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Wicklungsanordnung für Transformatoren Die Erfindung bezieht sich
auf eine Wicklungsanordnung für Bahntransformatoren, bei denen in der Regel in der
Niedet'spannungswicklung sehr beträchtliche Ströme auftreten. Im allgemeinen hat
man bisher derartige Transformatoren als Manteltransformatoren mit Scheibenspulen
ausgeführt. Aus verschiedenen Gesichtspunkten ist es jedoch wünschenswert, für derartige
Transformatoren die Kernbauart anzuwenden und Röhrenspulen zu verwenden. Die Erfindung
bezieht sich auf die Aufgabe, derartige Transformatoren so zu gestalten, daß einerseits
günstigste Kühlbedingungen sowie Strömungsbedingungen für das Kühlmittel vorhanden
sind, andererseits bei gedrängtem Aufbau die Raumabmessungen des Transformators
so klein wie möglich bleiben und dabei eine ausreichende Kurzschlußfestigkeit vorhanden
ist. Bei Kerntransformatoren mit Röhrenspulen ergeben sich hierbei erhebliche konstruktive
Schwierigkeiten, die zum Teil dadurch begründet sind, daß beim Vorhandensein großer
Ströme auf der Niederspannungsseite eine größere Anzahl von konzentrischen Niederspannungsröhrenspulen
vorhanden sind. Man :nuß bei aderartigen Anordnungen sehr schwere Spannkonstruktionen
an der oberen und unteren Stirnseite der Transformatoren anwenden, wenn eine befriedigende
Verspannung der Wicklungsanordnung erreicht werden soll. Werden hierbei, wie an
sich bekannt, Spannbolzen zwischen den oberen und unteren Druckplatten des Transformators
vorgesehen, so ist hierdurch ein erheblicher Raumbedarf bedingt, insbesondere ergeben
sich außerordentliche Schwierigkeiten, wenn diese Spannbolzen innerhalb der konzentrisch
angeordneten Spulen liegen sollen, was aus Gründen der Festigkeit am günstigsten
wäre.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Wicklungsanordnung für Bahntransformatoren
mit einer aus Röhrenspulen aufgebauten Niederspannungswicklung, deren flachkant
aufgewickelte
Spulenleiter finit den Leiterschmal-:eiten aneinander
anstoßen oder durch dünne praktisch unzusammendrückbare Isolierschichten voneinander
getrennt sind. Die Erfindung besteht darin, daß mehrere durch an deü, Mantelflächen
liegende geschlossene Metall-Bänder zu festen Zylinderkörpern verspannte Spulen
an den Spannbändern gegeneinander abgestützt und verspannt sind.
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Die Anordnung nach, der Erfindung zeichnet sich durch eine hohe Kurzschlußfestigkeit
der Niederspannungswicklung aus, welche dadurch erreicht ist, daß jede einzelne
Röhrenspule zu einem in sich festen Zylinderkörper verspannt ist und daß mehrere
derartige Zylinderspulen in der Weise gegeneinander abgestützt und miteinander verspannt
sind, dali das aus den aneinander abgestützten bzw. gegeneinander verspannten Spulen
entstehende zusammengesetzte Spulengebilde ein wesentlich erhöhtes Widerstandsmoment
erhält. Dabei ist eine denkbar günstige Abkühlung der Spulen dadurch gewährleistet,
daß die gesamten Mantelflächen der Spulen, abgesehen von den verhältnismäßig schmalen
von Metallbändern bedeckten Stellen, freiliegen und von dem durch die Kanäle zwischen
den konzentrischen Spulen strömenden Kühlmittel bespült werden.
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Ein grundsätzlicher Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung
besteht darin, daß die Erzielung der kurzschlußsicheren Verspannung nicht von den
Spulenstirnseiten zu erfolgen braucht, wodurch schwerere Verspannkonstruktionen
vermieden werden können. Die Festlegung der Spulen kann durch verhältnismäßig leichter
bemessene Halteteile erfolgen, die die Spulen in ihrer Lage gegen Verschiebung sichern.
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Auch hinsichtlich des Abstandes der Wicklung von den Jochteilen ergeben
sich hierbei günstigere Verhältnisse, weil die Halteteile, Halteringe o. dgl. nur
kleinere Abmessungen besitzen.
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Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch eine vorteilhafte
Verbesserung der erfindungsgemäß ausgebildeten Transformatoren dadurch erreicht
werden, daß die Metallbänder finit einzelnen Spulenwindungen verbunden werden, wodurch
sie die Potentiale dieser Spulenwindungen erhalten. Diese Anordnung hat den großen
Vorteil zur Folge, daß trotz der Anwendung der Metallbänder iln Innern der Wicklungsanordnung
an den Metallbändern keine unkontrollierbaren Potentiale gegenüber dem geerdeten
Transforinatorkessel auftreten können, ebenso wie gegenüber anderen Teilen des Transformators,
z. B. der Hochspannungswicklung.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispiels
erläutert werden In Fig: i ist der Aufbau einer Wicklungsanordnung gemäß der Erfindung
wiedergegeben. In der genannten Figur ist mit io der .Kern eines Transformators
bezeichnet. Diesen @:@ern umgeben die konzentrisch zueinander 'mgeordneten Niederspannungsspulen
ii. Die einzelnen Spulen sind durch Metallbänder 1a für sich zli festen widerstandsfähigen
Zylinderkörpern verspannt. Die konzentrisch angeordneten Zylinderkörper sind im
Bereich der Bandagen fest gegeneinander abgestützt. Zu diesem Zweck sind noch die
Isolierzwischenlagen 1a," vorgesehen, die keilförmig gestaltet sein können. Die
Bandagen verlaufen in Mantellinien der zylindrischen Spulenteile und bedecken nur
einen kleinen Teil der Spulenoberfläche. Infolgedessen kann das Kühlmittel weitgehend
die Mantelflächen der Spulen berühren und die Wärme davon abführen. Die neben dem.
Spulenkern liegende Spule wird vorteilliafterweise durch besondere Isolierzwischenlagen
13 an dem Kern selbst fest abgestützt.
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Die Fig. z und 3 zeigen iin einzelnen einen Grundriß und eine Seitenansicht
einer der bei der Anordnung nach der Erfindung verwendeten Spulen. Die Spule wird
dabei aus drei elektrisch parallel geschalteten Flachleiterstreifen i gebildet.
Die drei Flachleiterstreifen sind flaclikant so gewickelt, daß sie mit ihren breiten
Seiten in radialer Richtung übereinanderliegen. An- den schmalen Stirnseiten stoßen
die Flachleiter in den aufeinanderfolgenden Windungen aneinander; sie sind dabei
zweckmäßigerweise durch zwischengelegte Isolierstreifen z isoliert, die praktisch
nicht zusammendrückbar sind.
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Bei Y sind z. B. an diametral gegenüberliegenden Stellen Spannglieder
3 angeordnet. welche die Leiter der Spule in Richtung der Spulenachse zusammenhalten.
Durch die Anwendung der erwähnten Spannglieder erhalten die Windungen der Spule
einen festen Zusammenhang derart, daß die ganze Spule einen starren Zylinderkörper
bildet.
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Fig. d. und 5 der Zeichnung zeigen genauer die Ausbildung der auf
Zug beanspruchten Spannglieder sowie die Anordnung derselben an einer Spule. Mit
.I sind in diesen Figuren die einzelnen rechteckigen blanken Spulenleiter bezeichnet.
Zum Zusammenhalten der Spulenleiter ist ein dünnes und verhältnismäßig schmales
Band 5 aus Bronze oder unmagnetischem Stahl vorgesehen. Dieses Band ist einerseits
mit dein an der Stirnseite 6 liegenden Kopfstück 7 fest verbunden. Das Band ist
in das erwähnte Kopfstück eingelötet, eingenietet oder eingeschweißt. .Das bandförmige
Spannglied 5 ist sodann um die ganze Spule herumgeschlungen und mit seinem freien
Ende außen über das Kopfstück 7 g(:stiilpt.
Beim Aufbringen
auf die Spule wird das Spannglied unter starke Spannung gesetzt, so daß die Spulenleiter
fest zusammengespannt werden. Schließlich wird über das über das Kopfstück 7 gestülpte
freie Ende .des Spannbandes eine Zwinge 8 gepreßt; die das Spannband zusammenhält.
Die Zwinge kann mit dem Spannband in geeigneter Weise, z. B. durch Weichlötung,
fest verbunden werden. @TaCh dem Festziehen des Spannbandes kann das überstehende
Ende, über welches die Spannkräfte übertragen wurden, abgeschnitten werden. Vorteilhafterweise
sind der oberste und unterste Spulenleiter an den Stirnseiten der Spule so ausgearbeitet,
daß parallele Auflageflächen für das Spannglied und das Kopfstück vorhanden sind.
Es kann sich auch empfehlen, eine Abrundung an" den Stellen, wo das Band anliegt,
vorzusehen.
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Um eine Isolierung der einzelnen Spulenleiter von dem Spannbande zu
erzielen, ist eine Isolierschicht 9 aus Preßspan oder einem anderen bandförmigen
Isoliermaterial vorgesehen. Die bandförmige Isolierschicht ist so zwischen dem metallischen
Spannglied und den Spulenleitern an geordnet, daß die Spulenleiter nahezu an allen
Stellen von dem bandförmigen SpanngliecNisoliert sind. Nur bei Z ist die Isolierschicht
weggelassen und das bandförmige Spannglied mit dem Leiter .4 in Berührung, wodurch
dem Spanngliede ein bestimmtes Potential aufgezwungen wird. Wesentlich ist für die
beschriebene Anordnung noch, daß das bandförmige Spannglied keine geschlossene Windung
darstellt. Um dies zu erreichen, ist die Isolierschicht im Bereich der Zwinge derart
angeordnet, daß das freie Ende des bandförmigen Spanngliedes von dem Kopfstück 7
isoliert bleibt.-In Einzelheiten können die beschriebenen Anordnungen selbstverständlich
abgeändert werden. Beispielsweise ist es möglich, statt im Bereich des Kopfstückes
7 irgendeine andere Spulenwindung mit dem bandförmigen Spannglied leitend zu verbinden.
In diesem Falle wird vorteilhafterweise die Isolationsschicht auch über die Stelle
z hinaus verlängert und zwischen das Kopfstück 7 und den Spulenleiter 4. geführt.
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Bei der beschriebenen Anordnung ist es vorteilhaft, das Material für
die Spannbänder so zu wählen, daß es bei höchster mechanischer Festigkeit nur eine
geringe magnetische Leitfähigkeit besitzt. In erster Linie kommen unmagnetische
Stähle und Bronzen in Frage.
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Einzelheiten der beschriebenen Anordnung können selbstverständlich
abgeändert werden. Liegen zwei konzentrisch zueinander angeordnete Spulen, naturgemäß
unter Zwischenschaltung eines Isolierzylinders, unmittelbar nebeneinander, so kann
es zweckmäßig sein, an geeigneten Stellen Ausbauchungen vorzusehen, innerhalb deren
die Spannbänder liegen.
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Wenn auch die Erfindung sich in erster Linie auf Bahntransformatoren
bezieht, so kann sie doch ebenfalls bei stationären Transformatoren Anwendung finden,
wenn die Niederspannungswicklung besonders große Ströme führt, wie dies z. B. bei
Ofentransformatoren der Fall ist. Der Erfindungsgedanke kann ebenso auch bei größeren
stromführenden Drosselspulen Anwendung finden, wie sie für Regelzwecke auf Wechselstromlokomotiven
häufig Anwendung finden. Beispielsweise verwendet man bei Lokomotivsteuerungen im
großen Umfange sog. Schaltdrosselspulen, um den Stromübergang von der einen Transformatoranzapfung
auf die nächste Transformatoranzapfung zu ermöglichen.