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Aus parallelgeschalteten Scheibenspulen aufgebaute Niederspannungswicklung für Transformatoren Bei Transformatoren grosser Leistung ergibt sich vielfach die Notwendigkeit, die Niederspannungswicklungen aus Scheibenspulen aufzubauen, wobei die einzelnen Scheibenspulen sämtlich miteinander parallelgeschaltet sind. Eine bekannte Wicklungsausführung dieser Art ist in Fig. 1 wiedergegeben, bei der die sämtlichen axial übereinander liegenden Scheibenspulen 1 bis 8 miteinander parallelgeschaltet sind. Bisher hat man alle parallelgeschalteten Scheibenspulen mit gleichem Wicklungsquerschnitt und insbesondere gleicher axialer Länge ausgeführt. Bei solchen Wicklungen führen die einzelnen Scheibenspulen verschieden grosse Ströme und die Stromverteilung in den parallelgeschalteten Wicklungsteilen ist nicht homogen.
Bedingt durch die Randeffekte des magnetischen Streufeldes treten unerwünschte Ausgleichsströme auf, die bekanntlich Zusatzverluste nach sich ziehen, und ausserdem zu einer Verzerrung des magnetischen Streufeldes führen mit der Folge, dass die Wirbelstromverluste in bestimmten Wicklungsteilen ansteigen. Hiervon werden in besonderem Masse die den Wicklungsstirnen benachbarten Scheibenspulen betroffen, wo die Ausgleichsströme in Phase mit dem Belastungsstrom der Wicklung liegen. Diese Erscheinung ist umso .ausgeprägter, je grösser die Anzahl der parallelgeschalteten Spulen ist. Somit können sich insbesondere bei Wicklungen mit hohen Stromstärken von Grosstransformatoren, bei denen eine grosse Zahl von parallelgeschalteten Scheibenspulen benötigt werden, recht erhebliche Schwierigkeiten ergeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, für solche aus parallelgeschalteten Scheibenspulen aufgebaute Niederspannungswicklungen von Transformatoren insbesondere grosser Leistungen einen Wicklungsaufbau anzugeben, mit dem die vorgenannten nachträglichen Erscheinungen wirksam unterdrückbar sind.
Gemäss der Erfindung sind bei einer aus parallelgeschalteten Scheibenspulen aufgebauten Nieder- spannungswicklung nachstehende Massnahmen ergriffen: 1. Die parallelgeschalteten Scheibenspulen sind in mehrere, miteinander in Reihe geschaltete und räumlich mit den anderen parallelgeschalteten Scheibenspulen oder Teilen davon, verschachtelte Teilspulen aufgespalten.
2. Wenigstens die den Wicklungsstirnen benachbarten Spulen sind gegenüber den übrigen parallelgeschalteten Scheibenspulen in ihrer axialen Länge vergrössert, indem die Zahl der axial nebeneinander liegenden Leiter auf Kostender radial nebeneinander liegenden Leiter vergrössert ist.
3. Auf der von einem Hauptstreukanal abgekehrten Seite der aus Parallelgruppen aufgebauten Wicklung ist ein aus nichtmagnetischem, jedoch elektrisch gut leitendem Material bestehender Schirmzylinder angebracht.
4. Die aus parallelgeschalteten Scheibenspulen aufgebaute Wicklung ist in axialer Richtung gegen- über der die Gegendurchflutung führenden Transfor- matorwicklung symmetrisch verlängert.
5. Die Leiterquerschnitte ,einer jeden parallelge- schalteten Scheibenspule bzw. Teilspule sind derart bemessen, dass in .allen parallelgeschalteten Spulen- teilen die resultierenden Stromdichten annähernd gleich sind.
6. In den in mehrere axial nebeneinander liegende Teilspulen unterteilten Scheibenspulen sind deren Leiter miteinander ausgekreuzt, wobei bei mehreren Auskreuzungsstellen diese ,am Wicktuungs- umfang gleichmässig verteilt sind.
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Anhand der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele wenden Einzelheiten der Erfindung näher erläutert.
Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Wicklung sind acht parallelgeschaltete und axial übereinanderliegende Wicklungsteile (Wicklungsgruppen) vorhanden, die je aus zwei zusammengehörigen und miteinander in Reihe geschalteten Teilscheibenspulen bestehen (z. B. la und 1b usw.). Die einzelnen Teilscheibenspulen der Wicklungsgruppen sind miteinander verschachtelt. Zu diesem Zweck sind im gezeigten Ausführungsbeispiel die Teilscheibenspulen 1a, 1b, 2a, 2b, 3n,, 3b und 4n,, 4b räumlich ineinanderliegend angeordnet und in sinngemässer Weise ,ist die gleiche Anordnung auch bei den Teilscheibenspulen 5n, bis 8b durchgeführt. Zwischen den über die Leitung 12 miteinander in Reihe geschalteten, Teilscheibenspulen l a und 1 b sind, die mittels der Leitung 13 in Reihe geschalteten Teilscheibenspulen 2n, und 2b und zwar je den Teilsoheibenspulen la und 1b benachbart liegend angeordnet.
Zwischen den Teilscheibenspulen 2n, und 2b wiederum sind je unter Belassung eines üblichen Kanals für den Kühlmitteldurchtritt die über die Leitung 14 in Reihe geschalteten Teilscheibenspulen 3n, und 3b angeordnet, zwischen denen, jedoch ihnen benachbart, die über die Leitung 15 in Reihe geschalteten Teilscheibenspulen 4n, und 4b, die wiederum einen Kühlmittelkanal zwischen sich belassen, angeordnet sind. Die Teilscheibenspulen la bis 4n, folgen somit in numerisch steigender Reihenfolge in axialer Richtung aufeinander, während daran an- schliessend sodann die Teilscheibenspulen 4b bis 1b in axialer Richtung in numerisch fallender Reihenfolge aufeinanderfolgen.
In gleicher Weise folgen die Teilscheibenspulen 5n, bis 8n, numerisch steigend und die Teilscheibenspulen 8b bis 5b numerisch fallend in axialer Richtung der Wicklung aufeinander. Die Ver- gleichnaässigung der Stromverteilung kann nach der Erfindung dadurch noch weiter getrieben werden, dass man die gesamte axiale Wicklungslänge der Niederspannungswicklung vergrössert und diese Wicklung sodann so anordnet, dass auf beiden Wicklungs- stirnen sich ein symmetrischer Überstand ergibt.
In einfacher Weise lässt sich die Vergrösserung der Wicklungslänge unter Beibehaltung der Wicklungsquerschnitte einer jeden Spule dadurch erreichen, dass man die Anzahl der in axialer und radialer Richtung übereinanderliegenden Windungsleiter verändert, indem beispielsweise bei einer vierzig Windungen umfassenden Scheibenspule statt vier axial und zehn radial übereinanderliegenden Windungen nunmehr zehn axial und vier radial überein, anderliegende Windungen gewählt wenden. Da die den Wicklungsstirnen benachbart liegenden Wicklungsteile bekanntlich viel mehr Strom aufnehmen als die davon weiter entfernt liegenden Wicklungsteile, wirkt sich die axiale Verlängerung der Scheibenspulen am stärksten an den den Wicklungsstirnen benachbarten Wicklungsteilen aus.
Daher ist es vielfach ausreichend, wenn diese den Wicklungsstirnen be- nachbarten Wicklungsspulen in der angegebenen Weise eine axiale Verlängerung erfahren.
Zur Herabsetzung der Randeffekte des magnetischen Streufeldes und zur Verminderung der Wirbelstromverluste, die durch, das magnetische Streufeld im Eisenkern bzw. den metallischen Konstruktionsteilen des Transformators hervorgerufen werden, wind der Niederspannungswicklung noch ein auf der schematischen Darstellung der Fig.2 nicht weiter dargestellter Schirmzylinder beigegeben.
Dieser Zylinder, der in bekannter Weise in axialer Richtung geschlitzt ist und aus unmagnetischem, elektrisch gut leitendem Material hergestellt ist, muss stets so angeordnet werden, dass er auf der dem Hauptstreukanal abgekehrten Seite der Niederspannungswicklung liegt, d. h. bei einer innen am Kernschenkel liegenden Nied erspannungswicklung ist er zwischen dieser und dem Kernschenkel angebracht, während er bei einer aussen liegenden Niederspannungswicklung zwischen dieser und dem Transformatorkessel anzubringen ist. Um die Zusatzverluste klein halten zu können, be- misst man, ausgehend von der Stromverteilung auf die einzelnen Scheibenspulen, deren Leiterquerschnitt so, dass die resultierenden Stromdichten in allen, Scheibenspulen annähernd gleich gross werden.
Auf diese Weise erreicht man in der Wicklung ein Minimum der vom Belastungsstrom und Ausgleichsströmen verursachten ohm'schen Verluste. Schliess- lich kann man auch die radialen und axialen Leiterabmessungen so wählen, dass die Wirbelstromverlu- ste unter Berücksichtigung des tatsächlichen Streufeldes möglichst klein werden.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Scheibenspule mit einer einmaligen axialen Unterteilung und mit Auskreuzungen innerhalb der Spule. Wie das Quer- schnnttsbild der Fig. 3 zeigt, hat die Wicklung sieben Windungen und wie das Abwicklungsbild der Fig. 4 zeigt, fünf Auskreuzungen. Dabei sind die fünf Auskreuzungen so angeordnet, dass die sieben Windungen der Spule in sechs untereinander gleichlange Wicklungsabschnitte (s. Fig. 4) zerlegt wenden.
Bei einer einmaligen Unterteilung einer Scheibenspule, die praktisch einer Halbierung der ursprünglichen Leiterhöhe entspricht und durch die die Scheibenspule in zwei querschnitsgleiche Parallelzweige 100 und 200 zerlegt werden, ist theoretisch zwar nur eine Auskreuzung erforderlich. Da diese eine Auskreu- zung aber .an seiner ganz bestimmten, jedoch schwer zu ermittelnden Stelle liegen muss, sofern sie voll wirksam sein soll, empfiehlt es sich, selbst im Hin- blick :
auf die aufwendigere Ausführung mehrere Auskreuzungen vorzusehen. Bei einer .mehrfachen axia- len Unterteilung oder Sehe@-ihenspulen kann in sinngemässer Weise verfahren werden und weiter kann man .auch bei mehrgängiggewickelten Scheibenspulen für jeden Wicklungsgang idie vorg enanntenMassnahmen anwenden.
Sämtliche der angeführten Massniahmen zur Herabsetzung der Ausgleichsströme bzw. zur Ver- gleichmässigung der Stromverteilung auf ,die parallel-
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geschalteten Wicklungsteile und zur Verminderung der Zusatzverluste können alle bei einer Niederspannungswicklung angewandt sein. Es können jedoch auch mehrere dieser Massnahmen je nach dem jeweils vorliegenden Fall miteinander kombiniert zur Anwendung gelangen.