Zagenweise Hochspannungswicklung mit axial gesteuerter Spannungsverteilung der Lagenenden vom End- zum Anfangspotential, insbesondere für Transformatoren, Nesswandler und Drosselspulen. Es ist bereits eine lagenweise Hochspan nungswicklung, insbesondere für Transfor matoren, Messwandler oder Drosselspulen mit radial gesteuerter Spannungsverteilung der Lagenendeu vom End- zum Anfangspotential bekannt geworden; des weiteren eine Hoch <B>.</B>
spannttngsspule, bei der die einzelnen sich koachsial umschliessenden Wicklungslagen, von der mittleren an Hochspannung liegen den Lage ausgehend, hintereinander geschal tet sind derart, dass die Spannung bei Erdung der äussern oder innern Lage von diesen nach den mittleren Lagen zu zunimmt. Die axiale Länge der einzelnen Wicklungslagen nimmt von der äussern und der innern Lage nach der mittleren. die Hochspannung führenden Lage hin ab.
Zwecks Abschirmung der jeweils un mittelbar miteinander verbundenen, gleiches Potential führenden Enden der koachsial zu geordneten Lagen sind sie paarweise mit fla chen ringförmigen Schalen überdeckt, so dass dadurch neben der radialen auch eine ge wisse achsiale Potentialsteuerung innerhalb der Spule vorhanden ist (deutsche Patent schrift Nr. 337404 vom \?3. Juli 1919.) Bei der radialen Steuerung muss die Spule entsprechend der zu steuernden Spannungs differenz, vor allem bei höheren Spannungen, eine gewisse Mindesthöhe an ihren freien Enden haben.
Zum Bau eines Transformators mit niedriger Kurzschlussspannung ist eine solche Spule aus dem Grunde nicht vorteil haft, weil eine möglichst geringe Spulen dicke bei entsprechender axialen Längenaus dehnung notwendig ist. Die beiden Forde rungen stehen also einander gegenüber.
Bei der bekannten Hochspannungsspulen anordnung mit koaxialen Zylindern und axialer Potentialsteuerung sind aber die Feldkontraktionen an den dreieckförmig in die Spule eindringenden Rändern nicht; ver mieden; denn zwischen der letzten Windung des jeweils kürzeren Zylinders und der näch sten darunter oder darüber liegenden längeren Lage entsteht eine Feldkontraktion bezw. Feldverschiebung, so dass eine Feldbeherr schung bei der bekannten Anordnung bisher nicht -gelungen ist, trotzdem die Enden der Lagen höheren Potentials durch die zwischen liegenden Potentiale vom Anfangspotential getrennt sind.
Die Erfindung geht von der. Erkenntnis aus, dass Feldkontraktionen bezw. -Verschie bungen des elektrischen Feldes vermieden werden müssen, weil diese der Rechnung kaum zugänglich sind und vor allem ge schichtete Isoliermaterialien zwischen den einzelnen Wicklungslagen sich diesen Bean spruchungen gegenüber nicht gewachsen zeigen. Vermieden sollen die Feldverschie bungen in der lagenweisen Hochspannungs wicklung erfindungsgemäss dadurch werden, d.ass die Potentiale der Lagenenden an den einen Spulenumfang geführt sind.
Dadurch ergibt sich, dass die Lagenenden höheren Potentials durch die zwischenliegenden Po tentiale der Herausführungen in der Spule selbst vom Anfangspotential getrennt und die Potentialsteuerung der Lagenenden auf den Umfang der Spule verlegt ist. Durch zwischengelegte leitende Flächen, die die Zwischenpotentiale an den einen Umfang führen, kann an den Enden. der Logenwick lung die gesamte Spannungsdifferenz in so kleine zwangsmässig gesteuerte Teilspannun gen unterteilt sein, dass sie bequem be herrscht werden können.
Dabei entstehen zu beiden Seiten der Spule potentialgesteuerte Zylinderflächen, so dass die Hochspannung unmittelbar ohne Verwendung eins Isolators an die aussenliegende Eingangslage ange schlossen werden kann. Auch ist es möglich in einfacher Weise den äussern Umfang der Spule durch Isolierzylinder abzudecken. Zum Führen der Endpotentiale der einzelnen Lagen an einen Umfang kann auch die Wick lung selber dienen, indem der Draht am Logenende nicht axial zurück, sondern radial hochgewickelt wird. Dadurch entsteht eine auf dem Logenende aufbauende Scheiben- Wicklung.
Das Ende der Scheibenwicklung lvird beispielsweise an der Scheibenwicklung lieruntergeführt, die zweite Lage auf die erste aufgebracht und am Ende wieder die Scheibenspule hergestellt usw.
Die Erfindung sei sogleich anhand der in den Figuren dargestellten beispielsweisen Ausführungsformen der Hochspannungs wicklung beschrieben. Es zeigen Fig. 1 und 2 je einen Längsschnitt durch zwei lagenweise Hochspannungswicklungen mit Metallscheiben, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine lagenweise Hochspannungswicklung mit einer Scheibenspule am einen Ende der Lagen, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine ähn liche Wicklung, jedoch mit Metallscheiben zwischen den einzelnen Scheibenspulen.
Überdies zeigt Fig. 4 die Unterspannung spule und den Eisenkern auf denen die Hoch spannungswicklung angeordnet ist; in Fig. @5 ist eine Hochspannungswicklung im Längsschnitt veranschaulicht, bei der so wohl die als Spulenkasten ausgebildete Unterspannungsspule als auch die Metall scheiben Kanäle für ein Kühlmittel bilden; Fig. f stellt einen Schnitt durch eine Hochspannungswicklung dar, die zwei spiegelbildlich zu einanderstehende Spulen aufweist, und einen die beiden Spulen um fassenden Kasten aufweist.
Aus Fig. 6 ist ferner die Unterspannungswieklung und der Eisenkern ersichtlich auf dem die Hochspan- nungswicklung angeordnet ist; Fig. 7 und 8 zeigen wie die beiden Spu len der Hochspannungswicklung nach Fig. @@ zusammengeschaltet sind;
Fig. 9 veranschaulicht schematisch den Kühlmittelkanal der in Fig. 5 gezeichneten Ausführungsform, Nach den Fig. 1 und ? sind zum der Potentiale von den Verbin dungspunkten 1.1 (Enden) der einzelnen, durch gewellte Striche angedeuteten Wick lungslagen senkrecht zur Wicklungsaxe nach aussen führende geschlitzte gerade (12) oder winklig abgebogene (13) Metallscheiben 12, 13 verwendet.
Dabei ist die Isolation zwi schen den einzelnen Scheiben 12, 13 nur für die jeweilige doppelte Lagenspannung zu be messen, und die sehr reichlich sein kann, weil ja in achsialer Richtung genügend Platz zu Verfügung steht. Eine besondere Stärke der radialen Scheiben 12, 13 ist aus Gründen der Spannungsverteilung nicht notwendig. Sie können auch aus leitenden Folien bestehen und auch in einem Winkel zum Radius ver laufen.
Die Hochspannungsanschlüsse der Wick lungen 11 sind mit 11a und die Eingangs lage mit llb bezeichnet.
Die Anordnung kann wirtschaftlicher ge staltet werden, wenn, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Teil der für die Hochspannungsspule not wendigen Windungen nach Fertigstellen der Wicklungslage am Ende der Lage radial nach aussen weitergewickelt und so das Lagenendpotential an den Umfang der Spu len geschafft wird. Es entstehen dann neben den konzentrischen Wicklungslagen abwech selnd auf den Lagenenden aufbauende paral lele Scheibenspulen 14.
Zum Weiterwickeln wird der Draht 15 von dem äussern Umfang abgekröpft und längs der Scheibenspule 14 wieder auf den Umfang der Lagenwicklung heruntergeführt. Dann wird die nächste Lage der Wicklung ausgeführt, am Ende wider die Scheibenspule 14 hochgewickelt- und so fort, bis man in der Spule die nötigen Win dungen untergebracht hat. Jeder Lagenwick- lung ist somit eine Endscheibenwicklung 14 zugeordnet.
Diese Wicklungsanordnung hat den Vorteil, dass keine Lötstellen in der Wicklung vorhanden sind, weil diese aus Lagen- und Scheiben icklungen zusammen gesetzte Hochspannungsspule von Anfang bis Ende durchgewickelt ist.
Nach Fig. 4 werden neben die Scheiben spulen 14 noch geschlitzte Metallscheiben 12' gesetzt, um durch den Schlitz den Draht 15 vom Aussenumfang der Spule nach unten führen zu können. Durch die Metallscheiben wird der Hohlraum, der durch den Draht zwischen zwei geraden Scheibenspulen sonst entstehen würde, ausgefüllt und ein Luft hohlraum vermieden.
Es ist auch mö-lich das äussere Ende der Scheibenspule mit deni einen und den Anfang der nächsten Wick- lungslage mit dem andern Ende der radial geschlitzten Scheibe 1? zu verbinden und sü-1 so als Windung oder wenn die Scheibe 12 selbst spiralig aufgeschlitzt wird als Win dungen mit zu benutzen.
Auch kann in rlen Spiralschlitz der Draht 15 wieder spiralif,. eingelegt werden. Auch dieser durch dic Scheiben 12 eingenommene Raum kann bes ser ausgenutzt werden, v-enn an Stelle des Drahtes 15 die Spule von aussen nach innen weitergewi.ekelt wird, so also, dass zu jeder Wicklungslage. eine radial nach aussen und eine radial von aussen nach innen gewickelle Scheibenspule gehört.
Dadurch, dass die Po tentiale der räumlich verschieden hoch lie genden Verbindungspunkte nebeneinandr@r liegender Lagen entweder durch leitende Scheiben oder durch die Wicklung selbst radial bis zu einer gemeinsamen Höhe, rleiri gemeinsamen Aussenumfang der @Vicklun,-,. herausgeführt sind, ergibt sich die eingangs erwähnte Wirkung.
Da die Spule bis zum Ende ihrer ersten Lage gegen das Anfangspotential nur eitle geringe Spannungsdifferenz hat, kann sie nach Fig. 3 und 4 in einen geschlitzten Metallkörper 1.6 eingewickelt werden, der sie zusammenhält und gegen Auseinanderreissen bei Kurzschlüssen schützt.
Dieser Spulen körper kann auch, wenn er einen Eisenkern umgibt, als einlagige Unterspannungswick- lung eines Transformators ausgebildet seilt. indem die Unterspannung rechts und links vom Schlitz abgenommen oder angeschlossen wird. Hierdurch wird ein dichtes Aneinander legen der beiden Wicklungen und damit eile sehr geringe Streuspannung, sowie eine nied rige Kurzschlussspannung erreicht.
Werden mehr als eine Unterspannungswindung be nötigt, so. kann man das Rohr des lVletall- spulenkörpers 16 schraubenförmig und die Flansche spiralig aufschneiden. Ein derart aufgeschnittener Spulenkörper stellt dann die Unterspannungswicklung dar. Man kann auch den umgekehrten Weg gehen und den Spulenkörper gemäss Fig. 5 gleich aus der aus Profildrähten 17 bestehen den Unterspannungswicklung herstellen.
Die Profilierung kann dabei auch ähnlich einer solchen sein, wie man sie bei Metallschläu chen verwendet, derart, dass die einzelnen Profilteile ineinander greifen. Zur leichteren Herstellung eines solchen Spulenkörpers können die Windungen auf einen Träger<B>1,8</B> aus Isoliermaterial oder aus mit einem Iso lierüberzug versehenen Metall aufgewickelt werden. Der Träger kann auch rechen- oder kammartig ausgebildet sein, um als Ab standshalter der einzelnen Windungen zu dienen. Seine Enden umfassen dabei im Be darfsfalle noch zangenartig die den Spulen kastenflansch bildenden Windungen.
Der so gebildete Spulenkörper mit dem Träger wird in Isolierlack oder Emaille eingetaucht, bis die für die Windungsspannungen notwendige Isolation erreicht ist, und bis sie die Span- nungdifferenz gegen die erste Oberspan nungslagenwicklung aushält. Dies Verfahren kann so lange fortgesetzt werden, bis die Zwischenräume vollständig ausgefüllt sind und die Windungen mit dem Isolierstoff zu sammen .einen festen, elektrisch und mecha nisch widerstandsfähigen Spulenkörper dar stellen, in den die Oberspannungswicklung in der vorher beschriebenen Weise eingebracnt werden kann.
Die Oberspannungsspule ist in diesem Fall dreiseitig umschlossen, die Hochspan nung wird an der offenen vierten Seite, un gefähr in der Mitte des äussern Umfanges abgenommen und fällt nach den beidin Spulenkörperflanschen hin in Höhe der je weils doppelten Lagenspannung ab. Zufolge dieser eingangs erwähnten Unterteilung der Spannung in kleine, zwangsmässig ge steuerte Teilspannungen wird auch bei Staubniederschlag auf dem Umfang der Spule die Staubexplosionsgefahr vermindert.
Bekanntlich richten sich auf blanken Metall teilchen Fäserchen und Staubpartikelchen zufolge der elektrostatischen Kräfte auf, saugen sich voll Feuchtigkeit und bilden dann Spitzen, die beim Auftreffen von Über spannungswellen zur sogenannten Jonen- -#rolkenbildung und damit zu Überschlägen Veranlassung geben. Aus diesem Grunde werden die radialen Metallscheiben 12 beziv. 13 allseitig mit einem Isolierüberzug ver sehen, der so stark sein muss, dass er der je weiligen doppelten Lagenspannungsdifferenz entspricht. Auch die auf dem äussern Uni fang in der Mitte liegende Eingangswindung 7 0 wird mit einer derartigen Isolierschicht versehen.
Die Wanderwellen treffen nun auf die Eingangswindung 1.9 auf. Am besten werden diese Wanderwellen durch gross flächige Kapazitäten nach Erde abgeleitet. Da die Windungslagen und die eingelegten radialen Metallscheiben 12 bezw. 13, bereits grossflächig ausgebildet sind, wird zur be- seren kapazitiven Kopplung dieser Wick lungsteile mit der Eingangswindung die. letztere auch verhältnismässig breit ausge führt, damit die Wanderwelle nicht auf einen Eingangswindungsdraht auftritt, der nur eine kleine Kapazität gegenüber den andern Teilen besitzt.
Durch diese Massnahme wird die Wanderwellenstirn sehr stark verflacht. Um noch eine glatte Oberfläche der Ober spannungsspule zu bekommen, wird der ganze Spulenkörper in Isolierlack eingetaucht und so das Eindringen von Feuchtigkeit verhin dert. Allerdings würde die Feuchtigkeit in diesem Fall sehr wenig schaden, weil nir gends erhebliche Spannungsdifferenzen und Feldkontraktionen auftreten, wo sich Feuch tigkeit und Staub- und Ölausscheidungen niederschlagen könnten.
Trotzdem ist es möglich insbesondere bei in Luft, Gas oder in Sand angeordneten, jedenfalls nicht in Isolierflüssigkeit befindlichen Wicklungen für Trockenapparate noch den Spulenumfang mit einem Isolierrohr 20 (siehe Fig. 3 und 1), so zu umgeben, dass sowohl die Eingangswin dung als auch die potential gesteuerten Teil flächen bedeckt sind und mit der Hochspan nung an einer Stelle in der Mitte des Rohr umfanges hindurchzugehen, zumal ja. die innere Mantelfläche des Isolierrohres ?0 zu beiden Seiten in achsialer Richtung durch die darunter liegende Oberspannungswicklung potential gesteuert wird.
Dies ist ins.beson.- dere dann erforderlich, wenn der Spulen körper 16 gemäss Fig. 4 auf einem Eisenkern 21 angeordnet und die radiale Spannungs differenz des Endpotentials gegen den an nähernd auf Anfangspotential befindlichen Eisenkern und oder bei Drehstromtransfor- matoren die Spannungsdifferenz zwischen den einzelnen Phasenwicklungen nicht durch einen entsprechend grösseren Abstand aufge nommen werden soll,
oder in dem Zwischen raum an Hochspannungswicklungspunkte an geschlossene Potentialsteuerbleche angeord net werden.
Kommt es darauf an, diesen Abstand sehr klein zu halten, so kann, wie die Fig. 3 und 4 zeigen, das Isoliermantelrohr 20 auf sei nem äussern Umfang mit einer Metallschicht 22 versehen und eine Durchführung 23 als Herausführung für die Hochspannung be nutzt werden, die mit dem Isoliermantel 20 ein Stück bildet. Die Metallschicht 22 geht.
in diesem Falle bis in die untere Hohlkehle des Vorsprunges 2:4 der Durchführung 123, so dass die in den Spulenumfang herausgeführ ten Wicklungsteile der Oberspannungsvvick- lung zu der annähernd auf Anfangspotential befindlichen Metallisierung 22 senkrecht stehen und demzufolge Feldkontraktioilen auch hier vermieden sind.
Um die Länge der Durchführung 23 nicht für die ganze Spannungsdifferenz der Hoch spannung gegen Erde ausführen zu müssen, kann auf dem Mantel die Metallisierung 22 um die Durchführung 23 herum in mehrere konzentrische Ringe unterteilt werden. Diese Metallringe können dann auch noch durch den Mantel 20 hindurch an die zugehörigan Hochspannungspotentiale angeschlossen wer den.
Auf die Oberspannungsspule 2'5 kann nach Fig. 6 eine zweite konzentrisch dazu liegende Oberspannungsspule 26 derart spiegelbildlich aufgewickelt werden, dass die herausgeführten Wicklungsteile gleichen Po tentials sich an der Trennstelle<B>217</B> einander gegenüber stehen. Die Potentiale der Ver bindungspunkte zweier Lagen sind bei ler innern Spule an ihrem äusseren Umfang, bei der äussern Spule an ihren innern Umfan; geführt.
Ob nun die beiden Spulen nach Fig. 6 und 7 parallel oder nach Fig. 8 hinter- einander geschaltet sind, immer entsteht an der Berührungsfläche ein aclisial verlaufen der Spalt mit achsialer Potentialsteuerung. aus welchem Grunde auch hier wieder Feld kontraktionen vermieden sind.
Um aber die beiden Spulen nach Fig. 8 in Serie zu schal ten, werden die einzelnen spiegelbildlich sich gegenüberstehenden zu einander gehörigen Wicklungsabteilungen miteinander verbun den, oder metallisch dicht. aneinandergelegt. In beiden Fällen wird zuerst die innere Spule 25 hergestellt und um diese: herum die äussere 26 in umgekehrter Reihenfolge gelegt. Man beginnt an die innerste Lage 19 anschliessend die Scheibenspule 28 hochzuwickeln, sodann die Wicklungslage 29 herzustellen, geht mit.
der Metallscheibe 30 oder Draht nach unten und wickelt im Falle der Parallelschaltan@; die nächste Scheibenwicklung 31 und so fort lind im Falle der Hintereinanderschaltung verfährt man genau so, nur dass man die Windungen der Spulen 25, 26 an dem Um kehrpunkt aufschneidet und sie miteinander an der Trennstelle 27 verbindet.
Die das End- bezw. Hochspannungspoten tial führende Windung 19 liegt ungefähr in der Hitte der beiden Spulen 25, 26 und muss zum Anschluss herausgeführt werden. Dies ist auf sehr einfache Weise mit einer ver hältnismässig kleinen Durchführung 32 mög lich, da man sie mit zwangsmässig durch die Wicklungslagen gesteuerten Potentialbelegon 33 ausführen kann. Um ein bequemes Auf spulen der zweiten Spule >2.6 zu ermöglichen. wird ein Isolierring 3.4 auf die Eingangs windung 19 aufgebracht, dessen Querschnitt dem Längsschnitt des in der Spule 26 unter zubringenden untern Teils der Durchfüh rung 32 entspricht.
Durch entsprechende Öffnungen im Isolierring 34 werden nun die Verbindungen zwischen den Teilen der durch ihn unterbrochenen Lagen hindurchgeftilirt und auf der andern Seite weitergewickelt. Um auch die Potentialverteilung dieses Rin ges 34 von innen nach aussen zwangsmässig potential zu steuern, können geschlitzte Metallringe eingelegt werden, die mit den zugehörigen Lagen elektrisch, das heisst lei tend oder kapazitiv, verbunden sind. Ausser dem können die eingelegten geschlitzten Me tallringe als Windungen mitangeschlossen werden.
Die Durchführung 3,2 kann, wie in Fig. 7 durch den Hochspannungspfeil ange deutet, auch in Längsrichtung des Spaltes 27 liegen. Da nun die Spulen 26, 26 auf ihren Aussenflächen nur eine verhältnismässig ge ringe Spannung gegen das Anfangspotential führen, können sie von einem radial ge schlitzten Metallgehäuse 35 umschlossen wer den. Die Unterspannungswicklung <B>36</B> befin det sich auf dem Eisenkern 2'1.
Das allseitig geschlossene Metallgehänse 35 kann jedoch auch wieder seinerseits die Unterspannungswicklung bilden. Dann wer den die vier Seitenwände des Gehäuses bei entsprechender Isolierung alle parallel oder paarweise in Serie oder alle vier in Serie ge schaltet. Ausserdem können zur Vermehrung der Unterspannungswindungen die Rohrteile, wie bereits früher erwähnt, schraubenförmig und die Flausche des Gehäuses bezw. Spulen körpers spiralig aufgeschnitten werden.
Da in diesem Falle .eine Wicklung die andere voll umfasst, ist die Streuspannung und so mit auch die Kurzschlussspannung eines der artigen Transformators ein Minimum.
Die Oberspannungswicklung mit den Spulen 25, 26 ist sodann durch die starke Unterspannungswicklung umfasst, so dass auftretende Kurzschlusskräfte durch sie auf genommen werden können. Ausserdem kann der ganze Spulenblock noch bandagiert wer den, um ein Auseinanderreissen der Spulen zu vermeiden. Er kann auch von der Kern befestigung aus entsprechend radial und ach sial abgestützt werden, was in diesem Falle umso leichter ist, da man auf eine etwa sieh hierdurch _ ergebende Beschädigung der empfindlichen Oberspannungswicklung keine Rücksicht zu nehmen braucht.
Zufolge der geringen Kurzschlussspannung und der ge ringen Streuung sind Wirbelstromverluste ein Minimum. Die Oberspannungswicklung kann auch für sich bandagiert sein. Bei kleinen und mittleren Apparaten können bei Nichtverwendung von Mänteln. die radial geschlitzten Potentialscheiben 12. 13 oder Scheibenwicklungen 14 über der. Um fang der äussersten Wicklungslage heraus stehen, so dass dadurch eine künstlich ver grösserte Oberfläche als Kühlfläche geschaf fen wird.
Bei grossen abzuführenden Wärme mengen, beispielsweise bei Leistungstrans formatoren, genügt aber die natürliche Küh lung nicht mehr. Hier kann man, wie Fig. 9 zeigt, durch die hohl ausgebildeten (siehe auch Fig. 5), über isolierende Rohrverbin dungen 36 hintereinander geschalteten Poten tialscheiben 1.2 bezw. 13 Druckluft oder ein anderes gasförmiges oder auch flüssiges nor maltemperiertes oder unterkühltes Isolier mittel hindurchdrücken. Da man in den mei sten Fällen mit höherem Anfangsdruck ar beiten muss, wird hierbei auch die Expan sionskälte mit zur UTärmeabfuhr ausgenutzt.
Die zwischen den radial nach aussen ge führten Scheibenspulen 14 als Fortsetzung der Lagenspulen liegenden gecchlitztenHohl- scheiben 12 bezw. 13. nehmen nun die ZVärme aus diesen Spulen heraus, die. ihnen von der Wicklung selbst immer wieder zugeführt wird. Vorteilhaft wird die Strömungsrich tung des Kühlmittels so gewählt, dass es ent sprechend der zunehmenden Spannung der Wicklung von rechts (Anschlussstutzen <B>37.)</B> und links nach innen zu der hohlen Ein gangswindung 19 hin fliesst.
Der hohlen Ein gangswindung gibt man ungefähr eine der äussersten Wicklungslage entsprechende Länge, damit sie die Wärme aus den Lagen- w indungen heraustransportiert. An ihr ist die Austritts- bezw. Ausblaseöffnung 28 für das Kühlmittel angesetzt, deren Rohr 39, wenn es aus Metall besteht, gleichzeitig als Hochspannungsanschluss dienen kann. Das Rohr führt im Falle des Umgebens mit einem Isoliermantel 20 durch den Durchführungs isolator 23, bezw. 32.
Um ein Pfeifen bei hoher Austrittsgeschwindigkeit der frei aus geblasenen Kühlluft zu vermeiden, erweitert sich die Öffnung vorteilhaft zu einem Trich ter bekannter Ausführung.
Genügt diese Wärmeabfuhr noch nicht., so wird auch der Spulenkörper 16 hohl aus geführt oder es können zwischen die einzel nen Wicklungslagen eingebettete und als ss'indungen angeschlossene Hohlrohre für sich vom Kühlmittel durchflossen oder in den Kühlstromweg der hohlen Metallscheiben mit eingeschaltet werden.
Schliesslich kann man, wenn die Unterspannungswicklung den Spulenkörper, wie in Fig. 5 gezeigt, bildet, diese selbst hohl ausführen und so die in der Unterspannungsspule entstandene Wärme und einen Teil der darüber befindlichen Hochspannungsspulenwärme abführen. Hier bei können in bezug auf den Luftstrom alle Unterspannungswindungen hintereinander oder auch ein Teil derselben zwecks geringer Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Austritt des Kühlmittels parallel geschaltet werden.
Wird die beschriebene Hochspannungs wicklung bezw. der sie tragende Eisenkern isoliert aufgestellt, so kann an die Ein gangslage 19 das Anfangspotential bezw. Erde und an die innerste Wicklungslage die Hochspannung angeschlossen werden. Dann verteilt sich die Spannung in umgekehrter Weise als anhand der Figuren beschrieben ist.
Step-by-step high-voltage winding with axially controlled voltage distribution of the layer ends from the final to the initial potential, especially for transformers, Nesswandler and choke coils. There is already a layered high voltage winding, especially for transformers, transducers or inductors with radially controlled voltage distribution of the end of the layer from the end to the starting potential become known; furthermore a high <B>. </B>
voltage coil, in which the individual coaxially enclosing winding layers, starting from the middle layer at high voltage, are connected one behind the other in such a way that the voltage increases when the outer or inner layer is grounded after the middle layers. The axial length of the individual winding layers increases from the outer and inner layers to the middle. the high-tension location.
In order to shield the ends of the coaxially arranged layers that are directly connected to one another and carry the same potential, they are covered in pairs with flat ring-shaped shells, so that in addition to the radial, there is also a certain axial potential control within the coil (German Patent No. 337404 of July 3, 1919.) With radial control, the coil must have a certain minimum height at its free ends in accordance with the voltage difference to be controlled, especially with higher voltages.
To build a transformer with a low short-circuit voltage, such a coil is not advantageous for the reason that the smallest possible coil thickness is necessary with a corresponding axial length expansion. The two demands are therefore opposed to one another.
In the known high-voltage coil arrangement with coaxial cylinders and axial potential control, however, the field contractions at the triangular edges penetrating the coil are not; avoided; because between the last turn of the shorter cylinder and the next lower or higher lying longer position, a field contraction arises BEZW. Field shift, so that field control has not yet been achieved with the known arrangement, despite the fact that the ends of the layers of higher potential are separated from the initial potential by the potentials between them.
The invention is based on the. Knowledge from that field contractions respectively. Shifts in the electrical field must be avoided because they are hardly accessible to the bill and, above all, layered insulating materials between the individual winding layers cannot cope with these stresses. The field shifts in the layer-wise high-voltage winding are to be avoided according to the invention by guiding the potentials of the layer ends to the one coil circumference.
This results in the layer ends of higher potential being separated from the initial potential by the intermediate potentials of the leads in the coil itself and the potential control of the layer ends is relocated to the circumference of the coil. Through interposed conductive surfaces, which lead the intermediate potentials to one circumference, at the ends. In the box winding, the entire voltage difference can be subdivided into such small, positively controlled partial voltages that they can be easily controlled.
This creates potential-controlled cylinder surfaces on both sides of the coil, so that the high voltage can be connected directly to the external input layer without using an isolator. It is also possible in a simple manner to cover the outer circumference of the coil with insulating cylinders. The winding itself can also be used to guide the end potentials of the individual layers to a circumference, in that the wire at the end of the log is not wound back axially, but radially upwards. This creates a disc winding building on the end of the box.
For example, the end of the disc winding is passed under the disc winding, the second layer is applied to the first and at the end the disc coil is made again, etc.
The invention will be described immediately with reference to the exemplary embodiments of the high-voltage winding shown in the figures. 1 and 2 each show a longitudinal section through two layered high-voltage windings with metal disks, Fig. 3 shows a longitudinal section through a layered high-voltage winding with a disk coil at one end of the layers, Fig. 4 shows a longitudinal section through a similar winding, but with metal disks between the individual disc coils.
Furthermore, Fig. 4 shows the low voltage coil and the iron core on which the high voltage winding is arranged; In Fig. @ 5, a high-voltage winding is illustrated in longitudinal section, in which both the undervoltage coil designed as a coil box and the metal disks form channels for a coolant; Fig. F shows a section through a high-voltage winding, which has two mirror-inverted coils, and a box comprising the two coils.
FIG. 6 also shows the undervoltage vibration and the iron core on which the high-voltage winding is arranged; 7 and 8 show how the two Spu len of the high-voltage winding according to Fig. @@ are interconnected;
FIG. 9 schematically illustrates the coolant channel of the embodiment shown in FIG. 5, according to FIGS. are used for the potentials of the connec tion points 1.1 (ends) of the individual winding layers indicated by wavy lines perpendicular to the winding axis to the outside leading slotted straight (12) or angled (13) metal disks 12, 13.
The insulation between tween the individual disks 12, 13 is only to be measured for the respective double layer tension, and this can be very plentiful because there is enough space available in the axial direction. A particular thickness of the radial disks 12, 13 is not necessary for reasons of stress distribution. They can also consist of conductive foils and also run at an angle to the radius ver.
The high-voltage connections of the windings 11 are labeled 11a and the input position is labeled 11b.
The arrangement can be more economical if, as shown in Fig. 3, some of the turns required for the high-voltage coil are wound radially outward after completion of the winding layer at the end of the layer and so the layer end potential is created on the circumference of the Spu len . In addition to the concentric winding layers, parallel disc coils 14 are formed alternately on the layer ends.
For further winding, the wire 15 is bent off from the outer circumference and guided back down along the disc coil 14 onto the circumference of the layer winding. Then the next layer of the winding is carried out, wound up against the disc coil 14 at the end and so on, until you have accommodated the necessary windings in the coil. An end disk winding 14 is thus assigned to each layer winding.
This winding arrangement has the advantage that there are no solder points in the winding because this high-voltage coil, which is composed of layers and disks, is wound through from start to finish.
According to FIG. 4, next to the disks coils 14, slotted metal disks 12 'are set in order to be able to lead the wire 15 down from the outer circumference of the coil through the slot. Through the metal disks, the cavity that would otherwise be created by the wire between two straight disk coils is filled and an air cavity is avoided.
It is also possible to have the outer end of the disc coil with one and the beginning of the next winding layer with the other end of the radially slotted disc 1? to connect and sü-1 so as a turn or if the disc 12 itself is slit spirally as Win dungen with to use.
The wire 15 can also be spiraled again in the spiral slot. be inserted. This space taken up by the disks 12 can also be better utilized if, instead of the wire 15, the coil is wound from the outside to the inside, so that for each winding layer. a radially outwardly and a radially outwardly inwardly wound disc coil belongs.
Because the potentials of the spatially differently high lying connection points of adjacent layers either through conductive disks or through the winding itself radially up to a common height, generally the common outer circumference of the Vicklun, - ,. are brought out, there is the effect mentioned at the beginning.
Since the coil has only a small voltage difference until the end of its first position against the initial potential, it can be wrapped in a slotted metal body 1.6 according to FIGS. 3 and 4, which holds it together and protects it from being torn apart in the event of short circuits.
If it surrounds an iron core, this coil body can also be designed as a single-layer low-voltage winding of a transformer. by removing or connecting the undervoltage to the right and left of the slot. As a result, the two windings are placed close together and thus very low stray voltage and a low short-circuit voltage are achieved.
If more than one low voltage winding is required, then. the tube of the metal bobbin 16 can be cut open helically and the flanges cut open helically. A coil former cut open in this way then represents the low-voltage winding. You can also go the opposite way and produce the low-voltage winding according to FIG. 5 from the low-voltage winding consisting of profile wires 17.
The profiling can also be similar to that used in metal hoses, such that the individual profile parts interlock. To make it easier to manufacture such a bobbin, the windings can be wound onto a carrier <B> 1, 8 </B> made of insulating material or of metal provided with an insulating coating. The carrier can also be designed like a rake or a comb in order to serve as a spacer for the individual turns. Its ends include, if necessary, still pliers-like windings forming the coil box flange.
The coil body formed in this way with the carrier is immersed in insulating lacquer or enamel until the insulation required for the winding voltages is achieved and until it can withstand the voltage difference against the first high-voltage layer winding. This process can be continued until the gaps are completely filled and the turns with the insulating material together. A solid, electrically and mechanically resistant bobbin represent, in which the high-voltage winding can be burnt in the manner described above.
In this case, the high-voltage coil is enclosed on three sides, the high-voltage voltage is removed on the open fourth side, roughly in the middle of the outer circumference, and falls after the two coil body flanges to the level of double the layer tension. As a result of the aforementioned subdivision of the voltage into small, compulsorily controlled partial voltages, the risk of dust explosion is reduced even when dust deposits on the circumference of the coil.
As is well known, fibrils and dust particles build up on bare metal particles as a result of the electrostatic forces, soak up moisture and then form peaks which, when overvoltage waves hit, give rise to so-called ion - # cloud formation and thus to flashovers. For this reason, the radial metal disks 12 beziv. 13 provided with an insulating coating on all sides, which must be so thick that it corresponds to the respective double layer tension difference. The entry turn 70 located in the center of the outer uni is provided with such an insulating layer.
The traveling waves now hit the input turn 1.9. These traveling waves are best diverted to the earth by means of large capacities. Since the winding layers and the inserted radial metal disks 12 respectively. 13, are already formed over a large area, for better capacitive coupling of these winding parts with the input turn. the latter also leads out relatively broadly, so that the traveling wave does not occur on an input winding wire that has only a small capacity compared to the other parts.
This measure flattens the traveling wave face very much. In order to get a smooth surface of the overvoltage coil, the entire coil body is immersed in insulating varnish to prevent moisture from penetrating. However, in this case the moisture would do very little damage because there are no significant voltage differences and field contractions anywhere where moisture and dust and oil excretions could be deposited.
Nevertheless, it is possible, especially in the case of windings for dryers that are arranged in air, gas or sand, in any case not in insulating liquid, to surround the coil circumference with an insulating tube 20 (see FIGS. 3 and 1) so that both the input winding and the potential-controlled partial areas are covered and can be passed through with the high voltage at a point in the middle of the pipe circumference, especially since yes. the inner surface of the insulating tube? 0 on both sides in the axial direction is potential controlled by the high-voltage winding below.
This is particularly necessary when the coil body 16 according to FIG. 4 is arranged on an iron core 21 and the radial voltage difference between the end potential and the iron core, which is close to the starting potential, and or in the case of three-phase transformers, the voltage difference between the individual phase windings should not be absorbed by a correspondingly larger distance,
or be net angeord in the space at high voltage winding points on closed potential control plates.
If it is important to keep this distance very small, then, as FIGS. 3 and 4 show, the insulating tube 20 is provided with a metal layer 22 on its outer circumference and a bushing 23 can be used as a lead-out for the high voltage. which forms one piece with the insulating jacket 20. The metal layer 22 goes.
in this case up to the lower groove of the projection 2: 4 of the leadthrough 123, so that the winding parts of the high-voltage winding led out into the coil circumference are perpendicular to the metallization 22, which is approximately at initial potential, and consequently field contractions are also avoided here.
In order not to have to run the length of the bushing 23 for the entire voltage difference of the high voltage to earth, the metallization 22 around the bushing 23 can be divided into several concentric rings on the jacket. These metal rings can then also be connected through the jacket 20 to the associated high-voltage potentials.
According to FIG. 6, a second concentric high-voltage coil 26 can be wound onto the high-voltage coil 2'5 in a mirror-inverted manner in such a way that the lead-out winding parts of the same potential are opposite one another at the separation point 217. The potentials of the connection points between two layers are on the outer circumference of the inner coil and on the inner circumference of the outer coil; guided.
Whether the two coils according to FIGS. 6 and 7 are connected in parallel or one behind the other according to FIG. 8, the gap always runs aclisially on the contact surface with axial potential control. for whatever reason field contractions are again avoided here.
However, in order to switch the two coils according to FIG. 8 in series, the individual mirror-inverted opposing winding compartments belonging to one another are connected to one another, or metallically tight. put together. In both cases, the inner coil 25 is produced first and the outer coil 26 is placed around it in the reverse order. You then begin to wind up the disc coil 28 at the innermost layer 19, then to produce the winding layer 29, you go with it.
the metal disk 30 or wire down and winds in the case of parallel connection @; the next disc winding 31 and so on and in the case of series connection, the procedure is exactly the same, only that the turns of the coils 25, 26 are cut open at the reversal point and they are connected to one another at the separation point 27.
The end respectively. High-voltage potential leading turn 19 is approximately in the middle of the two coils 25, 26 and must be led out for connection. This is possible, please include in a very simple manner with a relatively small implementation 32, since it can be carried out with a potential cover 33 that is necessarily controlled by the winding layers. To enable the second bobbin> 2.6 to be wound easily. an insulating ring 3.4 is applied to the input turn 19, the cross-section of which corresponds to the longitudinal section of the lower part of the implementation 32 to be placed in the coil 26 under.
The connections between the parts of the layers interrupted by it are then filtered through corresponding openings in the insulating ring 34 and wound on the other side. In order to control the potential distribution of this ring tot 34 from the inside to the outside, slotted metal rings can be inserted, which are electrically connected to the associated layers, that is to say conductive or capacitive. In addition, the inserted slotted metal rings can also be connected as turns.
The implementation 3.2 can, as indicated by the high-voltage arrow in FIG. 7, also lie in the longitudinal direction of the gap 27. Since the coils 26, 26 only lead a relatively low voltage against the initial potential on their outer surfaces, they can be enclosed by a radially slotted metal housing 35 who the. The low-voltage winding <B> 36 </B> is located on the iron core 2'1.
The metal casing 35, which is closed on all sides, can, however, again form the low-voltage winding. Then who the four side walls of the housing with appropriate insulation all switched in parallel or in pairs in series or all four ge in series. In addition, to increase the low voltage windings, the pipe parts, as already mentioned earlier, can be helical and the fluff of the housing BEZW. Coils are cut open spirally.
Since in this case, one winding completely encompasses the other, the stray voltage and thus also the short-circuit voltage of one of the transformers of this type is a minimum.
The high-voltage winding with the coils 25, 26 is then encompassed by the strong low-voltage winding, so that it can absorb short-circuit forces that occur. In addition, the entire bobbin block can still be bandaged to prevent the bobbins from tearing apart. It can also be appropriately supported radially and axially from the core attachment, which is all the easier in this case, since there is no need to take into account any damage to the sensitive high-voltage winding that might result from this.
As a result of the low short-circuit voltage and the low scattering, eddy current losses are a minimum. The high-voltage winding can also be bandaged for itself. In the case of small and medium-sized devices, if jackets are not used. the radially slotted potential disks 12. 13 or disk windings 14 above the. The outermost winding layer protrudes around the edge so that an artificially enlarged surface is created as a cooling surface.
In the case of large amounts of heat to be dissipated, for example with power transformers, natural cooling is no longer sufficient. Here you can, as Fig. 9 shows, through the hollow (see also Fig. 5), connections via insulating Rohrverbin 36 consecutively connected Poten tialplatten 1.2 respectively. 13 Push compressed air or another gaseous or liquid insulating medium at normal temperature or undercooled through it. Since you have to work with a higher initial pressure in most cases, the expansion cold is also used to dissipate heat.
The slotted hollow disks 12 and / or slotted hollow disks 12, which lie between the disk coils 14, which are guided radially outward as a continuation of the layer coils. 13. now take out the heats from these coils, the. is fed to them again and again by the winding itself. The flow direction of the coolant is advantageously chosen so that it flows from the right (connection piece 37) and left inwards to the hollow input turn 19 in accordance with the increasing voltage of the winding.
The hollow input turn is given approximately a length corresponding to the outermost winding layer so that it transports the heat out of the layer windings. At her is the exit resp. Blow-out opening 28 set for the coolant, the tube 39 of which, if it is made of metal, can also serve as a high-voltage connection. The tube leads in the case of being surrounded with an insulating jacket 20 through the bushing insulator 23, respectively. 32.
In order to avoid whistling at a high exit speed of the freely blown cooling air, the opening expands advantageously to a funnel ter of known design.
If this heat dissipation is not sufficient, the coil body 16 is also made hollow or hollow tubes embedded between the individual winding layers and connected as connections can be flown through by the coolant or switched into the cooling flow path of the hollow metal disks.
Finally, if the low-voltage winding forms the coil body, as shown in FIG. 5, it can be made hollow itself and the heat generated in the low-voltage coil and part of the high-voltage coil heat located above it can be dissipated. In this case, all low-voltage windings can be connected one behind the other or also a part of the same for the purpose of low temperature difference between the inlet and outlet of the coolant with regard to the air flow.
If the high voltage winding described BEZW. the iron core carrying them set up isolated, so can bezw to the A starting position 19, the initial potential. Earth and the high voltage to the innermost winding layer. The voltage is then distributed in the opposite way to that described with reference to the figures.