DE19919079B4

DE19919079B4 - Diagonal-Wicklung mit gewünschtem Wicklungswinkel

Info

Publication number: DE19919079B4
Application number: DE19919079A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. Hoffmann; Meinolf Otto; Benjamin Dipl.-Ing. Weber; Karl Dipl.-Ing. Zillmann
Original assignee: ABB T&D Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: DE19919079A1

Abstract

Diagonal-Wicklung, bei der abwechselnd eine vorgegebene Anzahl Windungen vorwärts gewickelt und anschließend eine vorgegebene Anzahl Windungen rückwärts gewickelt sind, so daß sich eine Verschiebung der einzelnen Lagen-Pakete parallel zur Richtung der Wicklungsachse (5) ergibt und sich ein gewünschter Wicklungswinkel (∝_W1) der einzelnen Lagen-Pakete gegenüber der Wicklungsachse (5) einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß im Startbereich der Wicklung das Verhältnis zwischen der Anzahl vorwärts gewickelter Windungen zur Anzahl rückwärts gewickelter Windungen benachbarter Lagen-Pakete derart variiert ist, daß sich sowohl ein gewünschter steiler Startwinkel (∝_A2) im Startbereich als auch der gewünschte Wicklungswinkel (∝_W1) im Hauptabschnitt der Wicklung einstellen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Diagonal-Wicklung mit gewünschtem Wicklungswinkel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann beispielsweise bei Transformatoren oder Spulen verwendet werden.
Aus der DE-PS 829 334 ist ein Spulenwickelverfahren bekannt, bei dem abwechselnd eine vorgegebene Anzahl a Drahtwindungen vorwärts (beispielsweise nach rechts) gewickelt und anschließend eine ebenfalls vorgegebene, zu a unterschiedliche Anzahl b Drahtwindungen rückwärts (beispielsweise nach links) gewickelt werden. Das jeweils folgende Lagen-Paket ist um die Anzahl a-b Drahtwindungen parallel zur Richtung der Wicklungsachse verschoben. Als Stufenfaktor S wird das Verhältnis a/b bezeichnet. Der Stufenfaktor S bestimmt den sich einstellenden Wicklungswinkel gegenüber der Wicklungsachse des Wicklungskerns. Das abwechselnde Vorwärts/Rückwärtswickeln erfolgt so lange, bis die geforderte Gesamtwindungszahl bzw. die vorgeschriebene Wicklungsbreite erreicht ist.
Die sich mit Hilfe des bekannten Spulenwickelverfahrens ergebende Diagonal-Wicklung hat den Vorteil, daß benachbarte Windungen nur einen relativ kleinen Potentialunterschied aufweisen und demzufolge die Lagenspannung herabgesetzt ist, so daß die re lativ dünne Drahtisolation (Lacküberzug) des Wicklungsdrahtes im Allgemeinen zur Gewährleistung der elektrischen Isolation ausreicht. Das Einlegen zusätzlichen Isolationspapiers zwischen den einzelnen Lagen ist meist nicht erforderlich.
Bei der Diagonal-Wicklung gemäß der DE-PS 829 334 wird der Stufenfaktor S im Startbereich konstant gehalten, was den Nachteil hat, dass bei einem zu erzielenden relativ flachen Wicklungswinkel gegenüber der Wicklungsachse des Wicklungskerns die Stirnseite der Wicklung im Startbereich eine ebenfalls relativ flache Formgebung aufweisen, was einen insgesamt niedrigen Wicklungs-Füllfaktor zur Folge hat.
Fernerhin ist aus DE-AS 2144577 ein Verfahren zur Steuerung einer Wickelmaschine für den Aufbau von lagenweisen Wicklungen bekannt, wobei die Drehzahl der Wickelspindel im Bereich von 10000 U/min liegt. Demgemäß wird ein mechanischer Drahtführer während des Wickelvorgangs in einer linearen Bewegung alternierend zwischen zwei Umkehrpunkten verfahren, welche durch eine jeweils dazu proportionale Grenzspannung vorgegebenen sind. Durch ein stufenförmiges Ansteigen der beiden Grenzspannungen nach einer vorgebbaren Anzahl an Umkehrvorgängen werden die jeweiligen Umkehrpunkte während des Wickelvorgangs verschoben. Daraus ergibt sich ein tannenzapfenähnlicher, geschuppter Aufbau der Wicklung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diagonal-Wicklung mit gewünschtem Wicklungswinkel der eingangs genannten Art anzugeben, die einen insgesamt hohen Wicklungs-Füllfaktor aufweist.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass aufgrund des mit dem variablen Stufenfaktor erzielten hohen Wicklungs-Füllfaktors ein kompakter Wicklungsaufbau der Diagonal-Wicklung mit steilen Stirnseiten ermöglicht wird. Gleichzeitig wird jedoch trotz der steilen Stirnseite der gewünschte Wicklungswinkel realisiert.
Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform der Diagonal-Wicklung mit variablem Stufenfaktor im Startbereich,
2 eine Ausführungsform der Diagonal-Wicklung mit konstantem Stufenfaktor (Stand der Technik).
In 2 ist eine Ausführungsform der Diagonal-Wicklung mit konstantem Stufenfaktor dargestellt (Stand der Technik). Die Wicklung ist um einen Wicklungskern 1 mit Wicklungsachse 2 gewickelt. Das Wicklungsschema ist mit Ziffer 3 gekennzeichnet. Bei einer Diagonal-Wicklung werden abwechselnd benachbarte Lagen-Pakete vorwärts gewickelt (Vorwärtsschritt siehe Wicklungsschema 3 mit Pfeilrichtung von oben nach schräg unten, vorwärts = parallel zur Wicklungsachse von links nach rechts) und rückwärts gewickelt (Rückwärtsschritt siehe Wicklungsschema 3 mit Pfeilrichtung von unten nach schräg oben, rückwärts = parallel zur Wicklungsachse von rechts nach links).
Wesentlich dabei ist der durch den eingangs erläuterten Stufenfaktor S fest vorgegebene und konstante Wicklungswinkel ∝_W1 gegenüber der Wicklungsachse 2. Dieser Wicklungswinkel ∝_W1 bestimmt die Schräglage der einzelnen Lagen-Pakete gegenüber der Wicklungsachse 2 und dem Wicklungskern 1. Einzelne Leiter 7 der sich ergebenden Wicklung sind beispielhaft skizziert.
Da der Stufenfaktor S bei der Ausführungsform nach 2 im Startbereich der Wicklung unverändert bleibt, ergibt sich bei flachem Wicklungswinkel ∝_W1 der Wicklungsachse 2 auch ein flacher Startwinkel ∝_A1. Zunächst wird ein erstes Lagen-Paket mit vorgegebener Anzahl a Windungen parallel zur Wicklungsachse 2 vorwärts gewickelt. Anschließend wird auf dieses erste Lagen-Paket ein zweites Lagen-Paket mit geringerer vorgegebener Anzahl b Windungen parallel zur Wicklungsachse 2 rückwärts gewickelt. Danach wird auf dieses zweite Lagen-Paket ein drittes Lagen-Paket mit a Windungen vorwärts gewickelt. Dieses dritte Lagen-Paket verläuft bis zur Innenkante von erstem und zweitem Lagen-Paket parallel zur Wicklungsachse 2 und anschließend mit dem Wicklungswinkel ∝_W1 bis zum Wickelkern 1.
Es schließt sich ein viertes, rückwärts mit b Windungen gewickeltes Lagen-Paket an, welches mit dem Wicklungswinkel ∝_W1 vom Wickelkern 1 bis zur Abknickung des dritten Lagen-Paketes und anschließend parallel zur Wicklungsachse 2 verläuft. In gleicher Art und Weise schließen sich ein fünftes, mit a Windungen vorwärts gewickeltes, ein sechstes, mit b Windungen rückwärts gewickeltes und ein siebtes, mit a Windungen vorwärts gewickeltes Lagen-Paket an. Mit Wicklung des siebten Lagen-Paketes ist die vorgegebene Höhe der Wicklung erreicht, so daß die weiteren Leiter-Pakete ohne Abschnitte parallel zur Wicklungsachse 2 gewickelt werden. Der Wicklungsaufbau ergibt sich aufgrund der gewählten Parameter a und b von selbst.
Wie 2 zeigt, ist die Lage der Außenkanten der einzelnen Lagen-Pakete und damit die Stirnseite im Startbereich durch den relativ flachen Startwinkel ∝_A1 vorgegeben, was den Wicklungs-Füllfaktor insgesamt verschlechtert. Die Anzahl der Lagen-Pakete mit Abschnitten parallel zur Wicklungsachse 2 wird durch die vorgegebene Höhe der Wicklung bestimmt.
In 1 ist eine Ausführungsform der Diagonal-Wicklung mit variablem Stufenfaktor im Startbereich dargestellt. Die Wicklung ist um einen Wicklungskern 4 mit Wicklungsachse 5 gewickelt. Das Wicklungsschema ist mit Ziffer 6 gekennzeichnet. Der Wicklungswinkel ist wiederum ∝_W1. Die Höhe der Wicklung ist gleich der Höhe der Wicklung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2, so daß im Startbereich wiederum sieben Lagen-Pakete mit Abschnitten parallel zur Wicklungsachse 2 gewickelt werden. Allerdings ist der Startwinkel ∝_A2 wesentlich größer, d. h. steiler als der Startwinkel ∝_A1, so daß die Wicklungskontur der Stirnseite insgesamt steiler verläuft. Der Startwinkel ∝_A2 ist vorzugsweise größer als der Wicklungswinkel ∝_W1.
Um den relativ steilen Startwinkel ∝_A2 zu realisieren, erfolgt eine Variation des Stufenfaktors S im Startbereich. Das erste, vorwärts gewickelte Lagen-Paket weist die Anzahl a₁ Windungen auf, wodurch die Länge parallel zur Wicklungsachse 2 vorgegeben wird. Die weiteren sechs im Startbereich zu wickelnden Lagen-Pakete sind zwar ähnlich an geordnet, wie vorstehend zur 2 erläutert ist, jedoch ist die Anzahl der vorwärts und rückwärts gewickelten Windungen b₂ (rückwärts gewickeltes zweites Lagen-Paket), a₃ (vorwärts gewickeltes drittes Lagen-Paket), b₄ (rückwärts gewickeltes viertes Lagen-Paket), a₅ (vorwärts gewickeltes fünftes Lagen-Paket), b₆ (rückwärts gewickeltes sechstes Lagen-Paket) und a₇ (vorwärts gewickeltes siebtes Lagen-Paket) nicht konstant a bzw. b, wie dies bei der Ausführungsform gemäß 2 ist, sondern derart bemessen, daß sowohl der gewünschte steile Startwinkel ∝_A2 im Startbereich als auch der durch den Stufenfaktor S = a/b bestimmte Wicklungswinkel ∝_W1 im sich an den Startbereich anschließenden Hauptabschnitt der Diagonal-Wicklung realisiert werden.
Die vorstehend für den Startbereich erläuterte Maßnahme der Variation des Stufenfaktors S wird vorzugsweise auch im Endbereich der Wicklung durchgeführt, um auch bei dieser Stirnseite der Wicklung einen relativ steilen Endwinkel zu realisieren, was sich wiederum vorteilhaft auf den Wicklungs-Füllfaktor auswirkt.

Claims

Diagonal-Wicklung, bei der abwechselnd eine vorgegebene Anzahl Windungen vorwärts gewickelt und anschließend eine vorgegebene Anzahl Windungen rückwärts gewickelt sind, so daß sich eine Verschiebung der einzelnen Lagen-Pakete parallel zur Richtung der Wicklungsachse (5) ergibt und sich ein gewünschter Wicklungswinkel (∝_W1) der einzelnen Lagen-Pakete gegenüber der Wicklungsachse (5) einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß im Startbereich der Wicklung das Verhältnis zwischen der Anzahl vorwärts gewickelter Windungen zur Anzahl rückwärts gewickelter Windungen benachbarter Lagen-Pakete derart variiert ist, daß sich sowohl ein gewünschter steiler Startwinkel (∝_A2) im Startbereich als auch der gewünschte Wicklungswinkel (∝_W1) im Hauptabschnitt der Wicklung einstellen.
Diagonal-Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Endbereich der Wicklung das Verhältnis zwischen der Anzahl vorwärts gewickelter Windungen zur Anzahl rückwärts gewickelter Windungen benachbarter Lagen-Pakete derart variiert ist, daß sich sowohl ein gewünschter steiler Endwinkel im Endbereich als auch der gewünschte Wicklungswinkel (∝_W1) im Hauptabschnitt der Wicklung einstellen.
Diagonal-Wicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Startwinkel (∝_A2) oder Endwinkel steiler als der Wicklungswinkel (∝_W1) sind.