DE4236975C2 - Stufenwicklung für Transformatoren und Drosselspulen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Transformatoren und Drosselspulen mit Stufenwicklungen, bei denen die Einstellung der erforderlichen Betriebsspannungen mit Hilfe von Stufenschaltwerken erfolgt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Üblicherweise sind in Transformatoren und Drosselspulen mit Stufenwicklungen diese mit den zugehörigen Stammwicklungen in Reihe geschaltet. Dabei können diese Stufenwicklungen je nach Erfordernis nur aus einer Feinstufe oder aus Grob- und Feinstufe bestehen. Für die Feinstufenwicklung werden in der Praxis verschiedene Ausführungen angewendet. Eine davon ist die ein- bzw. mehrlagige Wicklung mit ineinander verschachtelten Stufen und an den Lagenenden angeschalteten Anzapfungen. Sie kann als radial innen oder außenliegende Feinstufe mit im oberen und unteren Spulenaufbau angeordneten Ausleitungen der Stufenanzapfungen ausgeführt sein.

Im Folgenden soll davon die Ausbildung als einlagige radial außenliegende Feinstufe, wie beispielsweise in der DE-AS 12 82 172 dargestellt, näher behandelt werden.

In der Zeichnung ist in Fig. 3 die Abwicklung einer solchen im Wicklungsblock eines Schenkels radial außen liegenden Feinstufenlage 1 mit neun Stufen im Bereich ihrer axialen Enden 2, 3 dargestellt. Bei ihr sind neun Leiter axial nebeneinander liegend gleichzeitig als Gruppe 4 bzw. 5 in Form einer Spirale gewickelt.

Mittels Umleitungen 6 sind die am axial oberen Lagenende 2 herausgeführten Leiterenden 7 mit den am unteren Lagenende 3 herausgeführten Leiterenden 8 derart miteinander verbunden, daß sämtliche Leiter in Reihe geschaltet sind und zwischen den axial nebeneinander liegenden Leiterenden 7 sowie 8 eine Spannungsdifferenz liegt, die der einer bzw. zweier Stufen der Feinstufe entspricht.

Die Ein- und Ausgänge der Stufen der Feinstufe werden durch die Verbindungsstellen der Leiterenden 7, 8 mit den Umleitungen 6 gebildet.

Sie sind in der Fig. 3 mit 1′ . . . 10′, bezeichnet. An den Löt- bzw. Quetschstellen 9 sind die zum Stufenschaltwerk führenden Ableitungen 10 mit den Umleitungen 6 galvanisch verbunden. Zum Ausgleich der axialen Steigung sowie zur Schaffung eines einheitlichen elektrischen Potentials an den Feinstufenlagenenden 2 und 3 sind an diesen elektrisch leitfähige Lagenendringe 11 und 12 vorgesehen. Aus konstruktiven und fertigungstechnischen Gründen sind die Lagenendringe 11 und 12 an einem der ihnen axial benachbart liegenden Leiter angelenkt. Bei dem in Fig. 3 gezeichneten Beispiel ist dieses für den Lagenendring 11 das Potential der Stufen 8′ bzw. 9′. Eine solche Ausbildung - gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs - ist beispielsweise in der DE-AS 12 39 007 beschrieben, wobei der hier nicht leitfähige Lagenendring (Stützzylinder) für die zu einer Gruppe gehörenden Leiterenden zusätzlich noch abgestuft ist. Die Schaffung des einheitlichen Potentials an den Feinstufenlagenenden wird hier von einer zusätzlichen ringförmigen Elektrode übernommen. Von Nachteil ist bei allen bekannten Feinstufen in einlagiger Ausführung die große Potentialdifferenz zwischen den Leiterenden 7 sowie 8 zu den Lagerendringen 11 bzw. 12. So beträgt die maximale Potentialdifferenz bei der Feinstufenausführung nach Fig. 3 zwischen der Stufe 1′ und dem Lagenendring 11 sowie zwischen der Stufe 2′ und dem Lagenendring 12 je nach seiner Anlenkung sieben bzw. acht Stufenspannungen. Bei großem Einstellbereich der Stufenwicklung und großer Isolationsspannung des Transformators treten insbesondere bei Blitzspannungsbeanspruchungen dieser an den genannten Strecken der Feinstufenlage 1 wegen der elektrischen Ausgleichsvorgänge um ein Vielfaches größere Spannungen als bei Linearbeanspruchung auf, die isoliertechnisch schwer oder nicht zu beherrschen sind.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösungen besteht nach der in Fig. 3 gezeichneten einlagigen Feinstufe in der ungünstigen Ausführung des elektrisch leitenden Lagenendringes 12. Dieser muß zur Halterung der Leiterenden 8 mit einer rückläufigen Spitze 13 versehen sein, die

• - im Grundkörper des Lagenendringes kompliziert zu fertigen,
• - nur unter großem Aufwand mit einem leitfähigen Band zu umwickeln und anschließend mit Papier zu isolieren und
• - beim Wickeln der Feinstufenlage schwer zu montieren ist.

Das technische Problem

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine radiale außenliegende Stufenwicklung, bestehend aus einer Grob- und einer Feinstufenlage zu finden, die einen geringen isoliertechnischen Aufwand innerhalb der Feinstufenlage und zwischen dieser und der Grobstufenlage erfordert, und bei der die Lagenendringe technologisch einfach herstellbar sowie die Umleitungen der Feinstufenlage kreuzungsfrei angeordnet sind.

Die Lösung des Problems

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe bei einer Stufenwicklung mit Grob- und Feinstufe, bei der die Feinstufe als radial außen liegende, einlagige Wicklung ausgeführt ist und die zu einer Gruppe gehörenden Leiterenden an einem Ende der Feinstufenlage auf einer zusammenhängenden, zur Wicklungsachse geneigten Ebene liegen, wobei der zugehörige, elektrisch leitende Lagenendring die Form dieser geneigten Ebene aufweist und mit dem ihm axial benachbart liegenden Leiter galvanisch verbunden ist, durch die kennzeichnenden Maßnahmen nach dem Patentanspruch gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der an den Enden der Feinstufe liegenden Stufen im Inneren der Gruppe der gemeinsam gewickelten Leiter wird erreicht, daß die axial außen liegenden Leiter der Gruppe Stufen zugeordnet sind, die räumlich im Inneren der Feinstufe liegen: Damit ist es möglich, die an den Feinstufenlagenenden angeordneten Lagenendringe nicht am Eingang bzw. Ausgang der Feinstufe oder einer diesen benachbart liegenden Stufen anzulenken, sondern an einer weiter innerhalb der Feinstufe liegenden Stufe, wodurch die Stufendifferenz zwischen den Lagenendringen und den ihnen benachbart liegenden Stufen auf etwa die Hälfte der bei bekannten Anordnungen auftretenden Stufen verringert ist.

Bei der in Fig. 3 angegebenen Feinstufenlage mit n=9 Stufen ist die Stufendifferenz bei Anwendung der Erfindung von 7-8 Stufen auf

reduziert. Mit der Verringerung der Stufendifferenzen werden gleichzeitig die Spannungsdifferenzen zwischen den Lagenendringen und den Leiterenden auf etwa die Hälfte reduziert, was insbesondere bei Blitzspannungsbeanspruchungen der Transformatoren und Drosselspulen von großem Vorteil ist. So kann die Isolierung zwischen den genannten Teilen vermindert, der Arbeitsaufwand verringert und die Betriebssicherheit der Transformatoren erhöht werden.

Des weiteren wird durch die erfindungsgemäße, an einem Feinstufenlagenende ausgeführte Anordnung der Leiterenden einer Gruppe auf zwei in Wicklungsumfangsrichtung sowie axial direkt nebeneinander liegende, zur Wicklungsachse geneigte Ebenen erreicht, daß bei der erforderlichen Anordnung der Stufen innerhalb der Gruppe die an beiden Feinstufenlagenenden einander axial direkt gegenüber liegenden Leiterenden durch kreuzungsfrei angeordnete Umleitungen miteinander verbunden werden können.

Hierdurch wird der Abstand zwischen den Wicklungen und den Kesselwänden wesentlich verringert, wodurch das Ölvolumen, die Kesselabmessungen und das Gewicht des Transformators wesentlich verkleinert werden. Außerdem können die Feinstufenlagenenden und die axial benachbart liegenden Spulenaufbauten einfacher gestaltet, die Arbeitsbedingungen bei der Verlegung der Umleitungen verbessert und Fertigungszeiten verringert werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der Anordnung der Leiterenden auf zwei Ebenen statt einer großen Potentiallücke, wie es bei den bekannten Leiteranordnungen der Fall ist, nun zwei kleine vorhanden sind. Dadurch werden der Durchgriff des elektrischen Feldes der radial darunter liegenden Lage wesentlich verringert und die elektrischen Feldstärken an den Kanten der Leiterenden sowie dem Lagenendring derart verkleinert, daß eine Ausführung des Lagenendringes mit rückläufigen Spitzen nicht erforderlich ist.

Eine weitere Verbesserung an diesem Feinstufenlagenende wird durch die erfindungsgemäße räumliche Zuordnung des mit Potentiallücken behafteten Endes der Feinstufenlage radial gegenüber dem Ausgang der Grobstufe erreicht. Hierdurch wird die Potentialdifferenz zwischen den Enden der Fein- und Grobstufenlage derart verringert, daß eine Ausführung des Feinstufenlagenendes mit den zwei Potentiallücken möglich ist. Durch die gefundenen Anordnungen wird erreicht, daß die Stufenwicklungen auch bei kleinen Leistungen und großen Isolationsspannungen der Transformatoren und Drosselspulen mit nur einer Grob- und einer Feinstufenlage ausgeführt werden können.

Dieses hat den Vorteil, daß insbesondere bei kleinen Leistungen die Lagen eine genügend große radiale Breite erreichen, wodurch die mechanische Stabilität und damit die Kurzschlußfestigkeit dieser Wicklung verbessert werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1: die Abwicklung einer Feinstufenlage 1 analog zur Fig. 3, und Fig. 2: einen Teil eines Wicklungsblockes eines Schenkels. Die Fig. 1 zeigt die Abwicklung einer im Wicklungsblock eines Schenkels radial außen angeordneten Feinstufenlage 1 im Bereich ihrer axialen Enden 2 und 3, bei der wie in Fig. 3 dargestellt, neun Leiter axial nebeneinander liegend als Gruppe 4 bzw. 5 in Form einer Spirale gewickelt sind. Mittels Umleitungen 6 sind die am axial oberen Feinstufenlagenende 2 liegenden, zu einer Gruppe 4 gehörenden Leiterenden 7 mit den am unteren Feinstufenlagenende 3 liegenden, ebenfalls zu einer Gruppe 5 gehörenden Leiterenden 8 derart miteinander verbunden, daß sämtliche Leiter in Reihe geschaltet sind. Die Verbindungsstellen bilden gleichzeitig die Ein- bzw. Ausgänge der einzelnen Stufen und sind in Fig. 1 ebenfalls mit 1′ . . . 10′ bezeichnet.

An den Verbindungsstellen 9 sind die zum Stufenschaltwerk führenden Ableitungen 10 mit den Umleitungen 6 galvanisch verbunden. Zum Ausgleich der axialen Steigung sind an den Feinstufenlagenenden 2 und 3 elektrisch leitfähige Lagenendringe 11 und 12 angeordnet. Der am oberen Feinstufenlagenende 2 angeordnete Lagenendring 11 ist an dem ihm axial benachbart liegenden Leiter der Stufe 6′ und der am unteren Feinstufenlagenende 3 angeordnete Lagenendring 12 mit dem ihm am entferntesten liegenden Leiter der Stufe 5′, der unmittelbar axial benachbart angeordneten Gruppe 5, galvanisch verbunden.

Durch diese erfindungsgemäße Anlenkung der Lagenendringe 11 und 12 und die erfindungsgemäße Anordnung der Stufen innerhalb einer Gruppe 4 bzw. 5 wird erreicht, daß zwischen den Lagenendringen 11 und 12 und den ihnen benachbart liegenden Stufen eine maximale Differenz von nur vier Stufen auftritt. Da die Größe der an der Feinstufenlage 1 auftretenden Wechsel- und Blitzspannungen proportional mit der Anzahl der Stufen veränderlich ist, erreichen die Spannungsbeanspruchungen an den Isolierstrecken Lagenendring 11 bzw. 12 und den Leiterenden 7 bzw. 8 kleinere Werte, so daß diese Strecken bei gleicher Spannungsfestigkeit mit geringeren Isolierungen versehen werden können.

Durch die Anordnung der Leiterenden 8 am unteren Feinstufenlagenende 3 auf zwei Ebenen und die der Leiterenden 7 bzw. 8 innerhalb der Gruppen 4 und 5 wird eine kreuzungsfreie Verlegung der Umleitungen 6 zwischen dem unteren Feinstufenlagenende 3 und dem oberen Feinstufenlagenende 2 erreicht.

Des weiteren führt die Anordnung der Leiterenden 8 auf zwei Ebenen und die technologisch vorteilhafte geometrische Gestaltung des Lagenendringes 12 ohne rückläufige Spitzen am unteren Feinstufenlagenende 3 zu zwei kleinen Lücken 14 und 15. Wegen der geringen Lückenabmessungen ist der Durchgriff des elektrischen Feldes der radial darunter liegenden Wicklungen sehr klein, wodurch die elektrischen Feldstärken an den Leiterenden 8 und dem Lagenendring 12 nur unwesentlich vergrößert werden.

In der Fig. 2 ist ein Teil des Wicklungsblockes eines Schenkels mit einer Feinstufenlage 1, einer radial darunter liegenden Grobstufenlage 16 und der radial unter dieser angeordneten Stammwicklung 17 dargestellt. Das mit den Lücken 14 und 15 behaftete Feinstufenlagenende 3 liegt hierbei dem Ausgang der Grobstufe, d. h. dem Ende der Grobstufenlage 18, und das lückenlos ausgeführte Feinstufenlagenende 2 dem Eingang der Grobstufe, d. h. dem Grobstufenlagenende 19 direkt radial gegenüber. Damit liegt das lückenbehaftete Feinstufenlagenende 3 an dem Wicklungsende mit der geringen Spannungsdifferenz zwischen den Lagenenden (3 und 18) und das lückenlose Feinstufenlagenende 2 an dem mit der größeren Spannungsdifferenz zwischen den Lagenenden (2 und 19), was für die Größe der an den Leiterenden 8 und dem Lagenendring 12 auftretenden elektrischen Feldstärken von Vorteil ist.

Claims (1)

1. Stufenwicklung für Transformatoren und Drosselspulen mit Grob- und Feinstufe, bei der die Feinstufe als radial außen liegende, einlagige Wicklung ausgeführt ist und die zu einer Gruppe gehörenden Leiterenden an einem Ende der Feinstufenlage auf einer zusammenhängenden, zur Wickelachse geneigten Ebene liegen, wobei der zugehörige, elektrisch leitende Lagenendring die Form dieser geneigten Ebene aufweist und mit dem ihm axial benachbart liegenden Leiter galvanisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

   • - daß die am Ein- und Ausgang der Feinstufe liegenden Stufen durch solche Leiter gebildet sind, die im Inneren der Gruppe der gemeinsam gewickelten, axial nebeneinander angeordneten Leiter liegen,
   • - daß am unteren Ende der Feinstufenlage die zu einer Gruppe gehörenden Leiterenden auf zwei Ebenen gleicher Neigung aufgeteilt sind und der zugehörige, elektrisch leitende weitere Lagenendring eine Abstufung aufweist, derart, daß er dieser Aufteilung in zwei Ebenen entspricht, unter Vermeidung rückläufiger Spitzen ohne Schrägung ausgeführt und mit dem am entferntesten liegenden Leiter der unmittelbar axial benachbart angeordneten Gruppe galvanisch verbunden ist,
   • - daß der Neigungswinkel der Ebenen zur Wicklungsachse an beiden Enden der Feinstufenlage der gleiche, jedoch mit jeweils entgegengesetztem Vorzeichen ist, und
   • - daß das in zwei Ebenen gegliederte andere Ende der Feinstufenlage mit seinem stufenförmigen Lagenendring dem Ende der Grobstufenlage gegenüberliegt.