DE2841592C2 - Stufenwicklung für Transformatoren und Drosseln für sehr große Ströme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Stufenwicklungen für Transformatoren und Drosseln für sehr große Ströme aus ineinander gewickelten Teilwicklungen aus gestürzt gewickelten Scheibenspulen mit je zwei radial übereinander liegenden Leitern und einer äußeren Rückverbindung. Stufenwicklungen dienen, meist aufgeteilt in eine Grob- und eine Feinstufenwicklung, zur Einstellung der Sekundärspannung bei unterschiedlichen Lastverhältnissen.

Zur guten kapazitiven Spannungssteuerung werden Grob- und Feinstufenwicklungen häufig als ein- oder mehrlagige Lagenwicklungen mit ineinander gewickelten Lagen ausgeführt. Eine zweitägige, ineinander gewickelte Grobstufenwicklung ist in Fig. 1 dargestellt. Jede der beiden Lagen dieser Wicklung enthält zwei axial nebeneinander aufgewickelte Leiter, die so in Reihe geschaltet sind, daß der Laststrom nacheinander abwechselnd je zweimal durch jede der beiden Lagen geführt ist

Eine einlagige Feinstufenwicklung mit je zwei in Wicklungsabschnitten ineinander gewickelten Stufen zeigt F i g. 2. Die axiale Reihenfolge der Lagenabschnit-

ί te ist dabei entweder mittensymmetrisch, wenn zwei parallele Wicklungszweige vorhanden sind oder so verschachtelt, daß beim stufenweisen Abschalten die geringst möglichen, magnetischen Unsymmetrien auftreten.

ίο Die Anwendungsgrenze, insbesondere dieser einlagigen Feinstufenwicklung, wird erreicht, wenn entweder die mit Rücksicht auf die Zusatzverluste maximal zulässige, radiale Höhe des Einzelleiters oder bei großem Sielibereich und hohen Stufenwindungszahlen das maximal herstellbare Hochkantverhältnis von Höhe zu Breite im Querschnitt der Leiter erreicht ist. Wird einer dieser zulässigen oder erreichbaren Grenzwerte überschritten, muß die Stufenwicklung mehrlagig ausgeführt werden. Wegen des erforderlichen Isolationsabstandes zwischen den einzelnen Lagen einer mehrlagigen Stufenwicklung ist der radiale Platzbedarf dieser Wicklungen verhältnismäßig groß, so daß der von der Wicklung benötigte Raum nicht optimal genutzt ist.

Für Stammwicklungen von Leistungstransformatoren ist durch das Buch von Küchler »Die Transformatoren« (1956), insbesondere durch die Abbildungen 247a bis c auf Seite 276, die Anwendung von Sturzwicklungen in einer Scheibenspulenwicklung bekannt. Diese Scheibenspulenwicklungen dienen in Hochspannungswicklungen

jo an deren Eingang zur Spannungssteuerung und sind häufig aus radial übereinanderliegenden, elektrisch parallel geschalteten Leitern aufgebaut. Zur Erzielung bestimmter Spannungsverteilungen in derartigen Wicklungen sind verschiedene Anordnungen bekannt, wo·

J5 nach beispielsweise gemäß der US-PS 35 69 883 im Bereich von inneren Verbindungsleitungen zwischen benachbarten Scheibenspulen die radiale Lage von übereinandergewickelten Leitern wechselt und wonach beispielsweise gemäß der US-PS 35 82 850 in einer aus

■»ο vier Scheibenspulen bestehenden Teilwicklung aus zwei elekfisch und räumlich parallelen Leitern die letzte Windung des ersten Leiters in dor letzten Scheibenspule über eine Rückverbindung an die erste Windung des zweiten Leiters in der ersten Scheibenspule angeschlos-

4) sen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Stufenwicklungen, die aus den oben beschriebenen Gründen nicht einlagig ausführbar sind, eine möglichst kompakte und hinsichtlich ihrer Anwendungsgrenzen flexible Anordnung für Stufenwicklungen zu schaffen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst.

— daß die Anzahl der Scheibenspulen einer Teilwicklung der halben Stufcnwindungszahl entspricht und

— daß die Rückverbindung zwischen der lelzlen Windung des ersten Leiters und der ersten

Windung des zweiten Leiters jeder Teilwicklung angezapft und ebenso wie deren Eingang und Ausgang mit dem Stufenwähler verbunden ist.
Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist bo vorgesehen, daß Eingang, Rückverbindung und Ausgang jeder einzelnen Teilwicklung angenähert auf einer achsparallelen Geraden liegen und daß ausgehend von der Teilwicklung mit der Anzapfung »Null« in Achsrichtung nach beiden Seiten abwechselnd die Teilwicklungen der folgenden Feinstufen angeordnet sind und daß die Enden der so aufgebauten Feinstufenwicklung von je einer Hälfte der Grobstufenwicklung flankiert sind, wobei die Grobstufenwicklung aus den

gleichen Teilwicklungen aufgebaut ist wie die Feinstufenwicklung.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung bestehen auch darin, daß zwischen den einzelnen Teilwicklungen radiale Kühlkanäle vorgesehen sind, zu deren Ergänzung unter Verzicht auf weitere radiale Kühlkanäle ein axialer Kühlkanal zwischen die beiden Windungen der Scheibenspulen eingebaut ist uiid daß die Leiter zur zusätzlichen Erhöhung der Windungskapazität und damit der Stoßspannungsfestigkeit mit einer möglichst dünnen Schicht aus Aramid-Isolierstoffen umsponnen sind.

Die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung ist sehr vorteilhaft, denn sie ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau aus Leitern mit in radialer Richtung der Wicklung kleinen Leiterquerschnittsabmessungen, so daß einerseits eine einfache und gute Verarbeitbarkeit der Leiter gewährleistet ist und andererseits die auftretenden Zusatzverluste sehr niedrig bleiben.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung näher erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 eine bekannte Anordnung ^rür eine zweilagige, ineinander gewickelte Grobstufenwicklung,

F i g. 2 eine bekannte Anordnung für eine einlagige Feinstufenwicklung mit je zwei ineinander gewickelten Stufen,

F i g. 3a zeigt eine Teilwicklung der bekannten Anordnung gemäß Fig. 2 in größerer Darstellung und

F i g. 3b eine Teilwicklung mit der gleichen Windungszahl, jedoch in erfindungsgemäßer Anordnung,

Fig.4 ist die Darstellung einer Teüwicklung mit größerer Windungszahl und axialem Kühlkanal in erfindungsgemäßer Anordnung,

F i g. 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer sogenannten Schaltröhre, bestehend aus einer Vielzahl von Feinstufenwicklungsabschnitten und einer Grobstufenwicklung in erfindungsgemäßer Anordnung.

Bei bekannten Anordnungen sind, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, um einen Kern K die zwei Lagen einer Grobstufenwicklung mit den Anschlüssen A und E und/oder eine einlagig ausgeführte Feinslufenwicklung aus den Feinstufenteilwicklungen Fl bis F 5 sowie FV bis F5' angeordnet. Jede der Feinstufenwicklungen Fist aus zwei in Achsrichtung nebeneinander liegenden Leitern gewickelt und hat drei Stufenanschlüsse S zum Anschluß an die entsprechenden Kontakte eines Feinstufenwählers. Die Feinstufenlagenwicklung gemäß F i g. 2 ist mittensymmetrisch ausgeführt, so daß auch das von ihr erzeugte Magnetfeld mittensymmetrisch ist.

Eine einzelne Teilwicklung der Feinstufenlagenwicklung gemäß F i g. 2 ist in F i g. 3a in größerem Maßstab wiedergegeben. Diese Teüwicklung F umfaßt die Windungen 1 bis 20, die von zwei axial nebeneinander liegend aufgewickelten Leitern gebildet werden. Diese Windungen sind nun so geschaltet, daß oer Laststrom zunächst die zehn Windungen 1 bis 10 des ersten Leiters durchströmt und dann über eine Rückverbindung R zur Windung 11 des zweiten Leiters geführt ist. Dadurch liegt zwischen benachbarten Windungen jeweils die zehnfache Windungsspannung, so daß eine gute Windungskapazität erzielt ist.

Eine elektrisch mindestens gleichwertige Wicklungsanordnung aus ebenfalls zwanzig Windungen von zwei räumlich parallel zueinander liegenden Leitern wird

ίο durch eine Anordnung gemäß F i g. Jb geschaffen. Diese letztgenannte Anordnung ist jedoch infolge der geringeren Abmessung in Achsrichtung wesentlich kompakter ausführbar. Die Teüwicklung F gemäß Fig. 3b ist aus fünf Scheibenspulen mit je zwei Windungen von je zwei Leitern aufgebaut. Die beiden Leiter liegen radial übereinander und wechseln jeweils im Bereich der Verbindungsleitungen von einer Scheibenspule zur nächsten ihre radiale Position. Die einzelnen Windungen 1 bis 20 dieser Teüwicklung F werden daher in der angegebenen Reihenfolge vom Laststrom durchflossen. Die Teüwicklung F kann sowohl für eine einzige Feinstufe als auch für zwei Feinstufen je nach erforderlicher Windungszahl je Stufe eingesetzt werden. Dabei dienen Anschlüsse Sn. S

>5 (n +· I) und S(O + 2) zum Anschluß der Feinstufenwicklung an den Stufenwähler eines Stufenschalter.

Fig. 4 zeigt eine Teüwicklung F mit einer größeren Windungszahl als die Anordnung in Fig. 3b, wobei jedoch wiederum in jeder Scheibenspule nur je zwei

«ι Windungen von je zwei Leitern enthalten sind. Zur Verbesserung der Kühlung dieser Teüwicklung F ist jedoch zwischen den beiden Windungen der einzelnen Scheibenspulen ein zusätzlicher axialer Kühlkanal Z vorgesehen, so daß jeder Leiter unmittelbar vom

i") Kühlstrom berührt wird. Zur weiteren Verbesserung der Kühlwirkung und gleichzeitig zur Erhöhung der Windungskapazität ist die Leiterisolation dabei aus Aramid-Isolierwerkstoff aufgebaut.

Durch die kompakte Ausführung der Teilwicklungen F der Feinstufenwicklung ist auch ein Aufbau der Stufenwicklung gemäß F i g. 5 möglich, bei dem die Feinstufenwicklung von je einer Hälfte der Grobstufenwicklung in Achsrichtung flankiert sind. Zweckmäßig sind dabei die beiden Hälften der Grobstufenwicklung aus den gleichen Teilwicklungen aufgebaut wie die Feinstufenwicklung, so daß die Stufenwicklungen eine einzige, gleichmäßig aufgebaute Wicklungsröhre darstellen, in dieser Wicklungsröhre sind die beiden Grobstufenwicklungshälften durch eine Grobstufenrückverbindung RG miteinander verbunden. Die Grobstufenanschiüsse A und ßdienen zum Anschluß an einen nicht dargestellten Wender und die Feinstufenanschlüsse 50 bis 5 10 dienen zum Anschluß an einen ebenfalls nicht dargestellten Feinstufen wähler in einer Stufen

■35 schalteinrichtung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Stufenwicklung für Transformatoren und Drosseln für sehr große Ströme aus ineinander gewickelten Teilwicklungen aus gestürzt gewickelten Scheibenspulen mit je zwei radial übereinander liegenden Leitern und einer äußeren Rückverbindung, dadurch gekennzeichnet,

— daß die Anzahl der Scheibenspulen einer Teilwicklung der halben Stufenwindungszahl entspricht und

— daß die Rückverbindung zwischen der letzten Windung des ersten Leiters und der ersten Windung des zweiten Leiters jeder Teilwicklung angezapft und ebenso wie deren Eingang und Ausgang mit dem Stufenwähler verbunden ist.

2. S'ufenwicklung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Eingang, Rückverbindung und Ausgang jeder einzelnen Teilwicklung angenähert auf einer achsparallelen Geraden liegen.

3. Stufenwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der Teilwicklung mit der Anzapfung »Null« in Achsrichtung nach beiden Seiten abwechselnd die Teil-vicklungen der folgenden Feinstufen angeordnet sind und daß die Enden der so aufgebauten Feinstufenwicklung von je einer Hälfte der Grobstufenwicklung flankiert sind.

4. Stufenwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grobstufenwicklung aus den gleichen Teilwicklungen aufgebaut ist wie die Feinstufenwicklung.

5. Stufenwicklung nach einem der Ansprüche I bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Teilwicklungen radiale Kühlkanäle vorgesehen sind und daß zu deren Ergänzung unter Verzicht auf weitere radiale Kühlkanäle ein axialer Kühlkanal jeweils zwischen die beiden Windungen der Scheibenspule eingebaut ist.

6. Stufenwicklung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter zur zusätzlichen Erhöhung der Windungskapazität und damit der Stoßspannungsfestigkeit lediglich mit einer dünnen Schicht aus Aramid-Isolierstoffen umsponnen sind.