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Aus Scheibenspulen aufgebaute Wicklungsanordnung für Transformatoren,
Drosselspulen u. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf eine aus Scheibenspulen aufgebaute,
aus mehreren Wicklungsgruppen bestehende Wicklungsanordnung für Transformatoren,
Drosselspulen u. dgl., wobei mehrere axial übereinanderliegende Scheibenspulen zu
einer Scheibenspulengruppe zusammengeschaltet sind. Bekanntlich ändern sich die
Wirbelstromverluste in einem Kupferleiter von Induktionsapparaten, z. B. Transformatorwicklungen,
mit der rechtwinklig zur Richtung des Streuflusses liegenden Querschnittsfläche.
Aus diesem Grunde hat man die Querschnittsfläche in mehrere voneinander isolierte
Teilleiter unterteilt und sogar auch schon gleichmäßig miteinander verdrillt. Dabei
wurden bei einer bekannten Ausführung die Wicklungsleiter sowohl radial als auch
axial in der Weise unterteilt, daß an den Stellen hoher Felddichte eine feinstufigere
Unterteilung der Leiter vorhanden ist als an den Stellen geringerer Felddichte.
Schließlich ist es für sich auch bekannt, Wicklungen aus zwei parallelen, in Doppelspulen
angeordneten Leiterzweigen aufzubauen, wobei die Anfänge und Enden der Doppelspule
an Stellen liegen, deren Abstand von der Spulenmitte gleich dem Mittelwert aus äußerem
und innerem Radius der Doppelspule ist, so daß der eine der parallelen Leiter in
der inneren Hälfte der Doppelspule von ihrem äußeren zum inneren Umfang und wieder
zurück zum äußeren Umfang verläuft, während der andere Leiter dazu entgegengesetzt
verläuft.
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Für sich bekannt ist es schließlich auch, Wicklungen aus Wicklungsgruppen
aufzubauen, doch wurde ein solcher Aufbau lediglich zur Verbesserung der kapazitiven
Verhältnisse der Wicklung gewählt, um dadurch die Wicklung stoßspannungsfest zu
machen.
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Die Aufgabe, eine aus Scheibenspulen aufgebaute, aus mehreren Wicklungsgruppen
bestehende Wicklungsanordnung zu schaffen, bei der sowohl die zirkulierenden Ströme
herabdrückbar sind als auch gleichzeitig die Wirbelstromverluste in besonders hohem
Maße zu vermindern sind, konnte mit den bekannten Wicklungsausführungen nicht gelöst
werden. Demgegenüber läßt sich die gestellte Doppelaufgabe in bisher nicht erreichter
Weise dadurch lösen, daß gemäß der Erfindung jede Scheibenspule aus mehreren axial
übereinanderliegenden Teilspulen aufgebaut ist, wobei jede Teilspule selbst wieder
aus wenigstens einem Paar parallel geschalteter und voneinander sowie gegenüber
der benachbarten Teilspule isolierter Teilleiter zu in Wicklungsachsrichtung nebeneinanderhegenden
Scheibenspulenelementen bei gleichzeitiger Auskreuzung dieser Teilleiter etwa in
der Mitte dieser Elemente gewickelt ist, und daß sämtliche Teilspulen einer Scheibenspulengruppe
so in Reihe zusammengeschaltet sind, daß für jede Scheibenspulengruppe nach gemeinsamem
Anschluß der parallel geschalteten Teilspulen der obersten Scheibenspule an eine
Zuleitung und ebenso gemeinsamem Anschluß der Teilspulen der untersten Scheibenspule
an eine Ableitung die einzelnen Teilspulen zu einer geschlossenen Schleife derart
hintereinandergeschaltet sind, daß die vom Streufluß in den Teilspulen induzierte
Spannung in den einander benachbarten Teilspulen einander entgegengesetzt gerichtet
ist.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Scheibenspule in Draufsicht; Fig. 2 veranschaulicht
eine Seitenansicht eines aus Kern und Wicklung bestehenden aktiven Transformatorteils
bei teilweise aufgeschnittener Oberspannungswicklung; Fig. 3 A gibt in schematischer
Darstellung einen Teil der Wicklung nach Fig. 2 wieder, und Fig. 3 B zeigt an Hand
einer Kurve, wie die Streuflußdichte in den einzelnen Scheibenspulen der Wicklung
nach Fig. 3 A sich innerhalb der Wicklung ändert; in.
Fig. 4 ist
ein Querschnitt durch die Leiteranordnung einer Scheibenspule wiedergegeben.
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Die Scheibenspule, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ist aus vier miteinander
parallel geschalteten Teilleitern, nämlich den beiden Leitern 12 und den
beiden Teilleitern 22, wie diese in Fig. 4 ersichtlich sind, gewickelt. Die beiden
Teilleiter 12 sind je mit einem Isolationsauftrag 16 versehen und die beiden Teilleiter
22 je mit dem Isolationsauftrag 26. Alle vier Teilleiter sind von einer gemeinsamen
Isolation 24 umgeben. Alle Isolationsaufträge können in bekannter Weise durch Umbandeln,
Umwickeln. oder sonstwie in herkömmlicher Weise hergestellt sein. Die Teilleiter
12 und 22 liegen in Achsrichtung der Wicklung übereinander und sind so zu Scheibenspulen
gewickelt. Dabei bilden die beiden Teilleiter 12, die miteinander parallel geschaltet
sind, das eine Leiterpaar und die beiden ebenfalls parallel geschalteten Teilleiter
22 das andere Leiterpaar. Der die Scheibenspule durchfließende Strom ist somit auf
die gewissermaßen einen Hauptleiter bildenden vier Teilleiter aufgeteilt, von denen
jeweils die beiden Teilleiter 12 bzw. 22 annähernd in der Mitte der Wicklung, wie
durch 35 bzw. 45 in Fig. 2 angedeutet, miteinander ausgekreuzt sind. Aus der Fig.
2 ist der gesamte Aufbau der Wicklungsanordnung eines aktiven Transformatorteils
10 zu ersehen. Dabei ist der die Wicklungen tragende Mittelschenkel mit 13
bezeichnet und die beiden wicklungsfreien Außenschenkel mit 11 und 15. Die aus einer
Vielzahl von Scheibenspulen 40 bis 70 und 140 bis 170 bestehende Oberspannungswicklung
ist zwischen den beiden Niederspannungswicklungen 30 und 130 auf den Mittelschenkel
13 aufgesetzt. Mit 17 sind die Joche des Eisenkerns bezeichnet.
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Die Scheibenspulen 40, 50, 60, 70 bilden eine erste Gruppe
und ebenso die Scheibenspulen 140 bis 170 eine zweite Gruppe. Der Teil 30 der Unterspannungswicklung
ist vorzugsweise gleichfalls aus einer Vielzahl von Scheibenspulen aufgebaut und
ebenso der Unterspannungswicklungstei1130, wobei die einzelnen Scheibenspulen gleichfalls
zu Wicklungsgruppen zusammengefaßt sein können. Sämtliche zum Wicklungsbau verwendeten
Scheibenspulen sind, wie oben erwähnt, aus mehr als drei unterteilten Teilleitern
12 und 22 aufgebaut, so daß sich innerhalb jeder Scheibenspule eine quer zur Wicklungsachsrichtung
liegende Unterteilung des gewissermaßen als Hauptleiter anzusprechenden Leiters
ergibt. Im einzlnen ist die in der Fig. 2 dargestellte Oberspannungswicklung also
aus den Scheibenspulengruppen 40 bis 70 und 140 bis 170 aufgebaut. Dabei liegt die
erste Gruppe 40 bis 70 zwischen den beiden Anschlüssen 100 und 102, wobei die oberste
Scheibenspule 40 mit dem Anschluß 100 und die unterste Scheibenspule 70 mit dem
Anschluß 102 verbunden ist. Jede der Scheibenspulen besteht aus einer oberen und
einer unteren Teilspule, z. B. die Scheibenspule 40 aus den Teilspulen 40A und 40B.
Die übrigen Teilspulen sind aus den Teilspulen SOA, 50B, 60A, 60B, 70A, 70B
gebildet. Jede Teilspule ist aus jeweils zwei Teilleitern gewickelt, z. B. ist die
Teilspule 40A aus den beiden in Wicklungsachsriehtung nebeneinanderliegenden Teilleitern
31 und 32, von denen jeder, wie erwähnt, für sich isoliert ist, gewickelt. Beim
Wickeln dieser beiden Teilleiter sind diese an einer Stelle, die vorzugsweise in
der Mitte des Spulenelements liegt, miteinander ausgekreuzt, wie dies bei 35 in
Fig. 2 kenntlich gemacht ist. Dadurch kommt in der ersten Hälfte der obenliegende
Teilleiter 31 in der zweiten Hälfte unter den an derAuskreuzungsstelle nach oben
wechselnden Teilleiter 32 zu liegen. In gleicher Weise sind die übrigen Teilspulen
40B bis 70B gewickelt. Die Teilleiter, z. B. 31 und 32 bzw. 41 und 42, einer
jeden Teilspule sind an ihrem inneren und äußeren Ende jeweils parallel geschaltet.
Die Zusammenschaltung derTeilspulen der Scheibenspulen40 bis 70 ist in zwei Parallelpfaden
zwischen den Anschlüssen 100 und 102 vorgenommen, so daß sich dadurch eine geschlossene
Schleife ergibt, in der alle Teilspulen liegen. Damit die vom Streufluß in den Teilspulen
induzierte Spannung jeweils in den benachbart liegenden Teilspulen einander entgegengesetzt
gerichtet ist, ist die Zusammenschaltung der Teilspulen der Scheibenspulengruppe
40 bis 70 wie folgt durchgeführt: Die parallel verbundenen Teilleiter 31 und 32
der Teilspule 40A sind mit dem Anschlußleiter 100 verbunden und sind am innenliegenden
Ende der Teilspule über den Leiter 52 mit der untenhegenden Teilspule 50B der nächstfolgenden
unteren Scheibenspule 50 verbunden. Das äußere Ende dieserTeilspule ist über den
Leiter 64 mit der unteren Teilspule 60B der Scheibenspule 60 verbunden, deren inneres
Ende über den Leiter 74 an das innere Ende der oberen Teilspule 70A der nächstfolgenden
Scheibenspule 70 angeschlossen ist, die wieder an ihrem äußeren Ende mit dem Anschluß
102 verbunden ist. Die untenliegende Teilspule 40B der Scheibenspule 40 ist
außen gleichfalls mit dem Anschlußleiter 100 verbunden, Ihr inneres Ende ist über
den Leiter 54 an die obere Teilspule 50A der Scheibenspule 50 angeschlossen, deren
äußeres Ende über den Leiter 62 mit dem äußeren Ende der oberen Teilspule 60A der
nächsten Scheibenspule 60 verbunden ist, die an ihrem inneren Ende über den
Leiter 72 mit der unteren Teilspule 70B der nächstfolgenden Scheibenspule70 verbunden
ist und die am äußeren Ende an den Anschlußleiter 102 angeschlossen ist. Somit ergibt
sich die erwähnte Hintereinanderschaltung sämtlicher Teilspulen zu einer geschlossenen
Schleife und für den die Wicklung durchfließenden Strom ein Parallelpfad. Besonders
deutlich ist dies aus der schematischen Darstellung der Fig. 3 A ersichtlich. In
der Fig. 3 B ist die Streuflußdichte, wie sie sich innerhalb der Spulengruppe ergibt,
in einem Kurvenzug 300 dargestellt. Die aus den Scheibenspulen 140 bis 170
bestehende zweite Gruppe von Scheibenspulen ist in gleicher Weise aufgebaut und
geschaltet, wie dies für die Gruppe 40 bis 70 vorstehend beschrieben wurde. Infolge
der besonderen Schaltung ist erreicht, daß die in den einander benachbart liegenden
Teilspulen durch den. Streufluß induzierte Spannung entgegengesetzt gerchtet ist.
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In der Fig. 3 A ist mit Ei die zwischen den Teilspulen 40,4 und 40B
der Scheibenspule 40 induzierte Spannung angedeutet und weiter durch E2, E3, E4
die in den zwischen den Teilspulen der Scheibenspule 50, 60 und 70 induzierten Spannungen.
Die gesamte in der geschlossenen Schleife der Seheibenspulengruppe 40 bis 70 induzierte
Spannung ist durch die gestrichelte, mit Pfeilen versehene Linie angegeben, die
erkennen läßt, daß ihre Richtung in den einander benachbarten Teilspulen entgegengesetzt
gerichtet ist. Die gesamte in der Schleife induzierte Spannung ist somit (-E1, -E3,
+E2 und +E4). Da El und E4 annähernd gleich E2 und E3 ist, ist die induzierte
Spannung
in der geschlossenen Schleife gleich Null oder nur von einer sehr kleinen Größe.
Wenn die gesamte induzierte Spannung nicht gleich Null ist, wird der zirkulierende
Strom in der geschlossenen Schleife gleich der vom Netz induzierten Spannung, geteilt
durch den Effektivwiderstand aller in der Schleife liegenden Spulen sein. Wenn also
eine kleine vom Netz induzierte Spannung in der Schleife vorhanden ist, wird der
zirkulierende Strom durch den Widerstand der geschlossenen Schleife auf einem niedrigen
Wert gehalten. Die erfindungsgemäße Wicklungsausführung beseitigt bzw. vermindert
somit die Umlaufströme und die durch den Streufiuß hervorgerufenen Verluste und
läßt sich sowohl mit einer geraden als auch bei entsprechender Auslegung mit einer
ungeraden Zahl von Scheibenspulengruppen ausführen und ist sowohl bei kreisförmigen
als auch anders geformten Scheibenspulen anwendbar. Infolge der Verringerung der
Wirbels.tromverluste und Herabsetzung der zirkulierenden Ströme 1ä t sich dadurch
die Leistung der Geräte steigern. Dabei ist der Aufwand an Leitermaterial für die
Wicklungen geringer als bei Wicklungen der herkömmlichen Art. Die Spulenherstellung
bereitet keinerlei Schwierigkeiten und ebenso ihre Zusammenschaltung, da sämtliche
Schaltverbindungen auf den Wicklungsmantelflächen liegen und somit keinen erhöhten
Arbeitsaufwand bedingen.