DE1563349B2 - Transformatorschleifenwicklung - Google Patents

Description

lationsschicht eine Dicke -=—ττγ d und die zweite

-=—
Isolationsschicht eine Dicke

aufweist,

wobei »p + 1« die Anzahl der ineinandergewickelten Leiter der Scheibenspulen und »d« die Hälfte der zulässigen Minimalentfernung der durch die zwei Schichten aus Isoliermaterial umgebenen benachbarten Windungen mit dem größten in der Wicklung vorkommenden Spannungsunterschied ist.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Transformatorschleifenwicklung mit Scheibenspulen, die je aus wenigstens zwei ineinandergewickelten und hintereinandergeschalteten Leitern bestehen, welche in jeder Spule Gruppen von unmittelbar radial benachbart liegenden Windungen bilden, von denen jeder Leiter zu einem eigenen Schleifenteil gehört und jeweils durch eine eigene erste Schicht aus festem Isoliermaterial umgeben ist.

Aus der britischen Patentschrift 587 997 ist eine Transformatorschleifenwicklung bekannt, bei der Windungen neben- und untereinanderliegen, zwischen denen die Spannungsdifferenz unter normalen Betriebsbedingungen ein Vielfaches der.Windungsspannung beträgt. Dies bedingt wenigstens an- den Stellen, wo die Spannungsdifferenzen am größten sind, eine verhältnismäßig dicke, die Leiter umgebende Schicht aus Isoliermaterial. Scheibenspulen, welche Teile einer, zweier oder mehrerer Schleifen aufweisen, bestehen aus zwei, drei oder mehreren gesondert isolierten Leitern, die zusammen zujder Spule gewickelt werden. Daher werden, wie dieser britischen Patentschrift 587 997 zu entnehmen ist, diese Leiter je durch eine den an den gefährdetsten Stellen auftretenden Spannungsdifferenzen entsprechend dicke Schicht aus festem Isoliermaterial umgeben. Die dickere Isolation der einzelnen Leiter beeinflußt aber den Kupferfüllfaktor der Wicklung ungünstig, weil dabei die Leiter auch an Stellen, an denen die Spannungsdifferenz klein ist, von einer solchen dickeren Isolierschicht umgeben sind.

Die Anordnung von Schleifen in der Wicklung hat den Vorteil, daß in der Strombahn weit auseinanderliegende Windungen unmittelbar aneinander zu liegen kommen und somit stark kapazitiv miteinander gekoppelt werden. Für die Ableitung von Stoßspannungen wird dadurch ein viel günstigerer kapazitiver Weg durch die ganze Wicklung oder einen Teil derselben gebildet, so daß die Stoßspannungen sich nahezu linear über die Wicklung bzw. den betreffenden Teil derselben verteilen können. Die durch die Anordnung der Schleifen erforderliche dickere Leiterisolation verringert aber die Kapazität zwischen benachbarten Windungen, so daß der günstige Effekt der Schleifen, d. h. die bessere Ableitung von Stoßspannungen, durch den .Nebeneffekt derselben, d. h. die dickere Isolation, vermindert wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Transformatorschleifenwicklung der genannten Art so auszubilden, daß der Kupferfüllfaktor vergrößert, die kapazitive Kopplung benachbarter Windungen wesentlich verstärkt, Isolierstoff eingespart und die Herstellung der Wicklung vereinfacht wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß jede Gruppe von Windungen durch eine gemeinsame, alle Leiter der Gruppe umgebende, ununterbrochene, zweite Schicht aus festem Isoliermaterial umgeben ist, deren Stärke größer als diejenige der die einzelnen Leiter jeweils umgebenden ersten Schicht aus Isoliermaterial ist.

Nur durch die Kombination dieser Merkmale und derjenigen der bekannten Transformatorschleifenwicklung werden die obenerwähnten Vorteile erreicht.

Die erste Isolierschicht der einzelnen Leiter der Scheibenspule kann ziemlich dünn sein, so daß die radial benachbart liegenden Windungen jeder Gruppe dicht aneinander zu liegen kommen. Die Anzahl der Stellen, wo Leiter durch zwei Isolierschichten, also durch eine der Stelle größter Spannungsdifferenz entsprechend dicke Isolation, voneinander getrennt sind, wird daher wesentlich herabgesetzt. Dies hat den Vorteil, daß bei gleicher Windungszahl die Radialabmessung der Spule verringert und demzufolge der Kupferluilfäktor vergrößert wird. Ein anderer Vorteil der verhältnismäßig dünnen Isolierschicht der Leiter innerhalb jeder Gruppe ist, daß die kapazitive Kupplung zwischen diesen Windungen wesentlich verstärkt und dadurch die Stoßspannungsfestigkeit der Wicklung erhöht wird. Ein zusätzlicher Vorteil der mittels der gemeinsamen äußeren Isolierschicht zusammengefaßten Leiter besteht darin, daß das Wickeln der Leiter zu einer Spule sehr erleichtert wird und die Spule eine größere mechanische.Festigkeit erhält, da die durch die zweite Isolation zusammengebundenen Leiter sich mechanisch wie ein einziger Leiter verhalten und entsprechend einfach wickeln lassen. Schließlich hat die erfindungsgemäße Kombination noch den Vorteil, daß trotz der vorhandenen gemeinsamen zweiten Isolierschicht die Möglichkeit, axiale und radiale Kühlkanäle in und zwischen allen Spulen zu bilden, bestehenbleibt.

Aus der deutschen Patentschrift 761 148 ist eine Transformatorwicklung mit Scheibenspulen bekannt, bei der die Windungen einer Spule oder zweier paralleler Spulen je.eine eigene erste Isolierschicht aufweisen und wobei alle Windungen einer solchen Spule bzw. eines Paares solcher'Spulen durch eine gemeinsame zweite Schicht aus festem Isoliermaterial umgeben sind. Dabei handelt es sich aber nicht um eine Schleifenwicklung, so daß die Erhöhung der Windungskapazität durch diese Verteilung der Isolation im Vergleich zu derjenigen der Kapazität der erfindungsgemäßen Schleifenwicklung nur sehr gering ist. Außerdem hätte die Zusammenfassung aller Windungen einer Spule einer Schleifenwicklung durch' die zweite Isolierschicht den Nachteil, daß die Spulen zunächst aus dem durch die erste Isolierschicht umgebenen Leiter gebildet und danach die zweite Isolation angeordnet werden müßte, wonach erst die Spulen montiert und zur Bildung der Schleifen aneinandergelötet werden könnten. Dies ist wickeltechnisch viel zu umständlich und würde zu einer mechanisch weniger festen Wicklung führen. Schließlich kann man bei einer solchen Wicklung keine axialen Kühlkanäle vorsehen, und die Anzahl der radialen Kühlkanäle wird bei der Parallelschaltung zweier gemeinsam durch die zweite Isolation umgebener Spulen bis auf die Hälfte herabgesetzt.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 039.620 ist eine aus zwei parallelen Leitern gebildete Schleifenwicklung bekannt, bei der jeder Leiter durch eine eigene Isolierschicht umgeben ist und die zwei parallelen Leiter durch eine gemeinsame Isolierschicht umhüllt sind. Bei dieser Wicklung bleiben alle nicht parallelen Windungen der Spulen in einer der maximalen Isolationsstärke entsprechenden Entfernung voneinander, so daß eine Herabsetzung der Radialabmessung bzw. eine Vergrößerung des Kupferfüllfaktors der Spulen nicht erreicht und die kapazitive Kopplung der Windungen nicht vergrößert wird. Auch wird das Wickeln der Spulen nicht erleichtert; denn die zusammenzuwickelnden Schleifenleiter bleiben voneinander getrennt, d. h. werden nicht wie bei der erfindungsgemäßen Wicklung durch die gemeinsame zweite Isolierschicht zusammengehalten.

Aus der britischen Patentschrift 928 072 ist eine Transformatorschleifenwicklung bekannt, bei der die zusammengewickelten Schleifenleiter je durch eine dünne Isolierschicht umgeben sind und in der Scheibenspule Gruppen von nur durch diese dünne Isolation voneinander isolierten Windungen bilden. Die Windungsgruppen sind zur Erzielung vertikaler Kühlkanäle durch axial gerichtete Distanzstücke voneinander getrennt. Aufeinanderfolgende Spulen sind zwecks horizontaler Kühlkanäle durch sich radial erstreckende Distanzstücke voneinander getrennt, so daß die zweite Isolierschicht bei dieser Wicklung teilweise aus dem festen Isoliermaterial der Distanzstücke und teilweise aus öl besteht. Die ölisolation erfordert hierbei jedoch verhältnismäßig große Isolationsabstände und verschlechtert den Kupferfüllfaktor. Die Windungskapazität dieser Wicklung entspricht derjenigen der Wicklung nach der Erfindung. Da die Schleifenleiter aber nicht durch eine gemeinsame zweite Isolierschicht umhüllt sind, müssen sie unter hohem Arbeitsaufwand lose aufeinanderliegend zusammengewickelt werden.

Bei einer Schleifenwicklung nach der Erfindung in Doppelspulenschaltung, wobei in jeder dieser Scheibenspulen jeder Leiter eine Anzahl unmittelbar in Reihe geschalteter Windungen bildet, deren Anzahl dem Quotient der Gesamtwindungszahl der betreffenden Scheibenspule und der Anzahl der ineinandergewickelten Leiter entspricht, und die Leiter der einen Scheibenspule derart mit den Leitern der anderen Scheibenspule einer solchen Doppelspule in Reihe geschaltet sind, daß nur in diesen Doppelspulen Schleifen gebildet werden, werden die größte Durchmesserherabsetzung und die größte Kapazitätsvergrößerung erreicht, wenn die erste Isolationsschicht eine Dicke

"2—ττγ d und die zweite Isolationsschicht eine Dicke

2p 2p + ι d aufweist, wobei »p + 1« die Anzahl der ineinandergewickelten Leiter der Scheibenspulen und

die Hälfte der zulässigen Minimalentfernung der durch die zwei Schichten aus Isoliermaterial umgebenen benachbarten Windungen mit dem größten in der Wicklung vorkommenden Spannungsunterschied ist.

Der beanspruchte Schutz erstreckt sich nur auf die Kombination aller Merkmale und nicht auf die Einzelmerkmale.

In der Zeichnung ist

F i g. 1 ein Querschnitt eines Teiles einer einfachen Transformatorschleifenwicklung mit üblicher Isolation,
.Fig. .2 ein Querschnitt eines Teiles der Transformatorschleifenwicklüng nach F i g. 1, jedoch mit· erfindungsgemäßer Isolation und

F i g. 3 ein Querschnitt eines Teiles einer erfindungsgemäß isolierten Wicklung mit Doppelschleifen.
In F i g. 1 sind vier aufeinanderfolgende Scheibenspulen einer bekannten Transformatorschleifen wicklung dargestellt (s. die britische Patentschrift 587 997, F i g. 2). Diese Scheibenspulen, die aus zwei ineinandergewickelten Leitern bestehen, bilden paarweise Doppelspulen, in denen die Leiter jeweils eine Schleife bilden. In jeder einzelnen Scheibenspule beträgt die Spannungsdifferenz zwischen zwei benachbarten Windungen entweder 8- oder 7mal die Windungsspannung. Die größte Spannungsdifferenz zwischen zwei benachbarten Spulen einer Doppelspule besteht zwischen den Windungen 1 und 16 und zwischen den Windungen 17 und 32. Diese Spannungsdifferenz beträgt das Fünfzehnfache der Windungsspannung. Die größte Spannungsdifferenz zwischen benachbarten Windungen in der Wicklung tritt zwischen der Windung 5 in der einen Doppelspule und der Windung 28 in der folgenden Doppelspule auf und beträgt das Dreiundzwanzigfache der Windungsspannung. Bei der bekannten Schleifenwicklung ist jede Windung gegen die radial und die axial benachbarten Windungen durch eine isolierende Umhüllung geschützt. Diese muß in ihrer Stärke sowohl der Hälfte der beim normalen Betrieb dauernd auftretenden Spannungsdifferenz als auch der bei Stoßspannungen stoßweise auftretenden Spannungsdifferenz zwischen denjenigen benachbarten Windüngen entsprechen, zwischen denen die Spannungsdifferenz am größten ist, d. h. im Ausfuhrungsbeispiel gemäß F i g. 1 zwischen den Windungen 5 und 28. An anderen Stellen als an der zwischen diesen Windungen 5 und 28 ist daher die Isolation zu dick, was Raumverlust und eine unnötige Verminderung der kapazitiven

Kopplung zwischen den Windungen mit sich bringt.

In F i g. 2 ist eine der Wicklung nach F i g. 1

entsprechende Wicklung dargestellt, die aber in

erfindungsgemäßer Weise isoliert ist. In diesem Falle ist jeder der beiden ineinandergewickelten Leiter von einer eigenen dünnen- Isolierschicht und sind beide Leiter zusammen von einer stärkeren Isolierschicht umgeben. Die zwei Isolierschichten sind zusammen ebenso stark wie die einzige Isolierschicht jedes Leiters der Wicklung nach Fig. 1. Da die größte Spannungsdifferenz zwischen den zwei ineinandergewickelten Leitern in jeder Scheibenspule nicht größer als ungefähr ein Drittel der Spannungsdifferenz an der kritischsten Stelle der Wicklung ist, kann die dünne Leiterisolation halb so stark wie die stärkere gemeinsame Isolation gewählt werden.

F i g. 3 stellt eine erfindungsgemäß isolierte Doppelschleifenwicklung dar, bei der jede Scheibenspule aus drei ineinandergewickelten Leitern gebildet und jede gesonderte Doppelspule des betrachteten Wicklungsteiles mit zwei Schleifen ausgeführt ist. Die Spannungsdifferenz zwischen den Windungen jeder Gruppe aus drei durch eine gemeinsame Isolierschicht umgebenen Windungen beträgt 8mal die Windungsspannung. An der kritischsten Stelle zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Doppelspulen, d. h. zwischen den Windungen 5 und 44, beträgt die Spannungsdifferenz 39mal die Windungsspannung oder etwa 5mal die erstgenannte Spannungsdifferenz. Die einzelnen Leiter können daher in diesem Falle eine Isolation besitzen, die ein Fünftel der dicksten notwendigen Isolationsstärke beträgt, welche für die Isolation an den kritischsten Stellen in der Wicklung erforderlich ist, während die um die Leitergruppen angeordnete gemeinsame Isolation eine Stärke von vier Fünftel der gesamten Isolationsstärke haben muß.

Bezeichnet man bei Schleifenwicklungen der aus der Zeichnung hervorgehenden einfachen Art, bei denen die Schleifen nur in den gesonderten Doppelspulen vorhanden sind und sich über die ganze radiale Dicke der Spulen erstrecken, die Anzahl der Schleifen jeder Doppelspule mit p, die für die kritischsten Stellen in der Wicklung benötigte gesamte Isolationsstärke mit d und die Anzahl der Windungen jeder Scheibenspule mit n, so kann man das Folgende berechnen:

Die Anzahl ineinandergewickelter Leiter, aus denen jede Scheibenspule gebildet wird, ist ρ + 1. Die für jeden einzelnen Leiter benötigte Isolationsstärke ist

"2—T-jf ^- ^ⁿ jeder Scheibenspule ist die Anzahl der Stellen, wo die Leiter nur mit ihrer dünnen Isolation gegeneinander liegen, gleich . An diesen Stellen

fehlt die gemeinsame Isolation um die ineinandergewickelten Leiter, d. h. eine Isolationsstärke von

Der Durchmessergewinn einer erfindungsgemäßen Schleifenwicklung gegenüber einer entsprechenden bekannten Wicklung ist daher

np

ρ + 1 Ip + 1

•d =

2p² + 3p + 1

Für die Wicklung nach F i g. 2 mit ρ = 1 und η = 8 gibt dies gegenüber der Wicklung nach F i g. 1 einen

Durchmessergewinn von -y · d, und für die Wicklung nach F i g. 3 mit ρ = 2 und η = 12 kommt man in bezug auf eine vergleichbare bekannte Wicklung auf

einen Durchmessergewinn von —τ- d.

Es wird bemerkt, daß die Erfindung bei allen Schleifenwicklungen mit ineinandergewickelten Leitern angewendet werden kann. Schleifenwicklungen mit anders als in der dargestellten Weise verlaufenden Schleifen geben andere Werte des Durchmessergewinnes.

Auf Grund der örtlich viel dünneren Isolation zwischen mehreren der Windungen der Scheibenspulen ist die kapazitive Kopplung zwischen diesen Windungen wesentlich verstärkt, wodurch die Verteilung der Stoßspannungen über die Wicklung oder den betreffenden Teil derselben schneller und gleichmäßiger erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Transformator-Schleifenwicklung mit Scheibenspulen, die je aus wenigstens zwei ineinandergewickelten und hintereinandergeschalteten Leitern bestehen, welche in jeder Spule Gruppen von unmittelbar radial benachbart liegenden Windungen bilden, von denen jeder Leiter zu einem eigenen Schleifenteil gehört und jeweils durch eine eigene erste Schicht aus festem Isoliermaterial umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe von Windungen durch eine gemeinsame, alle Leiter der Gruppe umgebende, ununterbrochene zweite Schicht aus festem Isoliermaterial umgeben ist, deren Stärke größer als diejenige der die einzelnen Leiter jeweils umgebenden ersten Schicht aus Isoliermaterial ist.

2. Transformator-Schleifenwicklung nach Anspruch 1 in Doppelspulenschaltung, wobei in jeder dieser Scheibenspulen jeder Leiter eine Anzahl unmittelbar in Reihe geschalteter Windungen bildet, deren Anzahl dem Quotient der Gesamtwindungszahl der betreffenden Scheibenspule und der Anzahl der ineinandergewickelten Leiter entspricht, und die Leiter der einen Scheibenspule derart mit den Leitern der anderen Scheibenspule einer solchen Doppelspule in Reihe geschaltet sind, daß nur in diesen Doppelspulen Schleifen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Iso-