Wicklungsanordnung für Transformatoren mit quadratischem Kernquerschnitt

Abstract

 Derartige Anordnungen für Transformatoren sind vorteilhaft mit einer den Kern (1) unter Bildung von Kühlkanälen umfassender den Kernquerschnittsecken eng anliegender innerer Wicklung (2) und mit im Querschnitt kreisrunder äußerer Wicklung (3) ausgeführt. Erfindungsgemäß ist hierbei ein Hauptstreukanal (5) im Bereich radial über den Kernquerschnittsecken kleiner als im übrigen Umfangsbereich und hier als Kühlkanal wirkungslos. Dabei liegen Preßklötze zur Einleitung der Einspannkräfte zur axialen Fixierung der Wicklungen (2, 3) in dem Bereich radial über den Kernquerschnittsecken auf den Stirnseiten der Wicklungen (2, 3). Diese Anordnung ist vorteilhaft anwendbar bei Transformatoren, die in Serien hergestellt werden, weil einerseits der Aufbau des Eisenkernes (1) durch dessen quadratischen Querschnitt sehr einfach ist und andererseits trotz im Hinblick auf die bei Kurzschlußbelastung auftretenden Kräften rund ausgebildeten äußeren Wicklung (3) der mittlere Windungsdurchmesser durch Verzicht auf Isolationsabstände und Kühlkanäle im Bereich über den Kernquerschnittsecken verhältnismäßig klein ist.

Beschreibung

[0001] Die Beschreibung betrifft eine Wicklungsanordnung für Transformatoren mit quadratischem Kernquerschnitt mit einer den Kern unter Bildung von Kühlkanälen umfassender an den Kernquerschnittsecken eng anliegender im Querschnitt unrunder innerer Wicklung und mit im Querschnitt kreisrunder äußerer Wicklung.

[0002] Bei der Fertigung, insbesondere der Serienfertigung, von Transformatoren ist man bestrebt durch die Gestaltung des Eisenkerns und der diesen umgebenden Wicklungen gleichzeitig eine gute Kurzschlußfestigkeit und ein sehr hohes MaB an Wirtschaftlichkeit zu erzielen.

[0003] Bei dem üblichen Aufbau von Transformatoren mit im Querschnitt kreisrunden Eisenkernen und Wicklungen wird eine sehr gute Kurzschlußfestigkeit erreicht. Hierbei ist jedoch ein erheblicher Aufwand für den aus Blechlamellen geschichteten Eisenkern erforderlich, weil Lamellen der verschiedensten Breite in unterschiedlichen Stückzahlen zusammengesetzt werden müssen. Bei Anordnungen mit innen liegender Bandwicklung ergibt sich ein darüber hinausgehender Mehraufwand für die Wicklungsausleitungen, da in diesen Fällen wegen der radialen Kurzschlußkräfte ein Tragzylinder erforderlich ist.

[0004] Durch die DE-OS 24 25 899 ist auch schon eine Wicklungsanordnung mit annähernd rechteckigem Kern- und Wicklungsquerschnitt bekannt. Zur Aufnahme der radialen Kurzschlußkräfte ist bei dieser Anordnung eine verhältnismäßig kostenaufwendige radiale Wicklungseinspannung erforderlich. Trotzdem ist bei dieser Anordnung ein Rest von Kurzschlußspannungsänderung im Kurzschlußfall nicht ganz ausgeschlossen.

[0005] Die US-PS 3 447 112 zeigt für Transformatoren eine _Wicklungsanordnung mit rein quadratischem Kernguerschnitt und mit im Querschnitt kreisrunder äußerer Wicklung. Eine innere Wicklung stützt sich unmittelbar auf den Ecken des _Kernschenkels ab und ist zwischen diesen Ecken durch Stützleisten ausgestellt, so daß sie im Querschnitt ein der Kreisform recht nahekommendes Vieleck darstellt. Ein zwischen der inneren und der äußeren Wicklung vorgesehener sogenannter Hauptstreukanal ist bei dieser bekannten Anordnung über den gesamten Umfang infolge seiner verhältnismäßig großen radialen Ausdehnung gleichzeitig auch Kühlkanal. Hierdurch und durch die annähernd kreisrunde Querschnittsform der inneren Wicklung ist die mittlere Wicklungslänge bei dieser bekannten Anordnung unwirtschaftlich groß. Die Funktionstüchtigkeit dieser Anordnung ist demzufolge durch den Einsatz einer unverhältnismäßig großen Werkstoffmenge erkauft.

[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Transformatoren eine Form für den Kern und die Wicklungen zu finden, bei der ein Optimum an Kurzschlußfestigkeit erreicht und gleichzeitig ein hohes Maß an Wirtschaftlichkeit gegeben ist.

[0007] Erfindungsgemäß wird dies durch eine Wicklungsanordnung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der die Stärke eines Hauptstreukanals darstellende Abstand der äußeren Wicklung von der inneren Wicklung im Bereich radial über den Kernquerschnittsecken wesentlich kleiner ist als im übrigen Umfangsbereich, daß im Hauptstreukanal im Bereich radial über den Kernquerschnittsecken die festen Isoliermittel allein zur elektrischen Isolation der Wicklungen voneinander ausgelegt sind, daß der im übrigen Umfangsbereich gleichzeitig als Kühlkanal dienende Hauptstreukanal im Bereich radial über den Kernquerschnittsecken als Kühlkanal wirkungslos ist und daß - Preßklötze zur Einleitung der Einspannkräfte zur axialen Fixierung der Wicklungen in dem Bereich radial über den Kernquerschnittsecken auf den Stirnseiten der Wicklungen liegen.

[0008] Nach vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ist die innere Wicklung von axialen Kühlkanälen durchsetzt, die in Richtung auf den Bereich radial über den Kernquerschnittsecken verjüngt und unmittelbar in diesem Bereich vollständig geschlossen sind und wobei die innere Wicklung aus Band gewickelt ist, dessen Breite gleich der Wicklungslänge ist.

[0009] Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ausleitungen der inneren Wicklung in Kühlkanälen in der Mitte zwischen zwei Eckbereichen auf derselben Seite des Kernguerschnitts liegen und daß die innere Wicklung auf der ihren Ausleitungen gegenüberliegenden Seite gegen den Eisenkern verkeilt ist. Dabei trägt die innere Wicklung zwischen den Eckbereichen achsparallele den Hauptstreukanal offen haltende Leisten, die durch eine Bandage aus einer Verlängerung eines als Windungsisolierung dienenden Streifens aus Isolierwerkstoff in ihrer Einbaulage gehalten sind.

[0010] Nach einer anderen Ausgestaltung sind zur Erleichterung der Wärmeabfuhr aus dem Hauptstreukanal die dort angeordneten Leisten mindestens teilweise aus achsparallel gewellten metallischen Streifen.

[0011] Die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung ist sehr vorteilhaft, denn sie ermöglicht eine sehr gute Raumausnutzung und eine damit verbundene sehr gute Auslastung des eingesetzten Werkstoffes bei gleichzeitig sehr guter Kurzschlußfestigkeit.

[0012] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.

[0013] Die Zeichnung stellt die Draufsicht auf einen Eisenkernschenkel 1 mit darum angeordneter innerer Wicklung 2 und äußerer Wicklung 3 bei noch nicht eingeschachteltem oberen Eisenjoch dar. Der Eisenkernschenkel 1 ist aus Blechlamellen geschichtet und hat einen quadratischen Querschnitt mit lediglich leicht abgesetzten Ecken.

[0014] Die innere Wicklung 2 ist in zwei etwa gleich große Abschnitte aufgeteilt, zwischen denen über den Seitenflächen des Eisenkernschenkels 1 Kühlkanäle 4 vorgesehen sind, die im Bereich über den Kernguerschnittsecken auslaufen. Dadurch liegen in diesem Bereich die beiden Abschnitte der inneren Wicklung 2 unmittelbar aufeinander und die innere Wicklung 2 bildet nach außen hin im Querschnitt ein Quadrat mit verhältnißmäßig stark abgerundeten Ecken.

[0015] Die äußere Wicklung 3 ist im Querschnitt kreisrund und liegt mit ihrem Innenmantel unmittelbar über den abgerundeten Querschnittsecken der inneren Wicklung 2. Auf diese Weise ist der Hauptstreukanal zwischen der inneren Wicklung 2 und der äußeren Wicklung 3 im Bereich über den Kernquerschnittsecken praktisch vollständig entfallen. Durch den geringen radialen Abstand zwischen den beiden Wicklungen 2 und 3 ist in diesem Bereich der Hauptstreukanal 5 nicht gleichzeitig als Kühlkanal wirksam. Infolge der guten Wärmeleiteigenschaften des Wicklungswerkstoffes treten jedoch trotzdem über den Umfang gemessen keine wesentlichen Temperaturdifferenzen auf. Dagegen ist durch diese Anordnung der mittlere Windungsdurchmesser wirksam verkleinert.

[0016] Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr aus der Wicklungsanordnung sind in besonderen Fällen anstelle von üblichen nicht dargestellten Abstandsleisten achsparallel gewellte _Wärmeleitbleche 6 in den Kühlkanälen 4 und in dem Hauptstreukanal 5 vorgesehen.

[0017] Die insbesondere bei Hochstromwicklungen häufig problematische Unterbringung von Ausleitungen ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf einfache Art dadurch gelöst, daß auf derselben Seite des Eisenkernschenkels 1 an der inneren Wicklung 2 entlang deren Innenmantel und Außenmantel je eine Ausleitung 7 angeordnet ist.

[0018] Die innere Wicklung 2 ist über ihre innen liegende Ausleitung 7 sowie zusätzliche Stützleisten 8 gegen den Eisenkernschenkel 1 verkeilt. Zur Beherrschung auch außergewöhnlicher Belastungen sind nicht dargestellte weitere Stützleisten an der dritten und vierten Seite des Eisenkernschenkels 1 einsetzbar.

Ansprüche

1. Wicklungsanordnung für Transformatoren mit quadratischem Kernquerschnitt mit einer den Kern unter Bildung von Kühlkanälen umfassender an den Kernquerschnittsecken eng anliegender im Querschnitt unrunder innerer Wicklung und mit im Querschnitt kreisrunder äußerer Wicklung, dadurch gekennzeichnet ,

- daß der die Stärke eines Hauptstreukanals (5) darstellende Abstand der äußeren Wicklung (3) von der inneren Wicklung (2) im Bereich radial über den Kernquerschnittsecken wesentlich kleiner ist als im übrigen Umfangsbereich,

- daß im Hauptstreukanal (5) im Bereich radial über den Kernquerschnittsecken die festen Isoliermittel allein zur elektrischen Isolation der Wicklungen (2, 3) voneinander ausgelegt sind,

- daß der im übrigen Umfangsbereich gleichzeitig als Kühlkanal dienende Eauptstreukanal (5) im Bereich radial über den Kernquerschnittsecken als Kühlkanal wirkungslos ist und

- daß Preßklötze zur Einleitung der Einspannkräfte zur axialen Fixierung der Wicklungen (2, 3) in dem Bereich radial über den Kernquerschnittsecken auf den Stirnseiten der Wicklungen (2, 3) liegen.

2. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wicklung (2) von axialen Kühlkanälen (4) durchsetzt ist, die in Richtung auf den Bereich radial über den Kernquerschnittsecken verjüngt und in diesem Bereich vollständig geschlossen sind.

3. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wicklung (2) aus Band gewickelt ist, dessen Breite gleich der Wicklungslänge ist.

4. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß Ausleitungen (7) der inneren Wicklung (2) in Kühlkanälen in. der Mitte zwischen zwei Eckbereichen auf derselben Seite des Kernquerschnitts liegen und daß die innere Wicklung (2) auf der ihren Ausleitungen (7) gegenüberliegenden Seite gegen den Eisenkern verkeilt (8) ist.

5. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die innere Wicklung (2) zwischen den Eckbereichen achsparallele den Hauptstreukanal (5) offenhaltende Leisten trägt, die durch eine Bandage aus einer Verlängerung eines als Windungsisolierung dienenden Streifens aus. Isolierwerkstoff in ihrer Einbaulage gehalten sind.

6. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Leisten im Hauptstreukanal (5) mindestens teilweise von achsparallel gewellten metallischen Srreifen als Wärmeleitblechen (6) dargestellt sind.

7. Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptstreukanal (5) im Bereich über den Kernquerschnittsecken vollständig durch festen Isolierwerkstoff ausgefüllt ist.

Zeichnung