DE2063148A1 - Transformator - Google Patents

Description

PATENTANWALT 2063H8

DR. ING. L '^ STUTTG *T

2i"SS!5fS

Ferranti Ltd.

Kollinwood-Lancashire

England

A 12 198
Lh/Si

22. Dezember 1970

Transformator

Die Erfindung betrifft Transformatoren und insbesondere Wicklungsanordnungen für Transformatoren zur Erzeugung hoher Spannungen, z.B. für Versuchszwecke.

Zum Prüfen von elektrischen Hochspannungsanlagen werden erforderliche Spannungen gewöhnlich mit Hilfe von Hochspannungstransformatoren erzeugt. Bei den normalerweise benutzten Transformatoren ist ein Ende der Hochspannungswicklung mit dem Transformatorkessel verbunden, während das andere Ende durch eine Isolierbüchse nach außen geführt ist. Häufig werden zwei oder mehr Transformatoren in Reihe geschaltet, um die gewünschte Ausgangsspannung zu erzeugen, wobei es dann erforderlich ist, die Kessel sämtlicher Transformatoren außer einem gegen Erde zu isolieren. In solchen Fällen ist es wegen Isolierproblemen nicht möglich, sämtliche Niederspannungs-Primärwicklungen mittels einer gemeinsamen Spannungsquelle zu versorgen, da der Kessel des ersten Transformators der Reihe oder Gruppe Erdpotential

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besitzt, während der Kessel des nächsten Transformators z.B. eine Spannung von 500 kV und der Kessel des wiederum nächsten Transformators z.B. 1 Megavolt hat usw. Um dieses Problem zu lösen, ist jeder Transformator außer demjenigen mit der höchsten Spannung mit einer Niederspannungs-Kaskadenwicklung versehen, die zur Versorgung der Primärwicklung des nächsten Transformators der Reihe verwendet wird.

Die gewöhnliche Wicklungsanordnung für einen Hochspannungs-Prüftransformator mit einer Kaskadenwicklung besteht darin, daß die Nieder-Spannungsprimärwicklung um einen Schenkel des Transformatorkerns gewickelt ist. über diese Wicklung, die geeignet isoliert ist, ist die Hochspannungs-Sekundärwicklung gewickelt. Das Ende dieser Wicklung, das an die Primärwicklung angrenzt, ist an den Transformatorkessel angeschlossen, während das Hochspannungsende der Wicklung durch eine Büchse nach außen geführt ist. über die Hochspannungswicklung ist die Niederspannungs-Kaskadenwicklung gewickelt, von der ein Ende nach außen gebracht ist, so daß es an die Primärwicklung eines weiteren Transformators angeschlossen v/erden kann, während ihr anderes Ende an die Hochspannungsklemme angeschlossen ist. Die Hochspannungsklemme des ersten Transformators ist an den Kessel des zweiten Transformators angeschlossen, der gegen den Ausgang des ersten Transformators von der Erde isoliert ist. Die Niederspannungs-Primärwicklung des zweiten Transformators ist zwischen das Ende der Kaskadenwicklung und den Kessel des zweiten Transformators geschaltet. Wenn ein dritter Transformator verwendet wird, so ist auch der zweite Transformator mit einer Kaskadenwicklung versehen, die in derselben Weise angeschlossen ist. Der letzte Transformator der Reihe benötigt keine Kaskadenwicklung.

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Eine derartige Wicklungsanordnung hat den Nachteil, daß jede kapazitive Belastung, die von zwei oder mehr solcher Transformatoren, die in Reihe geschaltet sind, abgegeben werden soll, infolge der hohen Impedanz begrenzt wäre, die wegen der Reaktanz zwischen dem Niederspannungseingang zum ersten Transformator und der Kaskadenwicklung des Transformators entsteht. Diese Impedanz ninmt mit der Zahl der in Reihe geschalteten Transformatoren zu.

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu überwinden, besteht darin, die Kerngröße der Transformatoren zu steigern, was jedoch zu größeren und teureren Transformatoren führt. Eine andere Lösung ist die, die Niederspannungs-Primärwicklung in zwei parallel geschaltete Wicklungen zu teilen, die um getrennte Schenkel des Kernes gewickelt werden. Die Ilochspannungswicklung ist um eine Niederspannungswicklung gewickelt und die Kaskadenwicklung ist um die andere Niederspannungswicklung gewickelt. Dies bringt eine leichte Reduzierung der Impedanz^ ist jedoch noch keine zufriedenstellende Lösung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungstransformator mit einer Kaskadenwicklung zu schaffen, bei welchem die Impedanz zwishen der Primärwicklung und der Kaskadenwicklung weiter herabgesetzt ist.

Hierzu wird ein Transformator vorgeschlagen, mit einem ferro-magnetischen Kern mit wenigstens zwei Schenkeln, einer separaten Niederspannungs-Primärwicklung, die um zwei dieser Schenkel gewickelt ist, wobei die beiden Wicklungen zueinander parallel geschaltet sind, so daß der magnetische Fluß, der in den umwickelten Schenkeln durch eine Wicklung erzeugt wird, den Fluß unterstützt, der in den Schenkeln durch die andere Wicklung erzeugt wird, wobei erfindungsgemäß eine erste Kaskadenwicklung über die Hochspannungswicklung auf einem der Schen-

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kel gewiclelt ist, und eine zweite Kaskadenwicklung über die Niederspannungswicklung auf dem anderen Schenkel gewickelt ist, und wobei ferner die beiden Kaskadenwicklungen parallel zueinander und in Phase miteinander geschaltet sind.

Eine beispielsweise Ausfuhrungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch im Schnitt eine Wicklungsanordnung nach

der Erfindung darstellt.
Fig. 2 zeigt eine äquivalente Söhaltung der Wicklungsanordnung nach Fig. 1.

Der Kern 10 des Transformators nach Fig. 1 besitzt zwei Schenkel 11 und 12, von denen jeder eine Niederepannunswlcklung 13 und 13' trägt. Die beiden Niederspannungswicklungen sind zueinander parallel geschaltet, so daß der magnetische Fluß, der durch eine Wicklung in den beiden umwickelten Schenkeln erzeugt wird, den magnetischen Fluß unterstützt, der von der anderen Wicklung in den beiden Schenkeln erzeugt wird, wobei aus dem Transformatorkessel Leitungen zum Anschluß an die Niederspannungsquelle nach außen führen.

über die Niederspannungswicklung 13 auf dem Schenkel ist eine Hochspannungswicklung 14 gewickelt. Das Ende dieser Wicklung, das an die Niederspannungswicklung 13 angrenzt, ist mit dem Transformatorkessel verbunden, während das andere Ende der Hochspannungswicklung durch eine Isolierbüchse nach außen geführt ist.

Die Kaskadenwicklung ist in Form von zwei Teilen aufgewickelt, von denen der Teil 15 über die Hochspannungswicklung 14 auf dem Schenkel 11 des Kernes aewickelt ist. Der andere Teil 15' der Kaskadenwick-

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lung ist über die Niederspannungswicklung 13' auf dem Schenkel 12 des Kernes gewickelt, wobei sie gegen die Niederspannungswicklung geeignet isoliert ist, da dn Ende der Kaskadenwicklung mit dem Hochspannungsende der Hochspannungswicklung 14 verbunden ist. Die beiden Teile der Kaskadenwicklung sind parallel und in Phase zueinander geschaltet, wobei das nicht mit der Hochspannungswicklung verbundene Ende aus dem Transformatorkessel nach außen geführt ist.

Der Kern des Transformators kann mehr als zwei Schenkel haben, falls erforderlich, wobei die anderen Schenkel keine Wicklungen tragen.

Fig. 2 zeigt die äquivalente Schaltung des vorstehend beschriebenen Transformators. Jede Wicklung ist durch eine Impedanz dargestellt, die das Bezugszeichen der entsprechenden Wicklung nach Fig. 1 trägt. Die Magnetisierungsimpedanz der Primärwicklung dnes Transformators dieses Typs wird als sehr hoch angenommen, und ist daher in dem äquivalenten Schaltkreis nicht gezeigt. Die IIochspannungs-Ausgangsklemme ist mit dem Zeichen H und diejenige der Kaskadenwicklung mit» dem Zeichen C bezeichnet.

Die beiden Primärwicklungs-Impedanzen Z₃ und Z.-^sind parallel zueinander geschaltet dargestellt, wie es tatsächlich der Fall ist. Da die Hochspannungswicklung 14 über eine Primärwicklung 13 gewickelt ist, ist ihre Impedanz Z₁₄ in Reihe mit der Primärimpedanz Z₃ dargestellt. Die Impedanz Z._g der Kaskadenwicklung 15, die über die Hochspannungswicklung 14 gewickelt ist, ist an die Verbindungsstelle zwischen Z₃ und Z.. angeschbssen, um ein Stern-Netzwerk zu bilden, wie es bei Äquivalenzschaltungen von Transformatoren mit drei Wicklungen üblich ist. Die andere Kaskadenwicklung 15' ist auf die Primärwicklung 13' gewickelt und ihre Impedanz Z₁₅, liegt daher effektiv in Reihe mit

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der Impedanz Z₁₃₁. Die anderen Enden der beiden Impedanzen Z- und Ζ_ιςι der beiden Kaskadenwicklungen sind miteinander verbunden und an die Klemme C angeschlossen, wie es in der Praxis der Fall ist.

Durch die Zusammenfassung der Impedanz Z₅ wird die Reaktanz zwischen der Primärwicklung und der Kaskadenwicklung des Transformators gegenüber den bisherigen Wicklungsanordnungen reduziert, die nur eine einzige Kaskadenwicklung verwenden.

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Claims (1)

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   Patentanspruch

   Transformator mit einem ferromagnetischen Kern mit wenigstens zwei Schenkeln, zwei separaten Niederspannungswicklungen, von denen je eine um js einen der beiden Schenkel gewickelt ist, wobei die beiden Wicklungen zueinander parallel geschaltet sind, so daß der magnetische Fluß,der durch eine Windung in den Schenkeln erzeugt wird, den Fluß unterstützt, der durch die andere Wicklung in den Schenkeln erzeugt wird, ferner durch eine Hochspannungswicklung, die über die Niederspannungswicklung von einem der umwickelten Schenkel gewickelt ist, gekennzeichnet durch eine erste Kaskadenwicklung (15), dfe über die Hochspannungswicklung (14) gewickelt ist, die um den einen Schenkel (11) gewickelt ist, sowie durch eine zweite Kaskadenwicklung (15¹) die über die Niederspannungswicklung (13¹) auf dem anderen Schenkel (12) gewickelt ist, ferner dadurch , daß die beiden Kaskadenwicklungen (15,15') zueinander parallel und in Phase geschaltet sind.

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