DE2002273A1 - Wicklungsanordnung fuer Transformatoren u.dgl. mit zwei oder mehr koaxialen Wicklungen - Google Patents

Wicklungsanordnung fuer Transformatoren u.dgl. mit zwei oder mehr koaxialen Wicklungen

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DE2002273A1
DE2002273A1 DE19702002273 DE2002273A DE2002273A1 DE 2002273 A1 DE2002273 A1 DE 2002273A1 DE 19702002273 DE19702002273 DE 19702002273 DE 2002273 A DE2002273 A DE 2002273A DE 2002273 A1 DE2002273 A1 DE 2002273A1
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
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Description

  • 'Wicklungsanordnung für Transformatoren und dergl. mit zwei oder mehr koaxialen Wicklungen" Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für Transformatoren und dergl. mit zwei oder mehr koaxialen Wicklungen, die in sich ausreichend starr sind und im Hinblick auf die Auswirkung der elektrodynamiachen Kräfte innerhalb der Wicklungsanordnung als starre Körper angesehen werden können. Der Idealzustand einer solchen Wicklung ist z03. durch einen ausreichend bemessenen Gießharz-Ver- und Umguß heutzutage ohne weiteres erreichbar.
  • Nun wirken bekanntlich zwischen zwei stromdurchfloe3senen Leitern elektromagnetische Kräfte, die bei gleichsinniger Stromrichtung die Leiter zusammenzurücken versuchen, bei gegensinniger Stromrichtung die Leiter auseinanderdrücken. In einem Verband von vielen stromdurchflossenen Leitern, wie er in einer Wicklung gegeben ist, wird von der Anzahl der Ampèrewindungen gesprochen. Bei zwei elektromagnetisch miteinander verkoppelten Wicklungen, wie sie im Transformator vorhanden sind, von denen eine die Energie aus dem Netz aufnimmt, und die andere an ein weiteres Netz abgibt, ist die Summe der Amperewindungen in der einen Wicklung entgegengerichtet der Summe der Amperewindungen der anderen Wicklung, d.h. es treten zwischen beiden Wicklungen abstoßende Kräfte auf. Diese Kräfte sind proportional dem Quadrat des Stromes. Tritt im Netz ein Kurzschluß auf, fließen durch die Wicklungen des Transformators die entsprechenden Kurzschlußströme, die um Größenordnungen größer sein können als die Nennströme, so daß durch die dabei auftretenden elektromagnetischen Kräfte der mechanische Zusammenhalt der Wicklungen auf das Höchste gefährdet ist und sie die Zerstörung des Transformators verursachen können.
  • Die auftretenden elektromagnetischen Kräfte können in axiale und radiale Komponenten zerlegt werden. Die Erfindung wendet sich der Beherrschung der axialen Kräfte zu. Die axialen Kräfte werden innerhalb und außerhalb der Wicklung wirksam. Die inneren Kräfte wirken innerhalb der Wicklung auf die einzelnen Leiter, die äußeren Kräfte wirken auf die Preßkonstruktion. Bei elastischen Spulen ist eine ausreichende Vorspannung über die Preßkonstruktion erforderlich, um eine Zerstörung der Wicklung zu vermeiden.
  • Bei starren Spulen, die in der Lage sind, die inneren Kräfte in sich selbst aufzunehmen, wie z.B. bei mit Gießharz vergossenen Spulen, braucht nur der äußeren Kraft Beachtung geschenkt zu werden. Bei z.B.-zwei symmetrisch aufgebauten Wicklungen (zig. 1) treten ohne Fertigungaunsymmetrie keine äußeren Kräfte auf. Wegen der praktisch unvermeidlichen Fertigungsunaymmetrie muß Jedoch mit dem Auftreten äußerer Kräfte gerechnet werden, deren Richtung im voraus unbekannt ist. Zum Abfangen dieser Kräfte könnte eine starre Spule ohne Vorspannung eingebaut werden. Hierzu wäre nur eine feste und starre Auflage oben und unten erforderlich. Das ganze System aus Spule, Abstützklötzen, Preßeisen und Zuganker müßte hierbei absolut starr sein.- Die Wärmedehnung der unelastischen Spule läßt jedoch eine starre Preßkonstruktion nicht zu, es müssen elastische Teile eingebaut werden, die die Wärmedehnung aufnehmen. Als Folge des deshalb unvermeidlichen Einbaues von elastischen Teilen muß die Spule nun doch mit entsprechender Vorspannung eingebaut werden.
  • Um diese Forderung zu erfüllen, d.h. bei mehreren konzentrischen Wicklungen die Vorpreßkräfte exakt auf die einzelnen Spulen zu verteilen, sowie axiale Längenunsymmetrie weitgehenst zu vermeiden oder zu kompensieren, wurden schon viele zeitraubende und aufwendige Konstruktionen und Maßnahmen angewendet.
  • Ganz wesentliche.Einsparungen lassen sich bei einer Wicklungsanordnung für Transformatoren und dergl. mit zwei oder mehr koaxialen Wicklungen erfindungsgemäß dadurch erzielen, daß durch eine definierte Unsymmetrie infolge axialer Versetzung der Ampbewindungsschwerpunkte der Wicklungen gegeneinander die Richtung der axialen Stromkräfte festgelegt und die Abstützung mindestens einer der Wicklungen nur an einem axialen Ende erforderlich ist.
  • Werden alRo gemäß der Erfindung die Amprewindungsschwerpunkte der beiden Wicklungen so weit axial gegeneinander verschoben, daß selbst bei den größtmöglichen Fertigungsunsymmetrien die beiden Spulen sich nur in einer bestimmten, vorher festgelegten Richtung zu verschieben trachten, so genügt nur eine einseitige Abstützung mindestens einer Spule an der Seite der Kraftrichtung wie in Fig. 2 dargestellt. Aufwendige Vorspann- und Ausgleichselemente, wie Druckschrauben, Federn, Federführung, Wippen und dergl., entfallen. Weiter wird die Schweißarbeit kleiner. Nach Fig. 2 genügt es, die OS zentrisch zur US auf den Abstützklotz aufzusetzen.
  • Hand der anliegenden Zeichnung wird die Erfindung ünd ihre Wirkungsweise näher erläutert: In Fig. 1 sind die äußeren Axialkräfte Fs1 und Fs2, die durch Fertigungsunsymmetrien entstehen, dem Betrag nach gleich groß, also Fs1 = F52 = F5 . Bei der in Fig. 1 angegebenen Kraftrichtung muß die mit US bezeichnete Wicklung mit Fvi = F5 verspannt werden, damit im Kurzschlußfall kein Abheben der Spule auftreten kann. Wenn Fs1 und Fß,2 dem Betrag nach gleich-groß sind, aber entgegengesetzte Richtung haben, dann muß die OS mit Fv2 = Fs2 verspannt werden. Da unbekannt ist, in-welcher Richtung die Kräfte infolge fabrikatorischer Unsymmetrie schließlich wirken, müssen beide Wicklungen mit Fvi bzw. Fv2 = 2Fv verspannt werden.
  • Um bei der erfindungsgemäßen Ausführung gemäß Fig. 2 nun ein Abheben der Os-Wicklung durch Kurzschluß kräfte zu vermeiden, ist eine Wicklungsverkürzung in Richtung der axialen Kraft F5 erforderlich. In Richtung der Abstützklötze wirken Kräfte somit von 0 bis 2 x F5, je nach der Größe der Unsymmetrie. In entgegengesetzter Richtung müssen die Kräfte # 0 sein.
  • Die Preßkonstruktion eines Drehstromtransformators ist bei der herkömmlichen Bauweise bei einer Vorspannung von 2 x Fv pro Schenkel mit insgesamt 3 x 2 x Fv = 6 Fv belastet. Wenn bei der Ausführung nach der Erfindung keine Vorspannkraft notwendig wird und sich die äußeren axialen Kräfte auf maximal 2 x FS erhöhen, dann braucht die Preßkonstruktion für die z.B. meist gebrauchte Schaltung Dy nur 3 x Fs aufzunehmen, was für den ungünstigsten Fall des 2- oder 3- phasigen Kurzschlusses gilt. Bei 3- phasigem Kurzschluß tritt die maximale Kurzschlußkraft F5 nur in einem Schenkel auf. Bei 2- phasigem Kurzschluß geht die Kurzschlußkraft pro Schenkel auf 75% zurück. Demnach kann bei Anwendung der Erfindung die Preßkonstruktion um 50 % geschwächt werden. Aus konstruktiven Gründen kann die mögliche Reduzierung der Preßkonstruktion nicht voll ausgenutzt werden. Diese Reserve kann genützt werden, um die zulässigen Spulenlängentoleranzen zu vergrößern, was wieder andere weitergehende Einsparungen zur Polge hat.
  • Nun-hat man infolge der Gießharztechnik die PIöglichkeit, die Wicklungen in sich starr und stabil herzustellen, so daß eine Wicklung praktisch wie eine Windung gehandhabt werden kanr Bei der Ausführung einer Wicklung aus einem relativ starken Leiterquerschnitt, insbesondere Rechteckdraht, kann zur Erzielung einer ausreichenden inneren Festigkeit schon ein Verkleben, Einstreichen oder Tränken mit Lack o.ä. ausreichen oder auch eine axiale Verspannung mit einem Isolierstoffband, z.B. einem kunstkarzgebrandtem Glasseidenband.
  • Wird nun eine solche in sich starre Wicklung erfindungsgemäß nur an einem axialen Ende abgestützt, und dabei die Ampèrewindungsschwerpunkte der miteinander verkoppelten Wicklungen in Richtung der axialen Abstützung gegeneinander axial-exzentrisch versetzt, so kann auf das zeitaufwendige und penible genaue Verteilen der axialen Preßkräfte auf die verkoppelten Wicklungen verzichtet werden, da die auftretenden Kurzschlußkräfte nur in einer Richtung wirken können, nämlich gegen die Abstützung der einseitig-abgestützten und aus der Mitte versetzten Wicklung.
  • Können beide Wicklungen als genügend starr betrachtet werden, so können sie beide auch nur einseitig a-bgestützt werden, und zwar wie es Fig. 3' zeigt1 an entgegengesetzten Enden, wobei wiederum die Ampèrewindungsschwerpunkte der beiden Wicklungen zu den abgestützten Enden hin verschoben werden müssen, so daß die auftretenden Kurzschlußkräfte die Wicklungen nur gegen ihre Abstützungen pressen. Durch Pfeile sind Kräfte angedeutet, die gegen den Zylinder der inneren Spule infolge der erwähnten Verkeilung gegen den Kern wirken.
  • Um ein kurzschlußkräftebedingtea Rütteln und Schlagen der Wicklungen zu verhindern, müssen die Wicklungen an ihren Abstützungen anliegen und spätestens nach dem ersten Anschlagen festgehalten werden. Bei üblicherweise senkrecht angeordneten Wicklungen wird die normalerweise auch aus stärkerem Leiter gewickelte innen liegende Unterspannungswicklung mit oben liegender Abstützung so mit dem Kern verkeilt, daß sie entgegen der Schwerkraft durch die Reibungskräfte in der Verkeilung an der oben liegenden Abstützung aufgehalten wird. Die Abstützung der weiter außen liegenden Wicklungen liegt dann unten, auf die sie durch die Schwerkraft angepreßt werden.
  • Ist die am Kern liegende Wicklung eine Röhrenspule, dann treten an den Wicklungen Drehmomente auf, die die Spule senkrecht zur Spulenachse zu drehen versuchen, was bei der Verschiebung der axialen Ampdrewindungsschwerpunkte berücksichtigt werden muß. Um die Verschiebung bei großen Windungssteigungen klein zu halten, ist, es zweckmäßig, die außen liegende Spule, mindestens ihren freien Rand, zur am Kern liegenden Spule zu zentrieren, wie z.B. durch die radiale Abstützung in Fig. 4 gezeigt ist.
  • Mit der vorliegenden Erfindung können große konstruktive und Montageaufwendungen gespart werden, die notwendig waren, um trotz auftretender Längentoleranzen Amperewindungsunsymme.trien weitgehenst zu vermeiden und auf jede Wicklung die ihr zukommende vorberechnete Vorpreßkraft zur Kompensation der Stromkräfte aufbringen zu können.

Claims (9)

  1. Patentansprüche Wicklungsanordnung für Transformatoren und dergl. mit zwei oder mehr koaxialen Wicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine definierte Unsymmetrie infolge axialer Versetzung der Ampdrewindungsschwerpunkte der Wicklungen gegeneinander die Richtung die axialen Stromkräfte festgelegt und die Abstützung mindestens einer der Wicklungen nur an einem axialen Ende erforderlich ist.
  2. 2. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung in herkömmlicher Weise beidseitig abgestützt und axial gepreßt ist, die andere nur axial einseitig abgestützt und ihr Ampdrewindungsschwerpunkt in Richtung der Abstützung gegenüber der anderen Wicklung versetzt ist (Fig. 2).
  3. 3. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wicklungen jeweils am entgegengesetzten axialen Ende abgestützt sind und ihre Ampèrewindungsschwerpunkte in Richtung der Abstützung axial gegeneinander versetzt sind (Fig. 3).
  4. 4. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitig abgestützte Wicklung in Gießharz vergossen ist.
  5. 5. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitig abgesützte Wicklung eine Röhrenspule ist, die durch geeignete Vorbehändlung wie Verkleben, Einstreichen, Tränken usw. in sich starr ist.
  6. 6. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitig abgestützte Wicklung durch axiale Verspannung mittels einer Bandage-, z.B0 aus kunstharzgebrandtem Glasgewebeband, ausreichend starr ist.
  7. 7. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kern nächste Spule durch Reibungskräfte zwischen Spule und Kern an ihrer axialen Abstützung auch entgegen der Schwerkraft festgelegt ist.
  8. 8. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Röhrenspulcn mit großen Windungssteigungen die äußere Wicklung in radialer Richtung gegen die innere Wicklung abgestützt ist (Fig. 4).
  9. 9. Wicklungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die außenliegende Wicklung in Gießharz vergossen und die radiale Abstützung zur innenliegenden Spule an den Gießharzkörper angegossen ist.
DE19702002273 1970-01-20 1970-01-20 Wicklungsanordnung fur Leistungs transformatoren mit zwei oder mehr ko axialen Wicklungskorpern Expired DE2002273C (de)

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AT42571A AT301683B (de) 1970-01-20 1971-01-19 Wicklungsanordnung für Transformatoren u.dgl. mit zwei oder mehr koaxialen Wicklungen
NL7100682A NL7100682A (de) 1970-01-20 1971-01-19

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DE2002273B2 DE2002273B2 (de) 1972-09-21
DE2002273C DE2002273C (de) 1973-04-05

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DE102005058119A1 (de) * 2005-11-29 2007-05-31 Siemens Ag Fixiervorrichtung für eine elektrische Wicklung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005058119A1 (de) * 2005-11-29 2007-05-31 Siemens Ag Fixiervorrichtung für eine elektrische Wicklung
DE102005058119B4 (de) * 2005-11-29 2008-01-10 Siemens Ag Fixiervorrichtung für eine elektrische Wicklung

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NL7100682A (de) 1971-07-22
DE2002273B2 (de) 1972-09-21
AT301683B (de) 1972-09-11

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