterial vorsehen. Auf diese Weise kann
man erreichen, daß die beiden parallelgeschalteten Leiter a und
b der in Stern geschalteten Teilwicklung in den beiden Scheibenspulen wiederum
vertauschte Lagen einnehmen. Ein bei Belastung zwischen den beiden Leitern auftretender
Ausgleichsstrom ist auf einen absolut unmerklichen Wert absenkbar, wenn man den
axialen Kanal bzw. die Isolierstoffeinlage in der Scheibenspule 1I unmittelbar vor
der letzten Windung der in Stern geschalteten Teilwicklung vorsieht.