DE2425899A1 - Windings of power transformer with rectangular core - have rigid supports at corners of inner turns and bends in outer turns for stress reduction - Google Patents

Abstract

The winding arrangement is intended for a power transformer whose core has a rectangular cross section. A reduced size conductor is used, and the turns arranged so that the stresses produced by the short circuit current are kept below the elastic limit of the material. The turn of an inner winding will have a normal rectangular shape. The outer turn is supported at the corners by rigid angular strips. Spacers are fitted between the core and the outer turns about half-way along each side of the rectangle. This will produce a bend in each of the sides and will cause the winding to be prestressed in a manner to counteract the mechanical stress caused by the short circuit.

Description

Wi cklungsanordnung für Transformatoren mit rechteckigem Kernquerschnitt Die Erfindung betrifft eine Vicklungsanordnung für Transformatoren mit rechteckigem Kernquerschnitt und diesem angepaßten Wicklungsquerschnitt. Winding arrangement for transformers with a rectangular core cross-section The invention relates to a Vicklungs arrangement for transformers with rectangular Core cross-section and this adapted winding cross-section.

Transformatoren für größere Leistungen und somit Mit höhor.n Strömen in den Wicklungen, also Transformatoren für di- Energieverteilung, werden im allgemeinen mit Wicklungen mit rundem Querschnitt hergestellt, da bei solchen Wicklungen die Kurzschlußkräfte mit dem geringsten Aufwand in konstruktiver Hinsicht aufnehmbar sind. Auch sind schon Wicklungen mit 1-liptischem Querschnitt bekannt1 bei denen der Kernquerschnttt weniger abgestuft ist als bei rundem Querschnitt.Transformers for higher outputs and thus with higher currents in the windings, so transformers for di- power distribution, are generally produced with windings with a round cross-section, since with such windings the Short-circuit forces can be absorbed with the least amount of effort from a structural point of view are. Windings with a 1-liptical cross-section are also known1 in those the core cross section is less stepped than with a round cross section.

Bekanntlich versuchen sich zwei gegensinnig vom Strom durchflossene koaxiale Wicklungen abzustoßen, das wirkt sich beim Transformator mit zwei übereinanderliegenden koaxialen Wicklungen dahingehend aus, daß die innere Wicklung nach innen auszuweichen versucht und die äußere Wicklung durch radiale nach außen wirkende Kräft beansprucht wird, die das Bestreben haben, den Durchmesser der Wicklung zu vergrößern, die also den Wicklungsleiter auf Zug beabspruchen. Bei solchen Wicklungen mit rundem oder elliptischem Querschnitt wird die Form des Kernquerschnittes dieser Spulenform möglichst angepaßt1 das heißt, der Kern wird als Stufenkern aus Blechen verschiedener Breiten geschichtet, so daß die Ecken der inzelnen Stufen auf dem umschriebenen Kreis liegen. Gegen dieses in sich massiven Kern wird nun die innere Wicklung derart abgestützt, beispielsweise durch Einschlagen von Keilen, daß eine Deformation infolge der KurzJchlußkräfte durch Einknicken der inneren Wicklung nach innen nicht möglich ist.It is well known that two opposing directions of the current try to flow through each other Repelling coaxial windings has an effect on the transformer with two superimposed windings coaxial windings in such a way that the inner winding dodges inwards tried and the outer winding stressed by radial outward forces who strive to increase the diameter of the winding, that is apply tension to the winding conductor. With such windings with round or elliptical cross-section, the shape of the core cross-section of this coil shape is possible adapted1 that is, the core is made from sheet metal of various widths as a step core layered so that the corners of the individual steps lie on the circumscribed circle. The inner winding is now supported against this inherently massive core in such a way that for example by hammering in wedges that a deformation as a result of the short-circuit forces is not possible due to the inner winding buckling inwards.

Nun geht das allgemeine Streben in der Technik zu immer weiterer Verkleinerung der Abmessungen und höheren Konzentration, also auch zu einer besseren Ausnutzung des Volumens von Transformatoren. Eine prinzipiell beste Ausnutzung ergibt sich, wenn der Kern einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweist und ebenfalls die ihn umgebenden Wicklungen in dieser rechteckigen bzw.The general tendency in technology is now towards ever further downsizing the dimensions and higher concentration, so also to a better utilization the volume of transformers. In principle, the best utilization results, if the core has a rectangular or square cross-section and also the surrounding windings in this rectangular resp.

quadratischen Form angefertigt sind.square shape.

Nun sind die beiden Wicklungen im Kurzschluß durch ntgegenwirkende Kräfte beansprucht, während also die innere Wicklung auch bei rechteckigem Querschnitt gut gegen den massiven Kern abgestützt werden und damit vor einem Einknicken bewahrt werden kann, versucht die äußere Wicklung durch Ausbiegung der geraden Seiten des rechteckigen Querschnitts in eine der runden Form möglichst angenaherte Gestalt zu kommen. Diesem Bestreben wird bei den bekannten. Konstruktionen durch entsprechende sehr starke, von außen auf die Wicklung wirkende konstruktive Spannelemente entgegegewirkt. Diese Spann mente müssen sehr hohe Kräfte aufnehmen und erfordern daher einen großen Aufwand an Material und Kosten.Now the two windings are short-circuited due to counteracting forces Forces claimed, while the inner winding is also with a rectangular cross-section be well supported against the massive core and thus prevented from buckling try the outer winding by bending the straight sides of the rectangular cross-section in one of the round shapes if possible approximated Shape to come. This endeavor is known in the case of the. Constructions by corresponding very strong structural tensioning elements that act on the winding from the outside counteracted. These clamping elements have to absorb and require very high forces therefore a great deal of material and cost.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Platzvorteile des rechteckigen Kernes mit einer rechteckig ausgeführten Innenspule weitgehend auszunützen und dabei die aufwendige Verspannungskonstruktion zur Aufnahme der Kurzschlußkräfte einzusparen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die äußere Wicklung in den Eckbereichen gegen die innere Wicklung unter Zwischenlage druckfester Eckleisten abgestützt ist und ihre Seiten so ausgebaucht sind, daß die im Leiter infolge der Kurzschlußkräfte wirsam werdende Zugbeanspruchung unterhalb der ElastisitAtegrenze bleibt.The object of the present invention is the space advantages of the rectangular To use the core with a rectangular inner coil and at the same time to save the complex bracing construction to absorb the short-circuit forces. This object is achieved in that the outer winding in the corner areas against the inner winding is supported with the interposition of pressure-resistant corner strips and their sides are bulged in such a way that they are in the conductor as a result of the short-circuit forces effective tensile stress remains below the elastic limit.

Die Herstellung dieser Ausbauchung erfolgt in einfachster Weise dadurch, daß die in den Eckbereichen fest aufliegende Wicklung in der Mitte jeder Seite, besonders aber an den Längsseiten, gegen die innere Wicklung erhöht abgestützt ist und im Querschnitt angenähert einexUblygon gleicht. In einfacher Weise kann diese Erhöhung durch eine Leiste je Seite erreicht werden.The production of this bulge is done in the simplest way by that the winding in the middle of each side is firmly seated in the corner areas, but especially on the long sides, against the inner winding is supported increased and approximately equals an xUblygon in cross-section. In a simple way this Increase can be achieved by a bar on each side.

Die aufzunehmende Tangentialkraft der äußeren Wicklung wird hier bereits mit kleinen Überhöhungen schnell kleiner, so daß mit einer kleinen Ausbauchung ein beträchtlicher Gewinn an Kurzschlußfestigkeit und Sicherheit des Transformators gegen die Beanspruchungen im Kurzschluß erreicht wird.The tangential force to be absorbed by the outer winding is already here with small peaks quickly smaller, so that with a small bulge one considerable gain in short-circuit resistance and safety of the transformer against the stresses in the short circuit is achieved.

Anhand der anliegenden Zeichnung werden ein Ausführungsbei spiel der Erfindung und ihre Wirkungsweise erläutert, Der in rerhteckiger Querschnitt, also nur mit einer einzigen Blechposition geschichtete oder aus Band gewickelte Kern 1 ist allseitig von gleichxäßig verteilten Abstandsleisten 2 umgeben, gegen die sich die innenliegende Wicklung, beispielsweise die Unterspannungswicklung 3, abstützt. Anschließend sind in radialer Richtung an den Ecken und nur in den Mitten jeder Seite weitere Abstandsleisten 4, 6 angebracht, von denen die in den Seitenaitten liegenden Abstandsleisten 4 eine vergrößerte Höha aufweisen, so daß die herumgewickelte Oberspannungswicklung 5 zu einem polygonförmigen Querschnitt gezwungen wird.Based on the attached drawing, an Ausführungsbei are playing the Invention and its mode of operation explained, The one in rectangular Cross-section, that is, layered or made of strip with only a single sheet metal position wound core 1 is surrounded on all sides by evenly distributed spacer strips 2, against which the internal winding, for example the low-voltage winding 3, supports. Then are in the radial direction at the corners and only in the In the middle of each side more spacer bars 4, 6 attached, of which the in the Side aids lying spacer strips 4 have an enlarged Höha, so that the wound high voltage winding 5 to a polygonal cross-section is forced.

Bezeichnet man die Überhöhung der außenliegenden Wicklung. bei Annäherung durch einen Kreisbogen in der Mitte der Längsseite mit h, so ergibt sich der folgende Verlauf der resultierenden Tangentialzugkraft F im Wicklung z ter, aufgetragen über der Ausbauchung h in Abhängigkeit von der Radlalkraft wobei FR = hadialkraft im Kurzschluß F = Tangentiale Zugkraft im Leiter Diese kurve läßt erkennen, daß bereits mit einer geringfügigen Überhöhung h der Seitenmitten der äußeren Rechteckspule eine große Verminderung der resultierenden Tangentialkräfte = Zugkräfte im Wickelmaterial, erzielbar ist, so daß beträchtliche Einsparungen am Konstruktionsaufwand möglich sind.This is the name given to the elevation of the outer winding. when approaching through an arc in the middle of the long side with h, the result is the following course of the resulting tangential tensile force F in the winding z ter, plotted over the bulge h as a function of the radial force where FR = hadial force in the short circuit F = tangential tensile force in the conductor This curve shows that a large reduction in the resulting tangential forces = tensile forces in the winding material can be achieved with a slight elevation h of the side centers of the outer rectangular coil, so that considerable savings in construction are possible are.

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken ist die Hauptisolation 7 im Streukanal zwischen der inneren und der äußeren Wicklung abwechselnd über und unter den benachbarten Abstandsleisten verlegt, wie es Figur 2 zeigt, insbesondere übers den Eckleisten 6 und unter den erhöhten Seitenmittenleisten 4.According to a further inventive concept, the main insulation 7 is im Stray channel between the inner and the outer winding alternately above and below laid the adjacent spacer strips, as Figure 2 shows, in particular over the corner strips 6 and under the raised side center strips 4.

Infolge dieser Maßnahme wird die radiale Unterteilung der Leisten vermieden, wenn die Isolation im Mittenbereich des Streukanals zwischen jeweils zwei etwa halb so dicken Leisten angeordnet wäre, wobei zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Sicherheit eine umständliche und aufwendige Fixierung der Halbleisten in exakter radialer Überdeckung notwendig wäre.As a result of this measure, the radial subdivision of the bars avoided if the isolation in the middle of the scattering channel between each two strips about half as thick would be arranged, with the aid of maintaining one adequate security, a cumbersome and time-consuming fixation of the half-lists in exact radial coverage would be necessary.

Dann wird gewährleistet, daß die Oberfläche jeder der beiden angrenzenden Wicklungen zur Hälfte unmittelbar vom Kühlmittel bespült wird und nicht an einer Wicklung allein durch die Isolierung 7 eine unerwünschte Wärmedämmschicht gebildet würde, wie es der Fall wäre, wenn die Isolierung entweder unter allen Leistem, also auf der äußeren Oberfläche der inneren Wicklung, oder über allen Leisten/also längs der inneren Oberfläche der äußeren Wicklung verlegt wäre.It is then ensured that the surface of each of the two adjacent Half of the windings is flushed directly with the coolant and not on one Winding formed by the insulation 7 alone, an undesirable thermal insulation layer would, as would be the case if the insulation was either under all groin, so on the outer surface of the inner winding, or over all strips / i.e. lengthways the inner surface of the outer winding would be misplaced.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Hauptisolierung wird, wenn die Isolierung über den Eckleisten und unter den Mittenleisten verlegt ist, beim Eindrücken der Mittenleisten in die zunächst freitragend gespannt gewickelten Längsseiten der Isolierung eine zusätzliche Spannung und damit Verdichtung und Homogenisiorung dieser Isolierung bewirkt, so daß sich die elektrische Festigkeit erhöht - Patentansprüche -In the arrangement of the main insulation according to the invention, if the insulation is laid over the corner strips and under the center strips, when Press the middle strips into the long sides, which are initially wound in a cantilevered tension the insulation creates additional tension and thus compression and Homogenisiorung this insulation causes, so that the electrical strength increased - claims -

Claims (4)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Wicklungsanordnung für Transformatoren mit rechteckigem Kernquerschnitt und diesem angepaßten Wicklungsquerschnitt, dadurch gekennzeichnet; daß die äußere Wicklung (5) in den Eckbereichen gegen die innere Wicklung (3) unter Zwischenlage druckfester Eckleisten (6) abgestützt ist und ihre Seiten so -ausgebaucht sind, daß die im Leiter infolge der Xurzschlußkräfte wirksam werdende Zugbeanspruchung unterhalb der Elastizitätsgrenze bleibt. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Winding arrangement for transformers with a rectangular core cross-section and this adapted winding cross-section, thereby marked; that the outer winding (5) in the corner areas against the inner Winding (3) is supported with the interposition of pressure-resistant corner strips (6) and their Sides are bulged in such a way that they are effective in the conductor as a result of the short-circuit forces increasing tensile stress remains below the elastic limit. 2. Wicklungsansordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Austreten einer Wicklungslängsseite aus dem Eckbereich eingestellte Winkel α zurgeraden Seite etwa der Funktion entspricht: worin FR die in der Mitte der Seite einer rechteckigen Spule angreifende Radialkraft im Kurzschluß ist, und F die zulässige Zugkraft im Leiter: ( qL = Leiterquerschnitt) 2. winding arrangement according to claim 1, characterized in that the angle α set when a longitudinal side of the winding emerges from the corner area corresponds approximately to the function: where FR is the radial force acting in the middle of the side of a rectangular coil in the short circuit, and F is the permissible tensile force in the conductor: (qL = conductor cross-section) 3. Wicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte jeder Wicklungsseite zwischen innerer Wicklung und äußerer Wicklung eine erhöhte Leiste (4) angeordnet ist und die äußere Wicklung im Querschnitt einem Polygon gleicht (Fig. 1).3. winding according to claim 2, characterized in that that in the middle of each winding side between the inner winding and the outer winding a raised bar (4) is arranged and the outer winding in cross section a Polygon resembles (Fig. 1). 4. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptisolation (7) im Streiikanal zwischen innerer und äußerer Wicklung abwechselnd über und unter den Abstandsleisten verlegt ist (Fig. 2).4. winding arrangement according to one of claims 1 - 3, characterized in that that the main insulation (7) in the streak channel between the inner and outer winding is laid alternately above and below the spacer strips (Fig. 2).