DE2628524A1

DE2628524A1 - Hochspannungswicklung aus mehreren teilspulen fuer spannungswandler,

Info

Publication number: DE2628524A1
Application number: DE19762628524
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Ing Weniger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-06-24
Filing date: 1976-06-24
Publication date: 1977-12-29
Also published as: SU673205A3; AT361579B; MX143374A; IT1078347B; FR2356251B1; US4084144A; GB1542808A; JPS531816A; FR2356251A1; SE413060B; SE7706780L; NL7706973A; DE2628524C2; CH611736A5; ATA260477A; BE856092A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ^ Unser Zeichen Berlin und München *-^ VPA 76 P 3754 BRD

Hochspannungswicklung aus mehreren Teilspulen für Spannungswandler

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungswicklung für Spannungswandler mit mehreren axial nebeneinander angeordneten und in Serie geschalteten Teilspulen mit in axialer Richtung von Teilspule zu Teilspule gestuft abnehmenden Durchmessern sowie mit Verbindungselementen für jeweils nebeneinander angeordnete Teilspulen zur Bildung eines selbsttragenden Spulenverbandes.

Bei einer bekannten Hochspannungswicklung dieser Art (DT-AS 2 113 617) sind die Verbindungselemente von am Umfang der Teilspulen verteilt angeordneten Verbindungsbrücken gebildet. Die Teilspulen sind vorzugsweise mit einem Imprägnierharz imprägniert, und die Verbindungsbrücken sind in demselben Arbeitsgang aus dem Imprägnierharz gebildet. Innerhalb der Verbindungsbrücken verlaufen auch die elektrischen Verbindungen zwischen jeweils benachbarten Teilspulen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungswicklung für Spannungswandler mit mehreren axial nebeneinander angeordneten und in Serie geschalteten Teilspulen vorzuschlagen, die sich mit noch geringerem Aufwand als die bekannte Hochspannungswicklung herstellen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Hochspannungswicklung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß die Verbindungselemente . Zylinder aus Metall oder aus metallisiertem Kunst-

Kr 22 Un / 22.6.1976

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- S VPA 76 P 575Ί- 13Kl)

nebeneinander angeordneten Teilspulen derart ausgeführt sind, daß der Außendurchmesser einer auf eine Spule lnib größerem Durchmesser folgenden TeJ!spule mit kleinerem Durchmesser höchstens so groß wie der Innendurchmesser der Teilspule mit dem jeweils grtfßeren Durchmesser ist. Im allgemeinen wird jedoch zur Erzielung einer geringen Streuimpedanz und einer günstigen Ausnutzung der elektrischen Festigkeit des Isoliergases angestrebt, die einzelnen Teilspulen in axialer Richtung nebeneinander, jedoch im Durchmesser weniger unterschiedlich als eben boschrieben auszuführen. In. diesem Falle sind die Zylinder jeweils an ihren die Teilspulen umfassenden Enden trichterförmig aufgeweitet.

Die Toilspulen können bei der erfindungrgemäßcn Iiochspannungswicklung in unterschiedlicher Weise hergestellt sein. So wird es als vorteilhaft angesehen, die die Tcil.spulen tragenden Enden der Zylinder als Spulenkörper auszunutzen. Die Tüilspulen sind clso dann auf jeweils ein Ende der Zylinder aufgewickelt, während das jeweils andere JJnde der Zylinder beim Zusammenfügen der einzelnen Toilspulen zu einem ,Spul en verband die jeweils benachbarte Teilspule mit geringerem Durchmesser außen umgreift. Bei dieser Ausbildung der erfindungsgemäßen Hochspiinnungowicklung wird von den Zylindern die weitere Funktion eines f.lpulenkörperü übernommen, so daß dadurch infolge einer noch umfangreicheren liehrfachaus-nutzung der Zylinder die Herstellungskosten noch weiter absinken.

Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn bei der erfindungsgemäßen Hochsponnungswicklung jede Teilspule ein Rauteil für sich bildet und wenn die Zylinder durch eine Klemmverbindung außen auf den Teilspulen befestigt und durch eine Spreizverbindung innen gegen die Teilspulen gepreßt sind. Es können in diesem Falle die Teilspulen für sich ohne die Zylinder hergestellt werden, was vor allem aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhaft sein kann.

Eine Teilspule als Bauteil für sich läßt sich In vorteilhafter Weise dadurch herstellen, daß mit jeder Drahtwindung aus einem Runddraht Bahnen aus Isolierstoff in Form einer Kunststoffolie mit einer der Breite der Teilspule entsprechenden Breite aufgewickelt sind, wobei die Kunststoffolie in ihrer Dicke im Hinblick auf den Durchmesser des Runddrahtes so bemessen ist, daß das Ver- hO hältnis von Durchmesser zu Dicke größer als 50 ist. Eine solche

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VPA 76 Γ 3754 BKD stoff mit jeweils einem die Bildung einer Kurzscblußwindung verhindernden Schlitz, und jede Tc: j !spule innerhalb des Spulenver-"bandes ist von jeweils einem Ende eines Zylinders getragen, der mit seinem jeweils anderen Ende die jeweils benachbarte TeIlspule mit kleinerem Durchmesser außen umgibt und außen von jeweils einem Ende eines weiteren Zylinders umfaßt, der mit seinem jeweils anderen Ende die jeweils benachbarte Teilspule mit größerem Durchmesser trägt.

Ein A^rorteil der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung besteht darin, daß auf den Tei!spulen am äußeren und am inneren Umfange zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Spannungsverteilung "bisher vorgesehene Schirmringe eingespart werden können, weil die" Funktion der Schirmringo von den Zylindern aus Metall oder netallisisrtem Isolierstoff, d. h. mit einem leitenden Überzug versehenen Isolierstoff, mit einem beispielsweise axial oder spiralig " vorlaufenden Schlitz zur Vermeidung einer Kurzschlußwindung mit übernommen wird. Die Zylinder der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung dienen daher nicht nur als mechanische Verbind\mgsele-

?.O mente für die Teilspulen, sondern bilden auch gleichzeitig Kapazitäten, mittels denen eine gleichmäßige Stoßspannungsvertcllung und ein günstiges Eigenresonanzverhalten erreichbar ist. Außerdem können sie bei entsprechender Ausgestaltung zur Feldsteuerung dienen, um Stellen überhöhter elektrischer Feldstärke zu venneiden. Die erfindungsgemäße Hochspannungswicklung ist auch verhältnismäßig kostengünstig herstellbar, v/eil besondere Schirmringe nicht erforderlich sind.

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Hochspannungswicklung dann, wenn die jeweils einem Zylinder benachbarten Spulenenden jeweils zweier nebeneinander angeordneter Teilspulen galvanisch mit dem Zylinder verbunden sind. Es braucht dann keine besondere Verbindungsleitung zur elektrischen Serienschaltung der Teilspulen zwischen jeweils benachbarten Teilspulen vorgesehen zu sein, weil als elektrische Verbindung der jeweilige Zylinder mit ausgenutzt wird. Dies führt zu einer v/eiteren Senkung der Herstellungskosten.

Die Zylinder der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung können als gerade Kreiszylinder ausgebildet sein, wenn die einzelnen

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Teilspule läßt sich verhältnismäßig einfach herstellen, v/eil der Runddraht zusammen mit der Kunststoffolie kontinuierlich aufgewickelt werden kann. Ein v/eiterer Vorteil einer in solcher Weise hergestellten Teilspule besteht darin, daß die einzelnen Drahtwindungen formschlüssig von der Kunststoffolie umfcßt sind, so daß nicht die Gefahr besteht, daß die jeweils äußeren Drahtwindungen aus der Teilspule herausgleiten.

Insbesondere im Hinblick darauf, daß bei Verwendung von ein Bauteil für sich bildenden Tcilspulen die Teilspulen selbsttragend sein sollen, um die Hontage zu erleichtern, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn jede Teilspule einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird; durch dabei erzeugte Schrumpfkräfte der Kunststofffolio bildet sich dann eine kompakte, selbsttragende »%>ule.

Um eine lineare Kfipazitätsverteilung über die erfinclungsgesiäße Kochspannungswicklung zu erreichen, können in an sich bekannter Weise die Breite der Teilspulen mit wachsendem Durchmesser vermindert v/erden.

Im Hinblick auf eine möglichst einfache Fertigung der erfindungsgemäßen Kochspannungswicklung erscheint es jedoch vorteilhafter, Teilspulen mit gleichem Wicklungsquerschnitt zu verwenden und eine von der Teilspule mit dem größten Durchmesser getragene Elektrode so auszugestalten, daß sie sich zur Teilspule mit dem kleinsten Durchmesser hin verjüngt oder erweitert. Gleiche Kapazitäten sind dann nur durch eine entsprechende Ausbildung dieser einen Elektrode erreicht, während die einzelnen Teilspulen gleichen Wicklungsquerschnitt aufweisen.

Aus fertigungstechnischen Gründen kann es gegebenenfalls auch vorteilhaft sein, wiederum Teilspulen mit gleichem Wicklungsquerschnitt zu verwenden, jedoch die Breite der Zylinder so zu wählen, daß sie mit wachsendem Durchmesser abnimmt; von der Teilspule mit dem größten Durchmesser ist eine sich über fast den gesamten Spulenverband erstreckende, zylindrische Elektrode getragen. Um die über die Teilspulen bei dieser Ausbildung hinausstehenden Enden der Zylinder abzustützen, ist, da zylindersymmetrische B¹ elder vorliegen, dis Verwendung von einfachen Scheibenstützern vor-

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VPA 76 P 3754 BRD Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 4 jeweils im Schnitt schenatische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Hochspannungswicklung dargestellt.

Die in der Figur 1 im Schnitt dargestellte eine Hälfte einar Hochspannungswicklung 1 enthält Teilspulen 2, 3, 4 und 5, die in Richtung der Wicklungsachse 6 nebeneinander angeordnet sind. Die Teilspulen 2 bis 5 sind in Richtungjder Wicklungsachse 6 im Durchmesser abnehmend derart gestuft, daß der Innendurchmesser einer Teilspule (z. B. 2) mit einem jeweils größeren Durchmesser dem Au.Oendurchmosser der nächstfolgenden Teilspule (z. B. 3) mit kleinerem Durchmesser entspricht. Die Verbindung der Teilspulen 2 bis 5 untereinander kann daher mittels gerader Zylinder 7, 8 und 9 erfolgen.

Die Zylinder 7 bis 9 sind jeweils so angeordnet, daß beispielsweise ein Zylinder 8 mit seinem jeweils einen Ende 10 die Teilspule 3 trägt und mit seinem jeweils anderen Ende 11 die benachbarte Teilspule 4 mit kleinerem Durchmesser außen umfaßt. Die Teilspule 3 ist ihrerseits von einem Ende 12 eines weiteren Zylinders 7 außen umfaßt, der mit seinem anderen Ende 13 die benachbarte Teilspule 2 mit größerem Durchmesser trägt.

Sind die Teilspulen 2 bis 5 als Bauteile für sich hergestellt, dann sind die Zylinder 7 bis 9 beispielsweise durch Spreizung innen an den Teilspulen befestigt und durch eine Klemmverbindung außen an den Teilspulen angebracht; es entsteht daher durch die als Verbindungselemente dienenden Zylinder 7 bis 9 ein selbst-' tragender Spulenverband.

Sind die dem Zylinder 7 jeweils benachbarten Enden der Teilspulen 2 und 3 beispielsweise an Punkten 14 und 15 mit dem Zylinder 7 galvanisch verbunden und ist entsprechendes mit den übrigen Zylindern 8 und 9 erfolgt, dann erfolgt über die Zylinder 7 bis 9· auch eine elektrische Verbindung zur Erzielung einer Serienschaltung der Teilspulen 2 bis 5.

Die Teilspule 5 mit kleinstem Durchmesser ist auf einem zusatzliehen Zylinder 16 aufgebracht, der an Erdpotential angeschlossen

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Ϋ VPA 76 P 3754 BRD ist. Die Teilspule 2 mit dem größten Durchmesser trägt eine Elektrode 17, die sich fast über die gesamte Länge der Hochspannungswicklung erstreckt. Diese Elektrode 17 sorgt im Zusammenwirken mit den Zylindern 7 bis 9 für eine weitgehend gleiche Kapazitätsverteilung und damit auch für eine weitgehend gleichmäßige Stoßspannungsverteilung.

Das im Schnitt in Fig. 2 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochspannungsv/icklung weist wieder mehrere Teilspulen 20, 21, 22, 23 und 24 auf, die über Zylinder 25, 26, 27 und 28 mechanisch miteinander verbunden sind. Da die Teilspulen 20 bis 24 aus elektrischen Gründen in radialer Richtung nicht jeweils um ihre volle Höhe gegeneinander versetzt angeordnet sind, sind die Zylinder an ihren jeweils die Teilspulen 21 bis 24 außen umfassenden Enden 29, 30,. 31 und 32 trichterförmig erweitert. Die Zylinder können auch in diesem Falle durch Spreizbzw. Klemmverbindungen mechanisch an den Teilspulen befestigt sein. Auch hier sind die Zylinder 25 bis 28 zur elektrischen Verbindung der einzelnen Teilspulen untereinander ausgenutzt, indem die den Zylindern benachbarten Enden der Teilspulen galvaniech mit den Zylindern verbunden sind.

Zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Kapazitätsverteilung über die Hochspannungsv/icklung wird von der Teilspule 20 mit dem größten Durchmesser eine zylindrische Elektrode 33 getragen, innerhalb der gegebenenfalls eine Sekundär- bzw. Überkopplungswicklung angeordnet werden kann, wenn die Hochspannungsv/icklung im Rahmen eines Kaskadenwandlers Anwendung finden soll. Die Teilspule 24 mit dem kleinsten Durchmesser ist auf einer weiteren Elektrode 34 angeordnet, die geerdet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die einzelnen Teilspulen der Hochspannungswicklung in an sich bekannter Weise von Trapezspulen 40, 41, 42 und 43 gebildet, die in gleicher Weise wie bei den schon behandelten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Hochspannungsv/icklung durch geschlitzte Zylinder 44, 45 und 46 mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind. Zur Erzielung einer besonders gleichmäßigen Kapazitäts- und damit auch Stoßspannungsverteilung sind die Zylinder 44 bis 46 mit wachsendem Durchmesser von der Wicklungsachse 47 in ihrer Breite ver-

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ringert. So ist der Zylinder 46 mit dem kleinsten Durchmesser am breitesten und der Zylinder 44 mit dem größten Durchmesser am schmälsten. Die Zylinder sind durch nur schematisch dargestellte Scheibenstützer 48 an ihren v/eit über die Teilspulen hinausragenden Enden 49 und 50 abgestützt,

Die unterschiedlich breiten Zylinder 44 bis 46 sorgen im Zusammenwirken mit einer von der Teilspule 40 mit größtem Durchmesser getragenen zylindrischen Elektrode 51 für eine besonders gute Vergleichmäßigung der Kapazitäts- und der Stoßspannungsverteilung.

Eine andere Möglichkeit, eine vorteilhaft gleichmäßige Kapazitätsund Stoßspannungsverteilung zu erzielen, zeigt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, wo zwar wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Teilspulen 60, 61, 62 und 63 über Zylinder 64, 65 und 66 in gleicher V/eise wie in dem genannten Ausführungsbeispiel untereinander mechanisch und elektrisch verbunden sind, wo jedoch durch eine von der Teilspule 60 mit größtem Durchmesser getragene und sich zur Teilspule 63 mit dem kleinsten Durchmesser erweiternde bzw. verjüngende Elektrode 67 im Zusammenwirken mit den Zylindern 64 bis 66 für eine gleichmäßige Spannungsverteilung gesorgt ist.

Mit der Erfindung wird eine Hochspannungswicklung für Spannungs-. wandler vorgeschlagen, die sich in vorteilhaft einfacher Weise herstellen läßt.

4 Figuren
8 Ansprüche

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Leerseite

Claims

VPA 76 P 3754 BRD Patentansprüche

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1J Hochspannungswicklung für Spannungswandler mit mehreren axial nebeneinander angeordneten und in Serie geschalteten Teilspulen mit in axialer Richtung von Teilspule zu Teilspule gestuft abnehmenden Durchmessern sowie mit Verbindungselementen für jeweils nebeneinander angeordnete Teilspulen zur Bildung eines selbsttragenden Spulenverbandes,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Verbindungselemente Zylinder (7, 8, 9) aus Metall oder aus metallisiertem Isolierstoff mit jeweils einem die Bildung einer Kurzschlußwindung verhindernden Schlitz sind und daß jede Teilspule (2, 3, 4, 5) innerhalb des Spulenverbandes von jeweils einem Ende (10) eines Zylinders (8) getragen ist, der mit seinem jeweils anderen Ende (11) die jeweils benachbarte Teilspule (4) mit kleinerem Durchmesser außen umfaßt, und außen von jeweils einem Ende (12) eines v/eiteren Zylinders (7) umfaßt ist, der mit seinem jeweils anderen Ende (13) die jeweils benachbarte Teilspule (2) mit größerem Durchmesser trägt (Fig. 1).
2. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einem Zylinder (z. B. 7) benachbarten Spulenenden jeweils zweier nebeneinander angeordneter Teilspulen (2, 3) galvanisch mit dem Zylinder (7) verbunden sind (Fig. 1).
3. Hochspannungswicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (25, 26, 27, 28) jeweils an ihren die Teilspulen (21, 22, 23, 24) umfassenden Enden (29, 30, 31, 32) trichterförmig aufgeweitet sind (Fig. 2).
4. Hochspannungswicklung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Teilspulen tragenden Enden der Zylinder als Spulenkörper der Teilspulen dienen.
5. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Teilspule (20, 21, 22, 23, 24) ein Bauteil für sich ist und daß die Zylinder (25, 26, 27, 28) durch eine Klemmverbindung außen auf den Teilspulen (21, 22, 23, 24) befestigt und durch eine Spreizverbindung innen gegen die Teilspulen (20, 21, 22, 23) gepreßt sind (Fig. 2).

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ORIGINAL INSPECTED

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6. Hochspannungswicklung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspulen (60, 61, 62, 63) gleichen Wicklungsquerschnitt aufweisen und daß eine von der Teilspule (60) mit dem größten Durchmesser getragene Elektrode (67) sich zur Teilspule (63) mit dem kleinsten Durchmesser hin verjüngt oder erweitert (Fig. 4).
7. Hochspannungswicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspulen (40, 41, 42, 43) gleichen Wicklungsquerschnitt aufweisen, daß die Breite der Zylinder (44, 45, 46) mit wachsendem Durchmesser abnimmt und daß von der Teilspule (40) mit dem größten Durchmesser eine sich über fast den gesamten Spulenverband erstreckende, zylindrische Elektrode (51) getragen ist (Fig. 3).
8. Hochspannungswicklung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die sich über die Teilspulen (41, 42) hinaus erstreckenden Zylinder (45, 46) durch Scheibenstützer (48) abgestützt sind (Fig. 3).

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