Wie erklärt sich bei konzentrischer Anordnung die Verteilung des Streuflusses in den Wicklungen und die daraus resultierenden elektromagnetischen Kräfte?

Bei einer konzentrischen Anordnung mit zwei Wicklungen ist der Streufluss im Allgemeinen kleiner als bei einer konzentrischen Anordnung mit einer einzigen Wicklung und wird bei konzentrischen Anordnungen mit mehreren Wicklungen sogar noch weiter reduziert. Nehmen wir das Beispiel einer einfach konzentrischen Doppelwicklungsanordnung, um zu veranschaulichen, wie der Streufluss verteilt ist.

Bei einem Doppelwicklungsaufbau sind die Stromrichtungen entgegengesetzt. Unter der Annahme, dass der Strom der Niederspannungswicklung nach außen fließt (dargestellt durch ⊙) und der Strom der Hochspannungswicklung nach innen fließt (dargestellt durch ×), muss gemäß der rechten Regel der Streufluss zwischen ihnen (dargestellt durch gestrichelte Linien) verschwinden nach oben.

Der Einfachheit halber kann der Streufluss in zwei Komponenten unterteilt werden: axialer (vertikaler) Streufluss und radialer (horizontaler) Streufluss. Der axiale Streufluss ist vertikal, während der radiale Streufluss aus der Streuung des Streuflusses nach außen am oberen Ende der Wicklung und der Konvergenz nach innen am unteren Ende resultiert, wodurch eine horizontale Komponente entsteht. Gemäß der Linken-Hand-Regel erzeugt der axiale Streufluss radiale elektromagnetische Kräfte und der radiale Streufluss erzeugt axiale elektromagnetische Kräfte.

Der axiale Streufluss verursacht eine nach außen gerichtete radiale Spannung an der äußeren Hochspannungswicklung, was eine Vergrößerung des Durchmessers der Hochspannungswicklung erforderlich macht. In Umfangsrichtung erfährt es eine Zugspannung, der die Wicklungsleiter standhalten müssen. Umgekehrt verursacht der axiale Streufluss einen nach innen gerichteten radialen Druck auf die innere Niederspannungswicklung, der die Umfangsrichtung komprimiert. Bei der Konstruktion und Herstellung müssen Vorkehrungen getroffen werden, um Instabilität und Verformung dieser Wicklung zu verhindern.

Der radiale Streufluss führt dazu, dass sowohl Hoch- als auch Niederspannungswicklungen nach innen gerichteten axialen Drücken ausgesetzt sind. Diese Kraft wirkt als Druckkraft auf die Wicklung und die Leiter an beiden Enden tragen die maximale Kraft. Die Druckkraft auf die Abstandshalter ist die resultierende Kraft der auf die Leiter wirkenden Kräfte, sodass diese Kraft in der Mitte der Wicklung maximal ist. Die durch diese Kräfte in den Leitern und Abstandshaltern erzeugten Spannungen müssen auf einen akzeptablen Bereich begrenzt werden. Bei Abstandshaltern aus ölimprägnierter Pappe sollte die zulässige Druckspannung unter 39.2 MPa liegen.

Darüber hinaus sind die erzeugten axialen Drücke und Spannungen aufgrund von Schwankungen in der Wicklungshöhe, Ungleichgewicht in den Windungen und der Entfernung von Anzapfungssegmenten denen in einer verschachtelten Anordnung ähnlich.

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