DE1915254C3

DE1915254C3 - Layer winding, consisting of a large number of turns with a small conductor cross-section, especially for inductive voltage converters

Info

Publication number: DE1915254C3
Application number: DE19691915254
Authority: DE
Inventors: Karl 7320 Goeppingen Allmendinger
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-03-26
Filing date: 1969-03-26
Publication date: 1975-01-30
Also published as: DE1915254A1; AT297837B; CH514921A; DE1915254B2; NL162774B; NL7003140A; NL162774C

Description

Die Erfindung bezieht sich aui eine Lagenwicklung, bestehend aus einer großen Anzahl von Windüngen mit geringem Leiterquerschnitt, insbesondere für induktive Spannungswandler, mit die Wicklung radial nacili außen abschließendem Abschirmzylinder und um diesen herumgeführte Isolation.The invention relates to a layer winding consisting of a large number of turns with a small conductor cross-section, especially for inductive voltage converters, with the winding radially nacili externally closing shielding cylinder and around this insulation.

In der Flegel werden die Isolierungen für derartige Lagenwicklungen so hergestellt, daß Papierlagen mit In die Wicklung eingelegt werden, wobei die Enden der Papierlagen über die Wicklungsstirn hinausragen. Um nun diese Wicklungsstirnen ebenfalls sicher zu isolieren, werden die überstehenden Papierlagen in axialer Richtung mit Einschnitten oder Einrissen versehen und flanschartig umgelegt. Auf diese Weise ergibt sich auch im Bereich der Wicklungsstirn mit ihren nach allen Seiten gekrümmten Flächenbegrenzungen eine dicht, fest am Wicklungsdraht anliegende Isolation.In the flail, the insulation for such layer windings are made so that paper layers with Be inserted into the winding, with the ends of the paper layers protruding beyond the end of the winding. In order to also safely isolate these winding ends, the protruding paper layers are in provided with incisions or tears in the axial direction and folded over like a flange. That way results also in the area of the winding face with its surface boundaries curved on all sides a tight, tightly fitting insulation on the winding wire.

Auf der einen Seite jedoch ist diese Isolationsart elektrisch außerordentlich vorteilhaft, da bei den üblichen Spannungswandlerwicklungen mit trapezförmigem Querschnitt, d. h. Wicklungen mit cntsprechend der Potentialdifferenz gegen Erde gestuften Lagen- bzw. Lagengruppenlängen, wobei die äußerste Lage die kürzeste axiale Länge aufweist und damit entsprechend ihrem am Eingang liegenden Hochspannungspotential die größten axialen Abstände zu den Jochen, die Äquipotentiallinien im Stirnbereich der Wicklung weitgegehend den umgeschlagenen Schichten der Lagenisolation folgen, so daß die elektrische Beanspruchung immer ziemlich genau senkrecht auf den Isolierstoffschichteri steht. ⁶SOn the one hand, however, this type of insulation is extremely advantageous from an electrical point of view, since with the usual voltage transformer windings with a trapezoidal cross-section, i.e. windings with layer or layer group lengths stepped according to the potential difference to earth, the outermost layer has the shortest axial length and therefore corresponds to its The highest axial distances to the yokes, the equipotential lines in the end area of the winding largely follow the turned-over layers of the layer insulation, so that the electrical stress is always almost exactly perpendicular to the insulating material layers. ⁶ p

Bei Leistungstransformatoren, bei denen aus Gründen der Kühlung zwischen den einzelnen Lagen oder Lagengruppen von der ölströmung in Axialrichtung durchflossene Kühlkanäle angelegt werden müssen, ist diese vorteilhafte Isolntiansart mit den umgerissenen und umgeschlagenen Lagenisolationen nicht oder nur in eeringerem Umfang insoweit, als die Lagensolationen zu offenen Winkelringen umgeschlagen werden, möglich, um die Durchströmt^ mit öl ₂„ erlauben. Um auch bei einem solchen Isolationsaufbau die elektrische Beanspruchung weitgehend senkrecht zu den Isolierschichten der Lagenisolation verlaufen zu lassen, ist es schon bekannt, einzelnen Lagen oder Lagengruppen angelenkte Steuerschirmringe axial vorzusetzen, die die Äquipotentialflächen \on der Stirnseite der Wicklung wegziehen, so daß sie steiler auf die Stirnfläche aufsetzen. Außerdem ist -s bei solchen Wicklungen auch schon bekannt, den Außenrand durch gestaffelte Isolierformkörper zu isolieren deren nach innen ragende scheibenaruge Flansche mit den scheibenartiges von innen nach außen stehenden, aus der Wicklung I.---nm nden umeerissenen Lagenisolationen so verschachtelt sind. daß eine mäanderförmige axial gerichtete Kühlmittelströmung unter Wahrung der erforderlichen Isoherstrecken entsteht (deutsche Patentschrift 1 042 744). Bei Spannungswandlern, die ja vergleichsweise zu den dieser Art ausgeführten Leislungstransformatoren sehr klein sind und zudem im allgemeinen keiner Kühlkanäle bedürfen, wäre ein solcher Aufbau zu aufwendic so daß man sich im allgemeinen bisher mit der eingangs beschriebenen umgerissenen Lagenisolation die die ganze Wicklung mit trapezförmigem Querschnitt umfaßt und die dem Verlauf der Äquipotentiallinien ideal angepaßt ist. begnügt hatIn the case of power transformers, in which cooling channels through which the oil flow in the axial direction must be installed for cooling reasons between the individual layers or layer groups, this advantageous type of insulation with the torn and folded layer insulation is not, or only to a lesser extent, insofar as the layer insulation becomes open angular rings be turned over, possible to allow the flowing through ^ with oil ₂ ". In order to allow the electrical stress to run largely perpendicular to the insulating layers of the layer insulation, even with such an insulation structure, it is already known to axially place control shield rings in front of individual layers or groups of layers, which pull the equipotential surfaces away from the end face of the winding so that they are steeper put on the face. In addition, it is already known in such windings to isolate the outer edge by staggered insulating moldings, the inwardly protruding, disc-shaped flanges of which are nested with the disc-like from the inside to the outside, from the winding I .--- nmnd the torn layer insulation. that a meandering, axially directed coolant flow is created while maintaining the required isothermal distances (German patent specification 1 042 744). In the case of voltage converters, which are very small compared to the power transformers of this type and also generally do not require any cooling channels, such a structure would be too expensive so that one has generally hitherto dealt with the outlined layer insulation described above, which encompasses the entire winding with a trapezoidal cross-section and which is ideally matched to the course of the equipotential lines. has been content

Da die Einrisse oder Einschnitte, die das Umlegen der Überstände der Lagenisolationen erlauben sollen, bis in den Bereich der Randwindungen jeder Lage reichen müssen, wird die Gefahr der durch das Umbiegen der Schichten gerade bekämpften Entladungen an der hierfür besonders anfälligen Stirnfläche der Wicklung hervorgerufen.As the tears or incisions that the folding down the overhangs of the layer insulation should allow must extend into the area of the edge turns of each layer, there is a risk of bending over of the layers just fought discharges at the particularly susceptible end face of the Winding caused.

Um dieser Gefahr zu begegnen, ist es schon bekannt, bei einer Spannungswandlerwicklung mit Trupezqu'erschnitt Schichten aus glattem Papier hoher elektrischen Durchschlagfestigkeit mit Bahnen aus Falten- und oder Kreppapier abzuwechseln, wobei sich das Falten- oder Kreppapier ohne Einrisse oder Einschnitte den Formänderungen anpaßt.In order to counter this danger, it is already known in the case of a voltage transformer winding with a Trupez cross section Layers of smooth paper with high dielectric strength and webs Alternate folding or crepe paper, with the folding or crepe paper without tears or Adjusts incisions to the changes in shape.

Es ist weiter bekannt, nur im äußeren Bereich der Wicklung, in dem eine relativ große Feldstärke anliegt, die Lageniiberständc um den Stirnbereich und einen konzentrisch die Wicklung umfassenden Abschirmzylinder umzuschlagen, im inneren Bereich dagegen wo die Feldstärke niedriger ist, die Überstände der Lagenisolationcn axial gerade auslaufen zu lsssen (deutsche Patentschrift 1 209 203).It is also known that only in the outer area of the winding, in which there is a relatively large field strength, the layer overhangs around the forehead area and a shielding cylinder concentrically surrounding the winding to turn over, in the inner area, however, where the field strength is lower, the protrusions to allow the layer insulation to taper off axially in a straight line (German patent specification 1 209 203).

Falten- oder Kreppapier weist jedoch gegenüber glattem Spezialpapier ein erheblich größeres Volumen und eine im Verhältnis zum Volumen relativ niedrige elektrische Festigkeit auf, so daß es sich für die Isolierung elektrischer Hochspannungsapparate nicht recht durchzusetzen vermocht hat.However, wrinkled or crepe paper has a considerably larger volume than smooth special paper and has a relatively low electrical strength in relation to its volume, so that it is suitable for the insulation of electrical high-voltage apparatus was not quite able to enforce.

Um die Koronaeinsatzspannung an den Rändern von langen Lagen bei einer Trapezwicklung herabzusetzen und dabei die Dicke der Lagenisolation nicht zu weit über das zum Halten der Durchschlagspannung notwendige Maß zu verstärken, ist es schon bekannt, einen rechteckigen Wicklungsquerschnitt anzuwenden, bei welchem also sämtliche Lagen dieselbe Länge besitzen. Hierbei ist die Doppellagenspannung zwi-To reduce the corona voltage at the edges of long layers with a trapezoidal winding and the thickness of the layer insulation not too far beyond that to hold the breakdown voltage To reinforce the necessary dimension, it is already known to use a rectangular winding cross-section, So in which all layers have the same length. Here, the double-layer tension is between

schert allen Lagen gleich und damit auch die Koronaeinsatzspannung an den Lagenrändern. Bei dieser bekannten Ausführung wird dann allerdings durch axial seitlich aus der Wicklung herausgesetzte Schirmringe, die von den aus den Lagen seitlich herausragenden verlängerten und umgeschlagenen Lagenisolationen umfaßt sind, ein der Trapezwicklung ähnliches elektrisches Feld wieder hergestellt (Sonderdruck aus AEG-Mitteilungen 55 (1965), 1, S. 5, Bild 5).shears equally in all layers and thus also the corona stress at the edges of the layer. In this known embodiment, however, is then axially The shield rings protruding from the side of the winding and those protruding from the side protruding from the layers Extended and folded-over layer insulation are included, an electrical similar to the trapezoidal winding Field restored (special print from AEG-Mitteilungen 55 (1965), 1, p. 5, Fig. 5).

Auch hier müssen die Überstände der Lagenisolationen eingeschnitten oder eingerissen werden, um um die vorgesetzten Elektroden herumgelegt werden zu können.Here, too, the overhangs of the layer insulation must be cut or torn in order to to be able to lay the electrodes in front of it.

bei einem Hochspannungstransformator, insbesondere Zeilentransformator für Fernsehempfänger, ist es schon bekannt, die überschlagweite in Luft dadurch zu verlängern, daß der Spulenkörper als ringförmiges Gefäß ausgebildet ist, das von der anderen Seite durch ein entsprechendes Gegenstück abgeschlossen ivird, so daß sich die Zylinderteile schachtelartig iberlappen (DT-Gbm 1 916 393).in a high-voltage transformer, in particular line transformer for television receivers it is already known to extend the rollover width in air by making the bobbin as an annular The vessel is formed which is closed from the other side by a corresponding counterpart ivird, so that the cylinder parts overlap like a box (DT-Gbm 1 916 393).

Zur Isolation von Ringkern-Einleiterwandlern auf dem stromführenden Leiter ist es weiter bekannt, die Isolation gegen den stromführenden Leiter aus in vielen Lagen aufgewickeltem Isolierpapier herzustellen, dessen Ränder flanschartig umgerissen werden, wobei diese umgerissenen Ränder dann mit in der Größe gestaffelten, scheibenartig auslaufenden Rändern von Isolierkörpern verschachtelt werden (BE-PS 706 446 Fig. 3).For the isolation of toroidal single-conductor converters on the current-carrying conductor, it is also known that To produce insulation against the current-carrying conductor from insulating paper wound in many layers, whose edges are outlined like a flange, these outlined edges then with the size staggered, disc-like edges of insulating bodies are nested (BE-PS 706 446 Fig. 3).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Einschneiden oder Einreißen der Überstände der Lagenisolationen vom Rande her weitgehend zu vermeiden, so daß sich im Stirnbereich der Wicklung keine radialen Kanäle durch das zufällige Ubereinanderliegen von mehreren Einrissen oder Einschnitten ausbilden können und damit eine höhere Sicherheit gewonnen wird, zudem soll die Verwendung von maschinell vorgefertigten Isolierteilen ermöglicht werden.The object of the invention is to cut or tear the protrusions of the layer insulation largely to be avoided from the edge, so that there are no radial ones in the end region of the winding Form channels by randomly superimposing several tears or incisions can and thus a higher security is gained, in addition, the use of machine prefabricated insulating parts are made possible.

Diese Aufgabe wird bei einer Lagenwicklung, bestehend aus einer großen Anzahl von Windungen mit geringem Leiterquerschnitt, insbesondere für induktive Spannungswandler für Hochspannung, bei welcher die Lagenisolationen im inneren größeren Teil der Lagen axial über die Lagenenden überstehen und gerade auslaufen, im äußeren kleineren Teil um einen konzentrisch die Wicklung außen umfassenden Abschirmzylinder umgeschlagen sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wicklung gleiche Lagenlänge und damit einen rechteckigen Querschnitt aufweist, daß der konzentrische Abschirmzylinder in axial über die Wicklungsstirn vorgezogene Steuerschirmringe übergeht, daß die gerade auslaufenden Lagenisolationen der innenliegenden Lagen in den Längen gestufte Überstände aufweisen, die eine kammariige Randzone aufweisen, und daß in die Kammlücken mehrere gestaffelte, den vorgezogenen Steuerschirmring umfassende Ringkörper aus Isolierstoff von in Achsrichtung zur Wicklung hin geöffnetem U-förmigetn Querschnitt so eingreifen, daß eine Verschachtelung der Lagenisolationen mit den inneren U-Schenkelenden eintritt.This task is performed with a layer winding consisting of a large number of turns small conductor cross-section, especially for inductive voltage converters for high voltage, where the layer insulation in the inner larger part of the layers protrude axially beyond the layer ends and just run out, in the outer smaller part around a shielding cylinder concentrically surrounding the winding on the outside are turned over, achieved according to the invention in that the winding has the same layer length and thus has a rectangular cross-section that the concentric shielding cylinder in axially across the winding end of the pre-drawn control shield rings passes over, so that the layer insulation that is just running out of the inner layers have protruding lengths that are stepped in length and form a comb Have edge zone, and that in the comb gaps several staggered, the preferred control umbrella ring comprehensive ring body made of insulating material of U-shaped open in the axial direction towards the winding Intervene cross-section so that a nesting of the layer insulation with the inner U-leg ends entry.

In vorteilhafter Weise sind dabei die Ringkörper durch Distanzscheiben aus Isolierstoff in ihrem axi?- len Abstand von der Wicklungsstirn und voneinander gehaltert.Advantageously, the ring bodies are in their axi? - len distance from the winding face and from each other supported.

Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Die als Lagenwicklung 3 mit rechteckigem Wicklungsquerschnitt ausgeführte Oberspannungswicklung eines induktiven Spannungswandlers sitzt auf einem Wicklungstragzylinder 1, der mit einem leitenden Steuerbelag 2 versehen ist, auf. Die die einzelnen Wicklungslagen isolierenden zylinderförmigen Wickel 4, S, 6 aus Isolierpapier, die Lagenisolationen, ragen in axialer Richtung aus der Wicklung heraus.The drawing shows an embodiment of the invention. The high-voltage winding designed as a layer winding 3 with a rectangular winding cross-section an inductive voltage converter sits on a winding support cylinder 1, which is connected to a conductive Control pad 2 is provided on. The cylindrical ones that isolate the individual winding layers Windings 4, S, 6 made of insulating paper, the layer insulation, protrude from the winding in the axial direction.

ίο wobei die Überstände in verschiedenen Längen abgestuft sind, derart, daß auf verkürzte Anteile wieder längere folgen, so daß ein kammartiger Querschnitt entsteht.ίο the overhangs being graded in different lengths are in such a way that shortened parts are followed by longer ones, so that a comb-like cross-section arises.

Die Lagenisolationen der äußeren Wickel 7 aus Isolierpapier sind in herkömmlicher Weise lang ausgeführt und um die Steuerschirmringe 8, die der Wicklung 3 in axialer Verlängerung des Abschirmzylinders axial vorstehen, herumgelegt, also »umgerissen«, um an dieser Stelle eine möglichst dichte Isolierung zuThe layer insulation of the outer winding 7 made of insulating paper are designed to be long in a conventional manner and around the control shield rings 8 that of the winding 3 in the axial extension of the shielding cylinder protrude axially, laid around, so "torn down" in order to provide as dense insulation as possible at this point

so erzielen.so achieve.

Die Ringkörper 9, 10, 11 besitzen nun einen in Achsrichtung geöffneten U-förmr ;n Querschnitt und sind mit ihrem inneren U-Schenkel in die Kaminlücken der Lagenisolationen 4, 5, 6 eingeschoben, so daß sie auf angenäherten Äquipotentiallinien um die vorgesetzten Steuerschirmringe herumführen. In den äußeren Isolierlagcn laufen die Ringkörper 10 und 11 in die die Wicklungsisolation nach außen begrenzenden Isolierzylinder 13, 14, 15 aus. und die gesamte Wicklung ist zur Verfestigung rrit einer Bandage 17 versehen. Zur axialen Abstützung sind zwischen die Ringkappen 9, 10, Il Distanzscheiben 12 eingefügt, und stirnseitig ist die Wicklungsisolation durch Scheiben 16 abgeschlossen.The ring bodies 9, 10, 11 now have a U-shaped cross-section that is open in the axial direction are with their inner U-legs in the chimney gaps the layer insulation 4, 5, 6 inserted so that they are on approximated equipotential lines around the Guide the control shield rings in front of them. In the Outer Isolierlagcn run the ring bodies 10 and 11 into which the winding insulation bounding to the outside Isolating cylinder 13, 14, 15 from. and the entire winding is rrit a bandage 17 for consolidation Mistake. For axial support, spacers 12 are inserted between the ring caps 9, 10, II. and the winding insulation is closed off by disks 16 at the end.

Die Vorteile der Erfindung liegen auf der Hand: Infolge des rechteckigen Wicklungsquerschnittes und des diesem axial genügend weit vorgesetzten Steuerschirmringes werden die Lagenenden elektrisch wirksam entlastet, und statt des aufwendigen »Umreißens <' der Isolation können die stirnseitigen Isolierteile durch einfaches Einschieben maschinell vorgefertigter Ringkörper hergestellt werden, wobei auch diese Verschachtelungsstellen im noch feldentlasteten Raum zu liegen kommen. Dadurch wird an elektrischer Sicherheit erheblich gewonnen und der Arbeitsaufwand für derartige Lagenwicklung beträchtlich vermindert.The advantages of the invention are obvious: As a result of the rectangular winding cross-section and the control screen ring which is axially sufficiently far in front of it the ends of the layers are effectively relieved of electrical load, and instead of the time-consuming »outlining The insulation parts on the front side can be removed by simply pushing in pre-fabricated parts Annular bodies are produced, these nesting points in the still field-relieved Space to come to rest. This considerably increases the electrical safety and the workload considerably reduced for such layer winding.

Es ist zu erwähnen, daß mit dem erfindungsgeniäßcn Wicklungsaufbau gegenüber dem herkömmlichen Wicklungsaufbau mit trapezförmigem Querschnitt auch eine Verbesserung im Stoßspannungsverhallen der Wicklung gewonnen wird, da sich die Stoßspannung bei solchen Wicklungen entsprechend den Lagenkapazitäten auf die Lägen aufteilt, was eine erhöhte Beanspruchung der nächsten am Hochspannungseingang liegenden Lagen, also der äußeren verkürzten Lagen, zur Folge hat. Auf der anderen Seite weisen die inneren Lagen mit ihren erheblich größeren Windungszahlen eine gegenüber den äußeren Lagen höhere Wechselbeanspruchung auf, so daß die inneren Lagen für die höhere Wechsclbcauspruchung, die äußeren für die höhere Stoßspannungsbeanspruchung isoliert ν'erden müssen. Bei dem erfindungsgemäßen rechteckigen Querschnitt ist die Beanspruchung viel gleichmäßiger verteilt. Schutz wird nur für die Kombination der Merkmale begehrt.It should be mentioned that with the inventive geniäßcn Winding structure compared to the conventional winding structure with a trapezoidal cross-section an improvement in the surge voltage behavior of the winding is also obtained, since the surge voltage in the case of such windings, it is divided between the layers according to the layer capacities, which increases Stress on the layers closest to the high voltage input, i.e. the shortened outer layers Locations, entails. On the other hand, the inner layers show with their considerably larger ones Number of turns a higher alternating stress compared to the outer layers, so that the inner layers for higher alternating stress, the outer for higher surge stress must be isolated. In the case of the rectangular cross section according to the invention, the stress much more evenly distributed. Protection is only sought for the combination of characteristics.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

, Claim:

Layer winding, consisting of a large number of turns with a small conductor cross-section, especially for inductive voltage converters for high voltage, in which the layer insulation is in the inner larger part of the Layers protrude axially over the layer ends and just taper off, in the outer smaller part around a shielding cylinder concentrically surrounding the winding outside are turned over, d a through characterized in that the winding (3) has the same layer length and thus a rectangular one Has cross-section that the concentric shielding cylinder in axially over the winding end Preceding control shield rings (8) passes over that the layer insulation that is just running out (4. S, 6) of the inner layers in the lengths have sicfte overhangs that have a have comb-like edge zone, and that in the comb gaps several staggered, the preferred Control shield ring comprising ring bodies (9, 10, 11) made of insulating material from in the axial direction engage towards the winding open U-shaped cross-section so that a nesting of the layer insulation occurs with the inner U-leg ends.