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Transformatorwicklung Die Erfindung bezieht sich auf eine Transformatorwicklung
der in der britischen Patentschrift 587 997 beschriebenen Art, d. h. auf
eine Transformatorwicklung, welche besonders gegen Stoßspannungen geschützt und
zu diesem Zweck mit mehreren je aus einer rechtsspiralig und einer linksspiralig
gewickelten Scheibenspule bestehenden Doppelspulen versehen ist, deren Scheibenspulen
durch mindestens ein Paar parallel gewickelte Leiter gebildet und deren Windungen
so zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind, daß jede der beiden Scheibenspulen
einer solchen Doppelspule Windungen enthält, zwischen denen eine starke kapazitive
Kopplung und im Betrieb eine Spannungsdifferenz vorhanden ist, die größer ist als
die in einer Windung erzeugte Spannung, so daß beim Auftreten von Stoßspannungen
eine bestimmte, vorzugsweise lineare Spannungsverteilung zwischen den Enden der
Wicklung erhalten wird. Bei der in der vorerwähnten Patentschrift beschriebenen
Wicklung bilden die parallel ger wickelten Leiter in jeder aus zwei Scheibenspulen
bestehenden
Doppelspule gleichsam mehrere in Reihe geschaltete Spulen, die in ihrer Reihenschaltung
abwechselnd in der einen und in der anderen Scheibenspule liegen. Dies erfordert
mindestens drei Verbindungen .zwischen den beiden Scheibenspulen einer Doppelspule,
so daß man während des Wickelvorganges jeden der Leiter mindestens einmal pro Doppelspule
durchschneiden muß, um die vom vollen Betriebsstrom durchflossene dritte Verbindung
zwischen den Scheibenspulen herstellen zu können. Diese dritte Verbindung kann nur
durch ein Schweißverfahren zustande gebracht werden.
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Die Erfindung hat den Zweck, eine Transformatorwicklung zu schaffen,
die ebenfalls den Stoßspannungen besser als die normalen Wicklungen gewachsen ist,
die aber im Gegensatz zu der aus der erwähnten britischen Patentschrift bekannten
Wicklung aus einem Paar oder mehreren Paaren ununterbrochener Leiter gewickelt werden
kann, da dabei die zwischen den beiden Scheibenspulen. einer Doppelspule erforderliche
Anzahl von Verbindungen der Anzahl der parallel gewickelten Leiter der Wicklung
entspricht. Das zeitraubende und teure Schweißverfahren wird somit vermieden.
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Erfindungsgemäß wird diese Verbesserung dadurch erreicht, daß die
parallel gewickelten Leiter der Scheibenspulen der betreffenden Doppelspulen zwei
parallele Wicklungszweige bilden und daß sowohl am Anfang des einen Zweiges oder
in dessen Nähe als auch am Ende des anderen Zweiges oder in dessen Nähe eine Hilfsspule
angeordnet ist, Bei dieser Wicklung besteht somit auch zwischen den Windungen: der
parallelen Zweige eine starke kapazitive Kopplung, und es wird durch die Anfangsspule
des einen Zweiges und durch die Endspule des anderen Zweiges zwischen unmittelbar
Um-oder nebeneinander in den Scheibenspulen liegenden Windungen eine Spannungsdifferenz
erzeugt. Es ist daher jedesmal ein weiter in der Wicklung liegender Teil des einen
Zweiges. kapazitiv mit einem weniger weit in der Wicklung liegenden Teil des anderen
Zweiges gekoppelt. Hierdurch wird eine derartige kapazitive Überbrückung von Teilen
der Wicklung erhalten, daß sich beim Auftreten von Stoßspannungen diese Spannungen
gleichmäßiger zwischen den Enden der Wicklung verteilen.
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Aus den nachstehend angegebenen Gründen empfiehlt es sich, die Windungszahl
jeder der beiden Hilfsspulen entweder gleich der Hälfte der Win.dungszahl oder gleich
der Windungszahl zu wählen, die für jede einzelnen Wicklungszweig in einer Doppelspule
vorhanden ist.
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Eine im wesentlichen lineare Verteilung der Stoßspannung kann erhalten
werden, wenn die parallelen Wicklungszweige zwischen ihren Enden durch mindestens
eine an sich bekannte Äquipotentialv erbindung oder noch besser durch eine richtig
gewählte Anzahl solcher Verbindungen miteinander v erbunden werden. Diese Äquipotentialverbindungen
schalten für die Stoßspannungen die Kapazitäten zwischen den beiden Wicklungszweigen
in Reihe, so daß die Spannungsverteilung dann nahezu nur von dein Kapazitäten abhängig
ist: Da die erwähnten Verbindungen nur Strom führen, wenn die Wicklung durch einen.
Spannungsstoß getroffen wird, so können sie einen verhältnismäßig geringen Querschnitt
besitzen.
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Äquipotentialverbindungen in Wicklungen mancherlei Art, also auch
in Tran.sformatorwicklungen, sind an sich bereits lange bekannt. In dem vorliegenden
Falle haben, diese Verbindungen aber als Strombahn für die Spannungsstöße besondere
Bedeutung.
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Die parallel gewickelten Leiter in jeder Scheibenspule können entweder
auf- oder nebeneinandergewickelt sein.
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Diese und weitere Merkmale der Erfindung sind im einzelnen in der
nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen erklärt. In den Zeichnungen enthalten
Fig. i und 2 schematische Darstellungen zweier verschiedener Wicklungen nach der
Erfindung, Fig.3 und 4 die Ersatzschaltungen der Wicklungen nach Fig. i und 2 beim
Auftreten. von Stoßspannungen, Fig. 5 und 6 Sehnitte eines Teiles zweier verschieden
ausgeführter Wicklungen nach Fig. i und Fig. 7 und 8 Schnitte eines Teiles zweier
verschieden ausgeführter Wicklungen nach Fig. 2.
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In den Zeichnungen sind mit A Doppelspulen einer Transformatorwicklung
bezeichnet. Jede Doppelspule besteht aus zwei Scheibenspulen B, von welchen die
eine rechts- und die andere linksspiralig gewickelt ist. jede Scheibenspule B ist
aus zwei parallel gewickelten Leitern i und 2 gebildet. Die parallel gewickelten
Leiter i und 2 bilden zwei parallele Wicklungszweige. Sowohl am Anfang des vom Leiter
i gebildeten Wicklungszweiges als auch am Ende des vom Leiter 2 gebildeten Wicklungszweiges
ist eine Hilfsspule angeordnet. Dadurch wird zwischen den Leitern i und 2 in jeder
Scheibenspule B eine Spannungsdifferenz erzeugt, die von der Windungszahl jeder
der Hilfsspulen abhängt.
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In den Wicklungen nach Fig. i, 3, 5 und 6 ist die Windungszahl jeder
-der Hilfsspulen 3 und 4 der Windungszahl eines einzelnen Leiters i oder 2 in einer
Scheibenspule B gleich. Die in einer solchen Hilfsspule induzierte Spannung e ist
daher der in einer Scheibenspule in jedem der Leiter i, 2 erzeugten Spannung entsprechend,
so daß das Potential an den Anschluß- und Verbindungsstellen 5, 6, 7, 8
... 9, i o, i i gleich o, e, 2 e, 3 e ...
E-2 e, E-e bzw. E
sein wird. In gleicher Weise nimmt das Potential an den Anschluß- und Verbindungsstellen
i2, 13, 14 ... 15, 16, 17, 18 die vVerte o, e, :2e ... E-3 e, E-2
e, E-e bzw. E an. Die Leiter i, 2 sind in den Scheibenspulen B starkkapazitiv
gekoppelt. In der schematischen Darstellung der Fig. 3 ist dies durch Kapazitäten
i9 an den Enden der Scheibenspulen B dargestellt, die aber in Wirklichkeit sich
über die ganze Länge der Leiter dieser Spulen erstrecken. Die Erdkapazitäten sind
fortgelassen, da sie in bezug auf die zwischen den parallelen Leitern vorhandenen
Kapazitäten in der Scheibenspule B nur klein sind.
Aus dem Vorstehenden
geht hervor, daß in jeder Scheibenspule B der Anfang des Leiters i dasselbe Potential
hat wie das Ende des Leiters 2. Zwischen diesen Stellen gleicher Potentiale sind
Äquipotentialverbindungen 20 angeordnet. Diese Verbindungen schalten in jeder Scheibenspule
jedesmal zwei Kapazitäten ig in Reihe. Wird nun die Wicklung durch eine sehr steile
Spannungswelle getroffen, z. B. durch einen Blitzeinschlag, so wird anfänglich kein
Strom durch die Spulen fließen und die Spannungsverteilung ganz durch die Kapazitäten
bestimmt werden. Man kann die Wicklung leicht derart ausführen, daß über die ganze
Wicklung eine nahezu lineare Verteilung der Stoßspannung erhalten wird. Der Vorteil
der Hilfsspulen 3, 4 mit einer Windungszahl, die gleich derjenigen eines Leiters
in einer Scheibenspule B ist, besteht darin, daß die Spannungsdifferenz _e zwischen
sich deckenden Punkten der parallelen Wicklungszweige ziemlich gering ist und daher
nur geringe oder gar keine Isolationsprobleme hervorruft, während die Äquipotentialverbindungen
sich ziemlich einfach anordnen lassen, nämlich jedesmal zwischen dem Anfang und
dem Ende einer Scheibenspule.
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In den Wicklungen nach Fig. 2, 4, 7 und 8 sind in die parallelen Zweige
1, 2 Hilfsspulen 21, 22 geschaltet, die jeweils eine Windungszahl gleich derjenigen
eines Leiters i oder 2 in einer Doppelspule A besitzen. Wird in jedem parallelen
Zweig einer Scheibenspule B wieder eine Spannung e induziert, so beträgt die in
den Hilfsspulen erzeugte Spannung daher 2e. Es ist daher klar, daß in diesem Falle
die Äquipotentialverbindungen 23 zwischen dem Anfang des Leiters i und dem Ende
des Leiters 2 in einer Doppelspule A angeordnet werden können, d. h. zwischen den
Verbindungsstellen 6 und 14 bzw. g und 17 (Fig. 4). Obwohl in diesem Falle die Spannungsdifferenz
zwischen sich in den Scheibenspulen B deckenden Punkten der parallelen Wicklungszweige
i und 2 gleich 2 e also zweimal so hoch ist wie im vorigen Falle, erhält man durch
diese Wahl der Windungszahl der Hilfsspulen den Vorteil, daß die Äquipotentialverbindungen
zwischen den Enden der Doppelspulen angeordnet werden können, d. h. an die Außenseite
der Wicklung zu liegen kommen, wo sie am leichtesten angeordnet werden können.
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In den Fig. 5 und 7 sind die parallelen. Leiter i und 2 in den Scheibenspulen
B nebeneinande@rge@ wickelt. In Fig. 6 und 8 sind die Leiter dagegen aufeinandergewickelt.
Sind die Zweige der Wicklung nebeneinander angeordnet, so muß man dafür sorgen,
daß die Äquipotentialverbindungen Wicklungsteile parallel schalten, in denen auch
das Streufeld gleiche Spannungen erzeugt. Zu diesem Zweck ist in der einen der zwei
eine Doppelspule A bildenden Scheibenspulen B der Leiter :2 neben den Leiter i und
in der anderen dieser Scheibenspulen der Leiter i neben den Leiter 2 gewickelt (Fig.
5 und 7).
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Die Hilfsspulen können auch mit anderen Windungszahlen und in beliebiger
Wickelweise ausgeführt werden. Außer den in den Ausführungsbeispielen gezeichneten
Äquipotentialverbindungen können auch mehrere. solche Verbindungen angeordnet werden.
Jedoch brauchen nicht alle Doppelspulen ÄquipotentiaIverbindungen zu besitzen.
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Die Wicklung kann aus einer Reihe gleicher Doppelspulen oder aus mehreren
Doppelspulen A,: die entsprechend Fig. 5 und 7 gewickelt sind, und aus mehreren,
Doppelspulen A, die gemäß Fig. 6 und 8 gewickelt sind, zusammengesetzt sein. Es
ist weiter möglich, die Hilfsspulen nicht unmittelbar an den Endverbindungspunkten
der Wicklungszweige anzuschließen, sondern diesen Zweigen jeweils erst- eine oder
wenige Windungen zu geben, z. B. aus Draht oder Band größeren Querschnittes, und
danach erst die eigentliche Hilfsspule anzuschließen.
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Jeder parallel geschaltete Zweig der Wicklung kann aus Drähten oder
Stäben oder aus mehreren parallel geschalteten Drähten oder Stäben bestehen.