DE2425899B2 - Winding arrangement for transformers with a rectangular core cross-section - Google Patents

Description

a. > arc sin a. > arc sin

2F_x 2F _x

worin Fr die in der Mitte der Seite einer rechteckigen Spule angreifende Radialkraft im Kurzschluß ist, und Fz die zulässige Zugkraft im Leiter gemäß der Beziehungwhere Fr is the radial force acting in the center of the side of a rectangular coil in the short circuit, and Fz is the permissible tensile force in the conductor according to the relationship

Fz = Özzul · ΟχFz = Özzul

mit <7z. als Leiterquerschnitt und ozzui als zulässiger Zugspannung im Leiter.with <7z. as the conductor cross-section and ozzui as the permissible tensile stress in the conductor.

3. Wicklungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenmittenleisten (4) derart ausgebildet und angeordnet sinci, daß die äußere Wicklung (5) im Querschnitt einem Polygon gleicht (F ig. 1).3. winding arrangement according to claim 2, characterized in that the side center strips (4) designed and arranged in such a way that the outer winding (5) has a polygon in cross section equals (Fig. 1).

4. Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptisolation (7) im Streukanal zwischen innerer und äußerer Wicklung abwechselnd über und unter den Seitenmittenleisten (4) und den Eckleisten (6) verlegt ist(Fig. 2).4. Winding arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Main insulation (7) in the scattering channel between the inner and outer winding alternately above and below the side center strips (4) and the corner strips (6) is installed (Fig. 2).

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für Transformatoren mit rechteckigem Kernquerschnitt und diesem angepaßtem Wicklungsquerschnitten.The invention relates to a winding arrangement for transformers with a rectangular core cross-section and winding cross-sections adapted to this.

Transformatoren für größere Leistungen und somit mit höheren Strömen in den Wicklungen, also Transformatoren für die Energieverteilung, werden im allgemeinen mit Wicklungen mit kreisringförmigem Querschnitt hergestellt. Bei derartigen Wicklungen sind die Kurzschlußkräfte mit dem geringsten Aufwand in konstruktiver Hinsicht aufnehmbar. Auch sind schon Wicklungen mit elliptischer Form bekannt, bei denen der Kernquerschnitt weniger abgestuft ist als bei rundem Querschnitt.Transformers for greater power and thus with higher currents in the windings, that is Transformers, for power distribution, are generally made with annular windings Cross-section made. In such windings, the short-circuit forces are with the least effort in from a constructive point of view. Windings with an elliptical shape are also known in which the core cross-section is less graduated than with a round cross-section.

Zwei gegensinnig vom Strom durchflossene koaxiale Wicklungen versuchen sich abzustoßen. Das wirkt sich bei Transformatoren mit zwei übereinanderliegenden koaxialen Wicklungen dahingehend aus, daß die innere Wicklung nach innen gegen den Eisenkern auszuweichen versucht. Die äußere Wicklung wird durch radiale nach außen wirkende Kräfte beansprucht, die das Bestreben haben, den Durchmesser der Wicklung zu vergrößern, die also den Wicklungsleiter auf Zug beanspruchen. Bei solchen Wicklungen mit rundem oder elliptischen Querschnitt wird die Form des Kernquerschnittes dieser Spulenform möglichst angepaßt. DasTwo coaxial windings through which the current flows in opposite directions try to repel each other. That works in transformers with two superimposed coaxial windings to the effect that the inner Trying to evade the winding inwards against the iron core. The outer winding is made by radial outwardly acting forces are claimed, which tend to increase the diameter of the winding enlarge, so that stress the winding conductor on train. With such windings with round or elliptical cross-section, the shape of the core cross-section is adapted as possible to this coil shape. That

ίο heißt, der Kern wird als Stufenkern aus Blechen verschiedener Breiten geschichtet, so daß die Ecken der einzelnen Stufen auf einem umschriebenen Kreis liegen. Gegen diesen in sich massiven Kern wird nun die innere Wicklung abgestützt, beispielsweise durch Einschlagen von Keilen. Eine Deformation infolge der Kurzschlußkräfte durch Einknicken der inneren Wicklung nach innen ist dann nicht möglich.ίο means that the core is made from sheet metal as a step core layers of different widths so that the corners of the individual steps lie on a circumscribed circle. The inner winding is now supported against this inherently massive core, for example by hammering it in of wedges. A deformation due to the short-circuit forces caused by buckling of the inner winding inside is then not possible.

Durch die US-PS 37 13 061 ist eine Wicklungsanordnung bekannt, die sich ausschließlich mit dielektrischen Problemen befaßt. Kraftauswirkungen durch Kurzschlußströme sind dabei nicht berücksichtigt Bei dieser bekannten Anordnung würde bei entsprechendem Kurzschlußstrom die Zugspannung im Leiter unendlich groß werden und dadurch eine ungewollte Ausbauchung des Leiters im Bereich der plastischen, daher verbleibenden Dehnung und damit ein Unbrauchbarwerden der Wicklung verursachen. Außerdem sind die dort dargestellten runden Abstandsstäbe zur Aufnahme von radial, also auf die Ecken gerichtete Drücke absolut untauglich. Sie würden schon bei kleinstem Krafteinfluß unweigerlich zur Seitenmitte hin weggerollt bzw. geschoben werden. Darüber hinaus ist dort, wo es am meisten darauf ankommt, nämlich im Hauptstreukanal zwischen Ober- und Unterspannungswicklung, überhaupt keine Abstützung vorhanden.From US-PS 37 13 061 a winding arrangement is known that deals exclusively with dielectric Problems. The effects of forces due to short-circuit currents are not taken into account known arrangement, the tensile stress in the conductor would be infinite with a corresponding short-circuit current become large and thereby an unwanted bulging of the conductor in the area of the plastic, therefore cause remaining stretching and thus rendering the winding unusable. Besides, they are Round spacer rods shown there for absorbing radial pressures, that is to say pressures directed towards the corners, absolutely unfit. Even with the slightest influence of force, they would inevitably be rolled or rolled away towards the center of the page. be pushed. In addition, it is where it matters most, namely in the main litter channel between high and low voltage winding, no support at all.

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. quadratischen Form angefertigt sind.Now the general tendency in technology goes to ever further downsizing of the dimensions and higher concentration, thus also to a better utilization of the volume of transformers. One In principle, the best utilization results when the core has a rectangular or square cross-section and also the windings surrounding it in this rectangular or square shape are made.

Nun sind die beiden Wicklungen im Kurzschluß durch entgegenwirkende 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 angenäherte Gestalt zu kommen. Diesem Bestreben wird bei bekannten Konstruktionen durch entsprechende sehr starke, von außen auf die Wicklung wirkende konstruktive Spannelemente entgegenwirkt. Diese Spannelemente müssen sehr hohe Kräfte aufnehmen und erfordern daher einen großen Aufwand an Material und Kosten.Now the two windings in the short circuit are stressed by opposing forces, while so the inner winding can be well supported against the solid core even with a rectangular cross-section and so that it can be prevented from buckling, the outer winding tries by bending the straight sides of the rectangular cross-section into a shape that approximates the round shape as closely as possible come. This endeavor is in known constructions by corresponding very strong, of counteracts constructive tensioning elements acting on the winding from the outside. These clamping elements must absorb very high forces and therefore require a great deal of material and costs.

Die noch bekannte US-PS 34 47 112 zeigt zwar eine sorgfältig nach innen gegen einen quadratischen Kern abgestützte Unterspannungswicklung. Hier tritt jedoch von vornherein ein wesentlicher Teil der im Kurzschlußfall auftretenden Kräfteproblematik nicht auf, weil die außenliegenden Oberspannungswicklungen mit kreisringförmigem Querschnitt ausgeführt sind und damit die Frage von Eckabstützungen und Winkelausbildungen der Oberspannungswicklung gegenstandslos sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dieThe still known US-PS 34 47 112 shows a low-voltage winding carefully supported inwards against a square core. Here, however, a significant part of the force problem that occurs in the event of a short circuit does not arise from the outset, because the external high-voltage windings are designed with a circular cross-section and thus the question of corner supports and angular formations of the high-voltage winding are irrelevant.
The object of the present invention is to provide the

Platzvorteile des rechteckigen Kernes mit einer rechteckig ausgeführten Innenspule weitgehend auszunutzen und dabei eine aufwendige Verspannungskonstruktion zur Aufnahme der Kurzschlußkräfte einzusparen. To make extensive use of the space advantages of the rectangular core with a rectangular inner coil and at the same time save a complex bracing structure for absorbing the short-circuit forces.

Diese Aufgabe wird bei Transformatoren mit mindestens zwei radial übereinanderliegenden, im Querschnitt rechteckigen Wicklungen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die äußere Wicklung in den Eckbereichen gegen die gegensinnig durchflossene innere Wicklung unter Zwischenlage druckfester, unverschieblicher Eckleisten abgestützt ist und daß unter Zwischenlage von Seitenmittenleisten die Seiten der äußeren Wicklung so weit ausgebaucht sind, daß die im Leiter im Eckbereich infolge der Kurzschlußkräfte wirksam werdende Zugbeanspruchung unterhalb der Elastizitätsgrenze bleibt.This task is performed in transformers with at least two radially superimposed im Cross-section of rectangular windings according to the invention achieved in that the outer winding in the Corner areas more pressure-resistant against the inner winding flowing through in opposite directions with an intermediate layer, immovable corner strips is supported and that with the interposition of side center strips the sides the outer winding bulges so far that the conductor in the corner area due to the short-circuit forces effective tensile stress remains below the elastic limit.

Die Schaffung dieser Ausbauchung erfolgt in vorteilhafter Weise dadurch, daß die Seitenmittenleisten derart ausgebildet und angeordnet sind, daß die äußere Wicklung im Querschnitt einem Polygon gleicht. Dabei kann bereits je eine Seitenmittenleiste mindestens an den längeren Seiten des den Querschnitt darstellenden Rechtecks ausreichend sein.The creation of this bulge takes place in an advantageous manner in that the side center strips are designed and arranged such that the outer winding resembles a polygon in cross section. In this case, one side center strip can already be at least on the longer sides of the cross-section representing rectangle will be sufficient.

Die aufzunehmende Tangentialkraft der äußeren Wicklung wird 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 small quickly smaller, so that with a small bulge a considerable gain in short-circuit strength and Safety of the transformer against the stresses in the short circuit is achieved.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with the aid of a drawing.

Ein in rechteckigem Querschnitt, also nur aus Blechen mit einer einzigen Breitenabmessung geschichteter oder aus Band gewickelter Kern 1 ist allseitig von gleichmäßig verteilten Abstandsleisten 2 umgeben, gegen die sich eine innen liegende Wicklung, beispielsweise die Unterspannungswicklung 3, abstützt. Anschließend sind in radialer Richtung an den Ecken über der Unterspannungswicklung 3 Abstandsleisten 6 angebracht. Außerdem ist auf der Unterspannungswicklung 3 in der Mitte jeder Seite eine Seitenmittenleiste 4 angebracht. Die Seitenmittenleisten 4 weisen eine vergrößerte Höhe auf, so daß die um die Abstandsleisten 6 und die Seitenmittenleisten 4 gewickelte Oberspannungswicklung 5 zu einem polygonförmigen Querschnitt gezwungen wird.One with a rectangular cross-section, that is, layered only from sheet metal with a single width dimension, or Core 1 wound from tape is surrounded on all sides by evenly distributed spacer strips 2, against which an inner winding, for example the low-voltage winding 3, is supported. Afterward are in the radial direction at the corners above the low voltage winding 3 spacer bars 6 appropriate. In addition, a side center strip 4 is located on the low-voltage winding 3 in the middle of each side appropriate. The side center strips 4 have an increased height, so that around the spacer strips 6 and the side center strips 4 wound high-voltage winding 5 to form a polygonal Cross section is forced.

Betrachtet man die Form der Überhöhung der außenliegenden Wicklung als einen Kreisbogen mit der Höhe h in der Mitte der Längsseite, so ergibt sich eine etwa hyperbelförmige Abhängigkeit einer resultierenden Tangentialzugkraft im Wicklungsleiter als Funktion der Überhöhung h bei konstanter Radiaikraft Fj (Fig. 1). Dabei wird die resultierende TangentialkraftConsidering h the shape of the camber of the outer winding as a circular arc with the height in the middle of the long side, the result is an approximately hyperbolic dependence of a resultant Tangentialzugkraft in the coil conductor as a function of the elevation h at constant Radiaikraft Fj (Fig. 1). The resulting tangential force

ίο be: steigender Überhöhung h schnell kleinenίο be: increasing cant h quickly small

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken ist die Hauptisolation 7 im Streukanal zwischen der innenliegenden Unterspannungswicklung 3 und der außen liegenden Oberspannungswicklung 5 abwechselnd über und unter den einander benachbarten Abstandsleisten 6 und Seitenmittenleisten 4 verlegt, wie es F i g. 2 zeigt. Vorteiihafterweise liegt die Hauptisolation 7 über den Abstandsleisten 6 und unter den erhöhten Seitenmittenleisten 4.According to a further concept of the invention, the main insulation 7 is in the scattering channel between the inner one Low-voltage winding 3 and the external high-voltage winding 5 alternately over and laid under the adjacent spacer strips 6 and side center strips 4, as shown in FIG. 2 shows. Advantageously, the main insulation 7 lies over the spacer strips 6 and under the raised side center strips 4th

Infolge dieser Maßnahme wird die radiale Unterteilung der Abstandsleisten und der Seitenmittenleisten vermieden. Wenn die Hauptisolation 7 im Mittenbereich des Streukanals zwischen jeweils zwei etwa halb so dicken Leisten angeordnet wäre, wäre zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Sicherheit eine umständliche und aufwendige Fixierung der Halbleisten in exakter radialer Überdeckung notwendig.As a result of this measure, the radial subdivision of the spacer strips and the side center strips avoided. If the main insulation 7 is in the middle of the scattering channel between two approximately half as much thick strips would be a cumbersome to maintain adequate security and laborious fixation of the half-lasts in exact radial overlap is necessary.

Durch die dargestellte Anordnung der Hauptisolation 7 wird gewährleistet, daß die Oberfläche der Oberspan-The illustrated arrangement of the main insulation 7 ensures that the surface of the upper span

jo nungswicklung 5 und der Unterspannungswicklung 3 je zur Hälfte unmittelbar vom Kühlmittel bespült wird und nicht an einer Wicklung allein durch die Hauptisolation 7 eine unerwünschte Wärmedämmschicht gebildet wird. Das wäre der Fall, wenn die Hauptisolation 7 entweder unter allen Leisten, also auf der äußeren Oberfläche der inneren Wicklung, oder über allen Leisten, also längs der inneren Oberfläche der äußeren Wicklung verlegt wäre. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Hauptisolation 7 wird, wenn sie über den Abstandsleisten 6 und unter den Seitenmittenleisten 4 verlegt ist, beim Eindrücken der Seitenmittenleisten 4 in die zunächst freitragend gespannt gewickelten Längsseiten der Hauptisolation 7 eine zusätzliche Spannung und damit Verdichtung und Homogenisierung dieser Isolierung bewirkt, so daß sich die elektrische Festigkeit erhöht.jo voltage winding 5 and the low voltage winding 3 each half of it is flushed directly with the coolant and not on one winding solely through the main insulation 7 an undesirable thermal barrier coating is formed. That would be the case if the main isolation was 7 either under all strips, i.e. on the outer surface of the inner winding, or above all strips, i.e. along the inner surface of the outer winding would be misplaced. In the arrangement of the main insulation according to the invention 7, if it is laid over the spacer strips 6 and under the side center strips 4, when Pressing the side center strips 4 into the initially tensioned cantilevered longitudinal sides of the Main insulation 7 an additional voltage and thus compression and homogenization of this insulation causes so that the electrical strength increases.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Aus mindestens einer Unter- und einer Oberspannungswicklung bestehende kurzschlußfeste Wicklungsanordnung mit radial übereinander liegenden Wicklungen für Transformatoren mit rechteckigem Kernquerschnitt und diesem angepaßten Wicklungsquerschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wicklung (5) in den Eckbereichen gegen die gegensinnig durchflossene innere Wicklung (3) unter Zwischenlage druckfester, unverschieblicher Eckleisten (6) abgestützt ist und daß unter Zwischenlage von Seitenmittenleisten (4) die Seiten der äußeren Wicklung (5) so weit ausgebaucht sind, daß die im Leiter im Eckbereich infolge der Kurzschlußkräfte wirksam werdende Zugbeanspruchung unterhalb der Elastizitätsgrenze bleibt.1. Short-circuit-proof windings consisting of at least one low-voltage and one high-voltage winding Winding arrangement with radially superposed windings for transformers with rectangular core cross-section and winding cross-sections adapted to this, characterized in that that the outer winding (5) in the corner areas against the flow in opposite directions inner winding (3) is supported with an intermediate layer of pressure-resistant, immovable corner strips (6) and that with the interposition of side center strips (4) the sides of the outer winding (5) so far are bulged that the in the conductor in the corner area as a result of the short-circuit forces become effective Tensile stress remains below the elastic limit. 2. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Austreten einer Wicklungslängsseite aus dem Eckbereich infolge der Ausbauchung eingestellte Winkel α zur geraden Seite etwa der Funktion entspricht2. Winding arrangement according to claim 1, characterized in that the angle α to the straight side which is set when a longitudinal side of the winding emerges from the corner area due to the bulge corresponds approximately to the function