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Transformator für Sperrkreise in Tonfrequenz-Fernsteueranlagen
Die Erfindung betrifft einen Transformator für
Sperrkreise in Tonfrequenz-Femsteueranlagen mit nur einer überlagerten Steuerfrequenz, dessen Primärwicklung in Serie im Netzteil liegt und zu dessen Sekundärwicklung ein Kondensator parallel geschaltet ist.
In Fernsteueranlagen mit netzüberlagerter Tonfrequenz, bei denen die Übertragung der Steuerbefehle mit nur einer Frequenz erfolgt, ist es notwendig, dass im ganzen zu steuernden Netz eine möglichst gleichmässige Spannungsverteilung der überlagerten Tonfrequenzspannung aufrecht erhalten wird. Dies ist besonders wichtig im Hinblick auf die einwandfreie Funktion der Empfänger, die zu ihrem Betrieb einer bestimmten Minimalspannung bedürfen. Grössere Spannungsabfälle der Tonfrequenzsteuerspannung müssen deshalb vermieden werden. Ebenso unerwünscht sind anderseits durch Resonanzerscheinungen bewirkte Spannungserhöhungen. Letztere treten auf in Netzteilen, die Starkstromkondensatoren zur Phasenverbesserung aufweisen und sind besonders dann ziemlich hoch, wenn der betreffende Netzteil schwach belastet ist.
Es ist nun bereits bekanntgeworden, in das Netz Stromkreise einzuschalten, die den Zweck haben, die Steuerspannung zu stabilisieren. Derartige Stromkreise werden als Sperrkreise ausgebildet, bestehend aus einer Parallelschaltung von Drosselspule und Kondensator, wobei der Resonanzwiderstand bezüglich der Steuerfrequenz, je nachdem eine Sperrung, Spannungserniedrigung oder Spannungserhöhung bezweckt ist, entsprechend eingestellt wird. Es sind auch bereits Stromkreise bekanntgeworden, bei denen der Sperrkreis über einen Transformator ans Netz geschaltet wird, wobei die Sekundärwicklung des Transformators zugleich die Induktivität des Sperrkreises bildet. In diesem Falle wurde aber vorgesehen, dass der Transformator verhältnismässig grosse Streuung und Verluste aufwies, damit die ganze Einrichtung für den Netzstrom eine verhältnismässig kleine Reaktanz darstellte.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung betrifft einen Transformator für derartig angeschlossene Sperrkreise und ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere kleine gleichmässig über die Eisenlänge des Transformators verteilte Luftspalte vorgesehen, Eisenquerschnitt und Wicklung gross bemessen und Primär-und Sekundärwicklung eng gekoppelt sind, so dass der Transformator äusserst verlustarm ist.
Im folgenden ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 einen normalen Parallelresonanzkreis, Fig. 2 einen Sperrkreis mit Transformator, Fig. 3 ein zur Fig. 2 gehöriges Ersatzschema, Fig. 4 ein Anwendungsbeispiel des Sperrkreises in einer Anlage, Fig. 5 ein Anwendungsbeispiel des Sperrkreises bei einer Phasenkompensationsbatterie und Fig. 6 ein Ausführungs- beispiel des erfindungsgemässen Transformators.
In Fig. 1 ist das Schema eines normalen Parallelresonanzkreises, bestehend aus einer Induktivität L und einer Kapazität C dargestellt.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines ebenfalls bekannten Sperrkreises dargestellt, bei dem ein Transformator zur Anwendung kommt. Die Primärwicklung a) i desselben liegt in Serie im Netz, während zur Sekundärwicklung W2 eine Kapazität C parallel geschaltet ist. Der in Fig. 6 als Ausführungsbeispiel dargestellte erfindunggemässe Transformator wird zwar ebenfalls in Schaltungen gemäss Fig. 2 verwendet ; er weist jedoch einen ganz besonderen Aufbau auf, der ihn für den beabsichtigten Zweck besonders geeignet macht, da er, im Gegensatz zu den bekannten Ausführungsarten, äusserst verlustarm ist. Der in Frage stehende Transformator besitzt besonders ausgebildete Eisenkerne und sehr eng gekoppelte Primär-und Sekundärwicklungen.
Bezweckt wird, dass insbesondere die Tonfrequenzverluste äusserst klein ausfallen, dass die unvermeidlichen Streureaktanzen so klein wie möglich gehalten werden und dass ausserdem eine lineare Magnetisierungskurve erreicht wird. Für den ungehinderten Durchgang des 50-netzstroms ist anderseits eine möglichst geringe Induktivität wünschenswert. Der induktive Spannungsabfall soll nicht mehr als maximal 2% der Netzspannung betragen. Dies wird durch eine Reduktion der induktiven Verluste erreicht. An sich bedingt diese Forderung aber Kondensatoren grosser Kapazität, die für höhere Spannungen im Handel nicht ohne weiteres erhältlich sind. Durch Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Tranformators hat man es aber in der Hand, die Spannung am Kondensator beliebig einzustellen und den Kapa-
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In dem in Fig. 3 dargestellten Ersatzschema des Parallelkreises mit Transformator der Fig. 2 bedeutet La die Erregerinduktivität des Transformators LSl die primäre und LS2 die auf die Primärseite übersetzte Streuinduktivität der Sekundärseite der Wicklung W2 und C2 die auf die Primärseite übersetzte Kapazität des Kondensators C. Die Übersetzungsfaktoren errechnen sich aus den Quadraten des Übersetzungsverhältnisses. Aus diesem Schema ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Streuinduktivität des Transformators gering gehalten werden muss, da sonst die Gefahr von Serienresonanzen besteht, die die Wirkungsweise des Parallelkreises illusorisch machen würden.
In Fig. 4 ist ein Anwendungsbeispiel der Sperrkreise in einer Anlage, bei der die diversen Kondensatoren . Kg dezentralisiert an den Klemmen von Motoren Mi, Mg, Mg angeschlossen sind, zur Darstellung gekommen. Zur Unterdrückung der gegebenenfalls durch Serienresonanz mit der Streuinduktivität der Transformatoren Ti und T2 entstehenden Erhöhungen der Steuerspannung werden in die gemeinsame Zuleitung zu dem mit den Kondensatoren ausgerüsteten Netz, z.
B. zwischen den Sammelschienen i und S2'Sperrkreise der beschriebenen Art SKI, SK2 ud''s eingeschaltet. Da hier das die Kondensatoren enthaltende Netz mitgesteuert werden soll, dürfen die Resonanzwiderstände der Sperrkreise SK nur relativ gering sein ; anderseits müssen die Sperrkreise in allen drei Phasen vorgesehen werden, wenn sie befriedigend wirken sollen.
Fig. 5 zeigt eine besondere Anwendung der Sperrkreise zum Abriegeln der Steuerfrequenz von einer Kondensatorbatterie K, die über einen Schalter S direkt an das Netz RST angeschlossen ist. Hier werden die einen relativ hohen Resonanzwiderstand aufweisenden Sperrkreise SK4 und SK5 zwischen dem Schalter S und der Kondensator-
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Falle vollständig. Die Unsymmetrie der Steuerspannungen der drei Phasen ist dabei um so geringer, je geringer die durch die Sperrkreise infolge nicht ganz vollständiger Abriegelung noch durch- fliessenden steuerfrequenten Ströme sind. Da die Sperrwirkung in diesem Falle genügend hoch ist, kann diese Unsymmetrie vernachlässigt werden, weil die dadurch erzeugten Spannungsabfälle ausserordentlich klein sind.
Die Ausbildung des erfindungsgemässen Transformators ist nun so erfolgt, dass nur äusserst kleine Verluste auftreten. An sich ist es bei solchen Transformatoren bekannt, dass durch einen ausreichenden Luftspalt dafür zu sorgen ist, dass die erregenden Amperewindungen des 50 Hz-Netzstromes keine Sättigung erzeugen, da sonst Modulationen der Tonfrequenz auftreten, die die Sperrwirkung sehr stark reduzieren und im übrigen unerwünschte Nebenerscheinungen hervorrufen. Um die Verluste klein zu halten, werden erfindungsgemäss mehrere kleine, gleichmässig über die Eisenlänge des Transformators verteilte Luftspalte vorgesehen. Bei wenigen aber verhältnismässig grossen Luftspalten erzeugen nämlich die seitlich aus dem Blech austretenden Kraftlinien ganz erhebliche Wirbelstromverluste, die durch die erwähnte Massnahme stark reduziert werden können.
Weiter ist vorgesehen, dass im Jochquerschnitt eine gleiche Induktion herrscht wie im Kernquerschnitt. Insbesondere wird durch eine äusserst innige Verbindung von Primär-und Sekundärwicklung dafür gesorgt, dass nur eine verhältnismässig kleine Streuung auftritt.
In Fig. 6 ist das Ausführungsbeispiel eines solchen Sperrkreis-Transformators dargestellt. Es bedeutet darin 1 ein Teilstück des mehrfach unterteilten rechten Kernes, 2 einen der Teilluftspalte. Die besondere Querschnittsform der beiden Joche 3 ist aus der Figur deutlich erkennbar.
Die Pressplatten 4/5 und die Pressbolzen 6 bestehen aus nicht ferromagnetischem Material. 7 ist ein Isolationszylinder zur Isolation der Wicklungen gegen Masse, 8 die primäre und 10 die sekundäre Wicklung. Diese beiden Wicklungen sind durch einen verhältnismässig sehr dünnen Isolationszylinder 9 voneinander isoliert.
Der mit dem beschriebenen Transformator ausgerüstete Sperrkreis gestattet die die Spannungsstabilität störenden Anlageteile abzuriegeln oder ihren Einfluss zu dämpfen. Dadurch wird im ganzen Netz eine konstante Steuerspannung erzielt. Dies führt zu ganz bedeutender Ein- sparung an Sendeenergie und gestattet trotzdem einen zuverlässigen Betrieb der Empfängerrelais.
Ebenso werden leicht Schwankungen vermieden.
Ein weiterer indirekter Vorteil besteht in der
Unterdrückung von der Steuerfrequenz benach- barten, störenden Oberwellen. Durch Verwendung eines Eisenkerns wird die ganze Anordnung äusserst gedrängt, so dass sie leicht in bestehenden
Anlagen in den Zug der Leitung eingebaut werden kann.
Durch die mögliche Anpassung durch entsprechende Wahl der Wicklungen und des Kondensators an alle vorkommende Netzverhältnisse, ergibt sich im weiteren eine billige Ausführung, was eine wichtige Forderung für die allgemeine Verwendung in Tonfrequenzsteueranlagen darstellt.