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Stufenwicklung für Transformatoren Die Erfindung betrifft eine Stufenwicklung
für Transformatoren als Lagenwicklung mit mehreren in Achsrichtung nebeneinander
liegenden sich über jeweils die volle Wickellänge erstreckenden und elektrisch in
Reihe geschalteten Einzelleitern, wobei die räumliche Reihenfolge der Einzelleiter
von der Reihenfolge bei der elektrischen Verschaltung ab.erc;.t.
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Die Stufenwicklung von Transformatoren mit veränderbarer Übersetzung
ist häufig als selbständige konzentrisch zur Stammwicklung angeordnete Röhre ausgebildet.
Um bei Stufenwicklungen mit einer Vielzahl von Stufen einen axial gleichmäßigen
Strombelag zu erzielen, ist für jede Stufe
eine sich über die gesamte
Wickellänge erstreckende Teilwicklung in Form einer Wendel vorgesehen. Dabei legen
die die einzelnen Wendel bildenden Einzelleiter räumlich in Achsrichtung nebeneinander
und sind über äußere Verbindungen elektrisch in Reihe geschaltet. Durch entsprechende
Reihenfolge bei der elektrischen Verschaltung wird erreicht, daß zwischen benachbarten
Einzelleitern maximal die doppelte Stufenspannung auftritt.
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Stufenwicklungen dieser Art können je nach Ausführung und Anordnung
der Stammwicklung ein bei Beanspruchung durch hohe Frequenzen, z.B. durch abgeschnittene
Stoßspannungen, sehr ungünstiges Schwingungsverhalten haben.
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Die Längskapazität von als Lagenwicklungen ausgeführten Stufenwicklungen
ist ungleichmäßig verteilt und außerdem verhältnismäßig gering, eil jeweils nur
eine Windung jeder Wendel kapazitiv wirksam ist. Infolge der ungleichmäßigen Aufteilung
der Längskapazität können einzelne Stufen gegeneinander schwingen, wobei sehr hohe
Teilspannungen zwischen benachbarten Einzelleitern auftreten können.
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Zur Erhöhung der Längskapazitäten von Wicklungen ist schon versucht
worden Einzelleiter mit einem Spannungsunterschied von mehr als zwei Stufen nebeneinander
zulegen.
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Damit wird zwar .n einigen Fällen eine Erhöhung der Längskapazität
erreicht, die ungleichmäßige Verteilung derselben auf die Wicklung aber nicht beseitigt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine
als Lagenwicklung ausgeführte Stufenwicklung von Transformatoren die Längskapazität
zu erhöhen und gleichmäßig auf die Wicklung zu verteilen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß räumlich parallel
zu jedem die Form einer Wendel aufweisenden Einzelleiter ein zusätzlicher Steuerleiter
vorgesehen ist und daß jeder Einzelleiter zusammen mit seinem Steuerleiter eine
Wanderwellenleitung darstellt.
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Dabei bilden vorteilhafterweise jeweils zwei elektrisch unmittelbar
hintereinandergeschalteten Einzelleitern zugeordnete Steuerleiter ein Steuerleiterpaar,
indem der Anfang des ersten Steuerleiters über eine Verbindungsleitung galvanisch
mit dem Ende des zweiten dieser beiden Steuerleiter verbunden ist und wobei die
Verbindungsleitung der ein Steuerleiterpaar bildenden Steuerleiter außerdem elektrisch
leitend an die miteinander verbundenen Enden der zugehörigen Einzelleiter angeschlossen
ist.
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Gemäß weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vor£esehen,
daß der Anfang des ersten und das Ende des zweiten der ein Steuerleiterpaar bildenden
Steuerleiter lediglieü be die miteinander verbundenen Enden der zugeElörigen Linzelleiter
elektrisch gekoppelt sind.
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Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung sind die Steuerleiter
als selbständige elektrisch isolierte Leiter, vorzugsvteise mit Rechteckquerschnitt,
ausgeführt oder bestehen die Steuerleiter aus diinnen, öldurchlässigen Metallfolien,
die mindestens einlagig in die Isolation des Einzelleiters eingewickelt sind und
diesen vollständir umfassen. Dabei kennen die Einzelleiter auch als Litze ausgeführt
sein.
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Die Erfindung ist sehr vorteilhaft, denn sie erreicht durch die Verwendung
und die besondere Anordnung von Steuerleitern eine beträchtliche Erhöhung der Längskapazität
bei als Lagenwicklung ausgeführten Stufenwicklungen, die gleichzeitig schwingungsmäßig
homogen sind und auch dadurch innere Überspannungen verhindern.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung stellt in jeder eine Stufe bildenden
Wendel der Einzelleiter in Verbindung mit den ihm zugeordneten Steuerleiter über
seine gesamte Länge eine Wanderwellenleitung dar.
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Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung einen Wicklungsaufbau,
bei dem zwischen benachbarten Leitern nur die einfache Stufenspannung auftritt,
so daß der durch die Steuerleiter bedingte erhöhte Raumaufwiand mindestens teilweise
durch eine mögliche Verkleinerung der IsoLtionsaufträge wieder kompensiert erden
kann.
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Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine verkürzt dargestellte Abwicklung einer 6-stufigen,
erfindungsgemäß mit Steuerleitern versehenen Stufenwicklung, Fig. 2 ist das dazugehörige
elektrische Schaltbild, Fig. 3 und 4 zeigen mögliche Steuerleiteranordnungen im
Schnitt.
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Gleiche Bauteile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In Figur 1 durch starke Linien dargestellte Einzelleiter erstrecken
sich nach ihrem Aufwickeln auf einen Wickelzylinder praktisch über die gesamte Wicklungslängelänge,
wobei sie die Form einer Schraubenlinie bzw. Wendel haben. Jeder der im vorliegenden
Beispiel insgesamt 6 Einzelleiter bildet dabei eine der Teilwicklungen 1-2, 2-3
, 6-7 mit den Anzapfungen 1 bis 7. Bei der räumlichen Anordnung auf dem Wickelzylinder
folgt dabei auf die Teilwicklung 1-2 ( von der Anzapfung 1 zur Anzapfung 2) die
Wicklung 3-4 und darauf die Wicklung 5-6. Es folgen die an mit geraden Ziffern bezeichneten
Anzapfungen anfangenden Wicklungen beginnend mit der höchsten dieser Stufen. Es
ergibt sich für die Wicklungen also die weitere Reihenfolge 6-7, 4-5, 2-3.
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Die Ifummern flir die Anzapfungen 1 bis 7 sind durch durchlaufendes
Nuninierieren der Anzapfungen im elektrischen Schaltbild (Fig. 2 ) festgelegt.
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Bei dieser bisher üblichen Anordnung ergibt sich für die elektrische
Isolation eine verhältnismäßig gleichmäßige Belastung, weil die maximale Spannung
zwischen zwei benachbarten Einzelleitern im Normalbetrieb nicht größer ist, als
die doppelte Stufenspannung. Beim Auftreffen einer Wanderwelle mit sehr steiler
Stirn auf diese Wicklungsanordnung ist jedoch nur jeweils etwa die erste Windung
jeder eine Teilwicklung darstellenden Wendel kapazitiv wirksam. Infolgedessen ist
bei dieser Anordnung die Längskapazität sehr gering und überdies ungleichmäßig auf
die Länge der Wicklungsanordnung verteilt.
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Im dargestellten Beispiel ist beim Aufwickeln der Einzelleiter auf
den Wickelzylinder räumlich parallel zu jedem Einzelleiter ein zusätzlicher Steuerleiter
mit eingewickelt.
Von den Steuerleitern sind jeweils zwei,aufeinanderfolgenden
Einzelleitern zugeordnete, zu einem Steuerleiterpaar zusammengefaßt, indem der Anfang
des ersten Steuerleiters über eine Verbindungsleitung galvanisch mit dem Ende des
zweiten dieser beiden Steuerleiter verbunden ist. Die unter Einhaltung dieser Regel
miteinander zu verbindenden Enden sind mit gleichen Bezeichnungen 2', 4' bzw. 6'
versehen. Es ergibt sich also, daß der mit 2' bezeichnete Anfang des parallel zu
der Tilwicklung 1-2 angeordneten Steuerleiters mit dem Ende 2' des Steuerleiters
neben der Wicklung 2-3 verbunden ist. Entsprechend sind, wie in Fig. 2 dargestellt,
auch die weiteren Steuerleiter bei 4' bzw. 6' miteinander verbunden.
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Wird nun die mit Steuerleitern versehene Wicklung anordnung von nochfrequenten
Spannungen und Strömen erreicht, so treffen dose'auf sechs in Reihe geschaltete
Wanderwellenleitungen, die jeweils so lang sind, wie die gesamte Teilwicklung jeder
Stufe. Dies ergibt sich sehr anschaulich auch aus dem in Fig. 2 dargestellten elektrischen
Schaltbild. Die Teilwicklungen 1-2, 2-3 usw. bis 6-7 sind elektrisch in Reihe geschaltet
und in nicht dargestellter Weise über ihre Anzapfungen 1 ois 7 an aie festen Kontakte
eines Stufenwählers einer Stufenschalteinrichtung angeschlossen. Die Enden 2' der
räumlich parallel zu den Teilwicklungen 1-2 und 2-3 liegender Steuerleiter sind
miteinander und mit der An-Anzapfung 2 durch außerhalb der Wicklung verlaufende
Leitungen verbunden. Entsprechend sind auch die Enden 4' und 6' jeNeils miteinander
und mit der Anzapfung 4 bzw. 6 verbunden.
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Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform für die Steuerleiter.
Der Steuerleiter hat in radialer Richtung der Wicklung die gleiche Abmessung wie
der Einzelleiter und ist auch ebenso stark wie dieser elektrisch isoliert.
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Da der Steuerleiter keinen großen Strom zu führen braucht, ist sein
Querschnitt sehr viel kleiner als der des zugehörigen Einzelleiters. Diese Anordnung
ist insofern günstig, als zwischen benachbarten Leitern nur die einfache Stufenspannung
auftritt. Dadurch ist ein wesentlicher Teil des durch den Steuerleiter bedingten
vergrüßerten Raumbedarf durch eine mögliche Minderung der Isolationsaufträge wieder
ausgeglichen.
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Eine Steuerleiterausführung, bei der die Einzelleiter von einer öldurchlässigen,
die Steuerleiter darstellenden Metallfolie umschlossen sind, zeigt Figur 4. Der
Vorteil dieser Anordnung liegt in einer um ein Mehrfaches größeren Längskapazität.
Weniger günstig bei dieser Anordnung ist jedoch, daß zwischen benachbarten Steuerleitern
leder die doppelte Stufenspannung auftritt.
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Es sind aus noch andere Schaltungen für die Steuerleiter möglich.
So kann zum Beispiel jeder Steuerleiter über zwei oder nech mehr von Wendeln dargestellte
Teilwindungen reichen. Dadurch verlängern sich die einzelnen Wanderwellenleitungen
und die Zahl ihrer Reihenschaltungen verringert sich. Daraus ergibt sich eine stark
vergrößere Längskapazität. Nachteilig ist dabei jedoch die dann wieder erhöhte Differenz
.Jannung zwischen benachbarten Leitern.