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Wicklung für Transformatoren,
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Drossel spulen oder dergleichen Die Erfindung bezieht sich auf eine
Wicklung für Transformatoren, Drosselspulen oder dergleichen aus Bandleitern.
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Es ist bekannt, diese Bandwicklungen aus fertigungstechnischen Gründen
und zur Verminderung der Kurzschlußkräfte vor allem in Leistungstransformatoren
mit größeren Nennleistungen zu verwenden. Je nach Bauart des Transformators werden
entweder beide Wicklungen oder nur die Unterspannungswicklung als Bandwicklung ausgeführt.
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Das Problem bei dieser Ausbildung mit Bandwicklungen besteht darin,
daß derartige Transformatoren erhebliche lastabhängige Zusatzverluste aufweisen.
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Diese stehen den sonstigen Vorzüge der Bandwicklung als wesentlicher
Mangel gegenüber, der sich mit zunehmender Nennleistung immer stärker bemerkbar
macht.
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Für die Zusatzverluste gibt es eine Reihe von Ursachen. Ein Teil entsteht
durch die Verdrängung des Belastungsstromes in Richtung auf die Ränder des Bandes.
Das Axialfeld ruft vor allem in dickeren Zuleitungen, aber auch in der Bandwicklung
Wirbelströme hervor.
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Ein wesentlicher Teil der Zusatzverluste wird durch das magnetische
Feld der Ströme in den Zuleitungen erzeugt. Es verursacht einerseits Wirbelströme
in der Bandwicklung und zum anderen Stromverdrängungserscheinungen in den Zuleitungen
selbst. Diese beiden Beiträge zu den Zusatzverlusten wachsen mit der Durchflutung,
die der sich in axialer Richtung ändernde Zuleitungsstrom bildet. Die Unterspannungswicklung
wird wegen ihrer größeren Ströme stets am stärksten von dieser Erscheinung betroffen.
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Die bisher bekannt gewordenen Abhilfemaßnahmen erstrecken sich allein
auf die Stromverdrängungserscheinungen an den Bandrändern.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, Wicklungen der gattungsgemäßen Art
zu schaffen, die eine Herabsetzung der Zusatzverluste auf einfache Weise ermöglicht.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die
Wicklung mindestens aus zwei Teilspulen gebildet ist, die in axialer Richtung aufeinanderfolgend
angeordnet sind und die aufeinanderfolgenden Teilspulen jeweils einen entgegengesetzten
Wicklungssinn - rechtswendig und linkswendig - aufweisen und daß die äußeren und
inneren Ausleitungen der aufeinanderfolgenden Teilspulen jeweils gebündelt aus der
Wicklung herausgeführt und zur Addition der Durchflutung der Teilspulen die Ausleitungen
in elektrischer Parallelschaltung der Teilspulen verbunden werden.
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Durch die Bildung von Teilspulen wird der Strom in der Zuleitung zu
einer Teilspule auf einen Bruchteil des Wicklungsstromes herabgesetzt. Der Wechsel
des Wickelsinnes bewirkt, daß in jedem Ausleitungsbündel die Ausleiter benachbarter
Teilspulen entgegengesetzt gerichtete Ströme führen. Auf diese Weise wird die für
das magnetische Feld des Ausleitungsbündels maßgebende Durchflutung herabgesetzt,
und zwar geht bei der Verwendung von n gleichen Teilspulen die Ampliq tude der in
axialer Richtung veränderlichen Durchflutung auf den n-ten Teil des Wicklungsstromes
zurück.
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Die vom magnetischen Feld der Zuleitungsströme verursachten Zusatzverluste
vermindern sich daher in diesem Fall etwa mit dem Faktor 1/n2. Die verlustesenkende
Wirkung erhöht sich somit mit der Anzahl der Teilspulen. Jedoch muß gleichzeitig
Platzbedarf und Fertigungsaufwand berücksichtigt werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung führt dazu, die Zuleitungen zu den
Teilspulen mit kleineren Querschnitten auszustatten. ueber die bereits genannten
Vorteile hinaus ergibt sich hierdurch zusätzlich eine wesentliche Verminderung der
Zusatzverluste in den Zuleitungen
infolge des Axialfeldes, deren
Größe dem Quadrat der Leiterdicke proportional ist. Insgesamt ist die Anordnung
somit geeignet, die Zusatzverluste in Transformatoren und Drosselspulen mit Bandwicklung
beträchtlich zu senken.
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Um eine günstige Fertigung zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß die
Teilspulen jeweils die gleiche axiale Höhe aufweisen.
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Ferner ist zur Problemlösung des steigendenden Platzbedarfs und Fertigungsaufwandes
vorgesehen, daß bei der Anordnung mit mehr als zwei Teilspulen die jeweils äußeren
Teilspulen eine geringere axiale Höhe als die eingeschlossenen Teilspulen aufweisen.
Eim besondere Ausführungsform wird dadurch geschaffen, daß bei der Anordnung mit
mehreren Teilspulen die jeweils äußeren Teilspulen gegenüber den eingeschlossenen
Teilspulen eine halbe axiale Höhe aufweisen. In dieser Ausführung erreicht die Durchflutung
des Ausleitungsbündels vom äußeren Rande der Wicklung, beginnend im Bereich der
Randspule, maximal deren Strom.
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Entlang der folgenden Spule wird die Durchflutung des Ausleitungsbündels
bis zu deren Mitte auf Null abgebaut und steigt anschließend wieder auf den Wert
des Stromes der Randspule mit umgekehrtem Vorzeichen. Insgesamt erreicht die in
axialer Richtung veränderliche Durchflutung maximal die Größe des Stromes einer
äußeren Spule.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit der
Aufteilung einer Wicklung in zwei Teilspulen als perspektivische Darstellung schematisch
ausgeführt. Hierbei wurde der Kern aus Übersichtsgründen fortgelassen.
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Bei der dargestellten Wicklung sind zwei Teilspulen 1 und 2 in axialer
Richtung aufeinanderfolgend angeordnet. Hierbei ist die Teilspule 1 beispielsweise
rechtswendig und die Teil spule 2 linkswendig gewickelt, so daß die Bandleiter 3
entsprechende übereinander liegende Lagen bilden.
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Die Teilspulen 1,2 sind an ihren Enden über Stromschienen 4,5 und
6,7 in elektrischer Parallelschaltung miteinander verbunden. Dabei wird zur Addition
der Durchflutung der Teilspulen 1,2 eine äußere Ausleitung der Teilspule 1 in. Form
der Stromschiene 4 mit einer inneren Ausleitung der Teil spule 2 in Form der Stromschiene
7 sowie die Stromschienen 6 und 5 als äußere und innere Ausleitung verbunden.
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Durch diese Anordnung wird der einfachste Fall einer Aufteilung geschaffen,
wobei die Zuleitungsdurchflutung e entlang der Wicklungshöhe maximal die Hälfte
des Strangstromes I erreicht. Die beiden Teilspulen 1,2 werden in herkömmlicher
Weise durch eine Zwischenlage voneinander elektrisch isoliert.
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Wie aus den eingetragenen Stromrichtungen hervorgeht, sind jeweils
eine innerhalb und eine außerhalb der Wicklung verlaufende Ausleitung 4,7 bzw.
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5,6 gleicher Stromrichtung parallel geschaltet.
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Durch Aneinanderreihen einer beliebigen geraden oder ungeraden Anzahl
von Spulen gleicher Größe mit einem von Spule zu Spule wechselnden Wickel sinn läßt
sich eine Wicklung herstellen, bei der sämtliche Spulen unter Beachtung der Stromrichtung
parallel zu schalten sind.
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Günstige Verhältnisse ergeben sich auch bei einer Wicklung mit drei
Teilspulen, wobei die Randspulen eine halbe axiale Höhe gegenüber der eingeschlossenen
Teilspule aufweisen. Auch hier wechseln Wickelsinn und Stromrichtung von Teilspule
zu Teilspule, und es sind alle Zuleitungen gleicher Stromrichtung parallel zu schalten.
Die Durchflutung 0 erreicht nur den Wert I/4. Eine derartige Anordnung ist auch
für eine beliebige gerade oder ungerade Anzahl von Teilspulen n> 2 vorteilhaft
ausführbar.
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Die Ausführung von Bandwicklungen dieser Art eignet sich bei Transformatoren
in erster Linie für die Unterspannungswicklung, weil diese aufgrund ihrer größeren
Ströme die höheren Zusatzverluste aufweist.
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Die Anwendung dieses Konstruktionsprinzips lohnt sich jedoch auch
für die Oberspannungswicklung, sofern hier aufgrund der Nennleistung und Nennspannung
höhere Ströme auftreten.