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Regelbarer Hochstromtransformator für hohe Sekundärströme
Zur Erzeugung regelbarer hoherwechselströme, wie sie z. B. bei Hochstrom-Prüfeinrichtungen, Ofen- anlagen usw. benötigt werden, ist es bekannt, zwei Hochstrom-Transformatoren sekundär in Reihe zu schalten, von denen, wie in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist, der mit 1 bezeichnete primärseitig fest am Netz liegt und sekundärseitig eine feste Teilspannung liefert, der mit 2 bezeichnete dagegen primärseitig über einen Regeltransformator 3 gespeist wird, der eine gleich-oder gegenphasige Zusatzspannung liefert.
Je nachdem, ob beide Transformatoren gleich- oder gegenphasig erregt sind, ist die resultierende EMK an den Klemmen 4 der sekundären Reihenschaltung grösser bzw. kleiner als die sekundäre EMK allein des mit fester Spannung betriebenen Transformators. Hiedurch lässt sich ein sehr weiterRegelbereich überstreichen, u. zw. von 0 bis volle Summenspannung mit dem Vorteil, dass der Regeltransformator nur für die halbe Gesamtleistung bemessen zu werden braucht. Sehr nachteilig ist hiebei aber, dass mindestens zwei Apparate erforderlich sind, was neben dem hohen Materialaufwand, beträchtlichen Herstellungskosten und grossem Platzbedarf auch erhebliche technische Nachteile mit sich bringt, z. B. unerwünschte Spannungsabfälle und Verluste in den Verbindungsleitungen.
Dieser Nachteil ist bei einem durch die brit. Patentschrift Nr. 347,538 bekannt gewordenenregelbaren Hochstromtransformator vermieden, der einen dreischenkeligenMantelkem und drei Wicklungen aufweist.
Die eine von diesen Wicklungen ist unveränderlich vom Netz erregt und liefert über Stromabnehmer eine regelbare Erregerspannung für die zweite Wicklung ; diese beiden Wicklungen, sind auf den beiden Aussenschenkeln des Mantelkernes angeordnet. Die dritte, als Hochstromwicklung ausgebildete Wicklung, an deren Klemme eine veränderbare Spannung für den Verbraucher abnehmbar ist, liegt auf dem Mittelschenkel des Mantelkernes. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass sich die in den Wicklungen der beiden Aussenschenkel erzeugten Flüsse in dem die Hochstromwicklung tragenden Mittelschenkel addieren bzw. voneinander subtrahieren.
Dieser bekannte regelbare Hochstromtransformator hat den schwerwiegenden Nachteil, dass grössere Verbraucherleistungen ihm nicht entnommen werden können, weil infolge der Anordnung der drei Wicklungen auf den drei verschiedenen Schenkeln des Mantelkernes und der dadurch bedingten hohen Streuung die Spannung an den Klemmen der Hochstromwicklung bei grösserer Belastung sehr stark absinken würde. Es besteht auch keine Möglichkeit, diese hohe Streuung etwa durch Anordnung von sogenannten Schubwicklungen zu verringern, weil der Mittelschenkel nur die Hochstromwicklung tragen darf, nicht aber etwa noch Schubwicklungen.
Die Erfindung betrifft einen regelbarenHochstromtransformator mit mindestens drei Wicklungen, von denen die eine unveränderlich vom Netz erregt ist und überstromabnehmer zurlieferung einerregelbaren Erregerspannung für die zweite Wicklung dient derart, dass an den Klemmen der dritten, als Hochstromwicklung ausgebildeten Wicklung eine veränderbare Spannung abnehmbar ist. Erfindungsgemäss weist er zwei Eisenkerne auf, von denen der eine auf seinem einen Schenkel die unveränderlich vom Netz erregte Wicklung, der andere auf seinem einen Schenkel die über Stromabnehmer mit einer regelbaren Erregerspannung gespeiste Wicklung trägt, während die Hochstromwicklung die bewickelten Schenkel beider Eisenkeme gemeinsam umfasst.
Durch die Erfindung wird einmal der Nachteil der eingangs geschilderten bekannten Anordnungen, vermieden, da die Anlage baulich sowie hinsichtlich der Schaltung aus nur einem einzigen Gerät besteht. Gegenüber dem durch die brit. Patentschrift bekannt gewordenen Hochstromregel-
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transform ator wird ein wesentlicher Vorteil insofern erzielt, als die Entnahme auch von sehr hohen Verbraucherleistungen möglich ist, weil bei dem Hochsuom-Regeltransformator gemäss der Erfindung die Streuung so klein wie möglich ist, da die Hochstrcmwicklung die bewickelten Schenkel der beiden Eisenkerne gemeinsam umfasst.
Eine insbesondere baulich sehr vorteilhafte Ausführungsform gemäss der Erfindung ergibt sich, wenn die Stromabnehmer, über welche die mit einer regelbaren Spannung erregte Wicklung gespeist wird, in dem Zwischenraum zwischen den beiden bewickelten, von der Hochstromwicklung gemeinsam umfassten Schenkeln der beidenFisenkeme angeordnet sind. Zweckmässig wird die unveränderlich vom Netz erregte Wicklung selbst als Regelwicklung ausgebildet und mit den auf ihr verstellbaren Stromabnehmern ausgestattet, an welche die auf dem ändern Eisenkern angeordnete Wicklung angeschlossen ist. Vorzugsweise werden in an sich bekannter Weise zwei unabhängig voneinander so verstellbare Stromabnehmer vorgesehen, dass die von der einen Wicklung an die andere Wicklung gelieferte Spannung nach Grösse und Vorzeichen beliebig veränderbar ist.
Die beiden Kerne haben zweckmässigerweise gleichenEisenquerschnitt, Sie können aber auch verschiedeneEisenquerschnitte haben, wenn der Gesamtregelbereich kleiner werden soll als von Null bis Summenspannung, beispielsweise zwischen 3/4 der Spannung und der vollen Spannung liegen soll. In diesem Fall könnte derjenige Eisenkern, der die mit der regelbarenspannung erregte Wicklung trägt, schwächer als der andere Eisenkern ausgeführt werden, da sich die abzugebenden Leistungen in beiden Kernen wesentlich unterscheiden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind aus den beiliegenden Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung zu entnehmen.
Es zeigen : Fig. 1 wie schon erwähnt, eine bekannte regelbare Hochstromtransformatoranlage mit zwei Transformatoren und einem Regeltransformator und Fig. 2 einen einzigen regelbaren Hochstromtransformator nach der Erfindung.
Gemäss Fig. 2 sind der Kern 6 des mit fester Spannung betriebenen Teiltransformators und der Kern 7 des mit veränderlicher Spannung betriebenen Teiltransformators in einem gemeinsamen Gehäuse 5 angeordnet. Beide Kerne werden von der sekundären Hochstromwicklung 8 umfasst. Die Primärwicklung 9 des mit fester Spannung betriebenen Transformators 6 ist als Regelwicklung ausgebildet und mit einem feinstufigen Abgriff mit zwei Schaltstücken 10, 11 ausgestattet. Nach der Fig. 2 arbeitet dieser Transformator in Sparschaltung. Man kann aber auch elektrisch getrennte Wicklungen oder eine zusätzliche Ausgleichswicklung vorsehen. Letztere ist bei grösseren Leistungen empfehlenswert, um einen Ampere-Windungs- Ausgleich bei den verschiedenen Stellungen der Abnehmer auf der Regelwicklung zu erreichen.
An den Schaftstücken 10, 11 liegt die Primärwicklung 12 des mit veränderlicher Spannung betriebenen Teiltrans- formators 7, so dass ein besonderer Transformator 3, wie er für die Anlage nach der Fig. 1 erforderlich ist, entfällt.
Je nach der Stellung der Schaltstücke 10,11 zueinander wird der Wicklung 12 eine nach Grösse und Vorzeichen entsprechende veränderbare Spannung zugeführt. Sonach lässt sich, bei fester Primärspannung an den Klemmen 13, an den Klemmen 14 eine dem Regelbereich entsprechende zwischen dem Unterund einem Höchstwert regelbare Sekundärspannung abnehmen.
Der regelbareHochstromtransformator nach der Erfindung zeichnet sich durch verhältnismässig geringen Materialaufwand, niedrige Herstellungskosten sowie durch Einsparungen an Klemmen, Hochspan- nungsdurchführungen usw. aus. Vermindertes Gesamtgewicht und geringer Platzbedarf erleichtern die
Aufstellung im Betrieb. Sehr vorteilhaft ist ferner, dass der Stromwärmeverlust und der Blindleistungbedarf niedriger sind, der Wirkungsgrad mithin entsprechend höher liegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Regelbarer Hochstromtransformator mit mindestens drei Wicklungen, von denen die eine unver- änderlich vom Netz erregt ist und über Stromabnehmer zur Lieferung einer regelbaren Erregerspannung für die zweite Wicklung dient derart, dass an den Klemmen der dritten, als Hochstromwicklung ausgebildeten Wicklung eine veränderbare Spannung abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Eisenkerne aufweist, von denen der eine auf seinem einen Schenkel die unveränderlich vom Netz erregte Wicklung, der andere auf seinem einen Schenkel die über Stromabnehmer mit einer regelbaren Erregerspannung ge- speiste Wicklung trägt, und dass die Hochstromwicklung die bewickelten Schenkel beider Eisenkerne ge- meinsam umfasst.
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Adjustable high-current transformer for high secondary currents
To generate controllable high alternating currents, as they are, for. B. are required in high-current test equipment, furnace systems, etc., it is known to connect two high-current transformers secondary in series, of which, as shown in Fig. 1 of the drawing, the designated with 1 on the primary side fixed to the network and supplies a fixed partial voltage on the secondary side, which, on the other hand, is supplied on the primary side via a regulating transformer 3, which is labeled 2 and supplies an additional voltage in phase or in phase opposition.
Depending on whether both transformers are excited in phase or in phase opposition, the resulting EMF at terminals 4 of the secondary series connection is greater or smaller than the secondary EMF alone of the transformer operated with a fixed voltage. This allows a very wide range of rules to be covered, u. Between 0 and full total voltage with the advantage that the regulating transformer only needs to be dimensioned for half the total output. It is very disadvantageous here, however, that at least two apparatuses are required, which in addition to the high cost of materials, considerable manufacturing costs and large space requirements also entails considerable technical disadvantages, e.g. B. unwanted voltage drops and losses in the connection lines.
This disadvantage is avoided in the case of a controllable high-current transformer which has become known from British patent specification No. 347,538 and which has a three-legged jacket core and three windings.
One of these windings is invariably energized by the mains and supplies a controllable excitation voltage for the second winding via current collectors; these two windings are arranged on the two outer legs of the sheath core. The third winding, designed as a high-current winding, at the terminal of which a variable voltage for the consumer can be removed, lies on the middle leg of the jacket core. The arrangement is such that the fluxes generated in the windings of the two outer legs add to or subtract from one another in the middle leg carrying the high-current winding.
This known controllable high-current transformer has the serious disadvantage that larger consumer loads cannot be drawn from it, because due to the arrangement of the three windings on the three different legs of the sheath core and the resulting high scatter, the voltage at the terminals of the high-current winding is very high when the load is greater would sink. There is also no possibility of reducing this high degree of scattering, for example, by arranging so-called thrust windings, because the center leg may only carry the high-current winding, but not, for example, thrust windings.
The invention relates to a controllable high-current transformer with at least three windings, one of which is invariably excited by the mains and an overcurrent collector is used to supply a controllable excitation voltage for the second winding such that a variable voltage can be drawn from the terminals of the third high-current winding. According to the invention, it has two iron cores, one of which carries the winding, which is invariably excited by the mains, on its one leg, the other carries the winding supplied with an adjustable excitation voltage via current collectors on its one leg, while the high-current winding comprises the wound legs of both iron cores together.
The invention avoids the disadvantage of the known arrangements described at the outset, since the system consists of only a single device structurally and with regard to the circuit. Compared to the high-current control system made known by the British patent
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transform ator, a significant advantage is achieved in that the extraction of very high consumer power is possible, because in the high-voltage regulating transformer according to the invention, the scatter is as small as possible, since the high-current winding encompasses the wound legs of the two iron cores together.
A particularly structurally very advantageous embodiment according to the invention results when the current collectors, via which the winding excited with a controllable voltage is fed, are arranged in the space between the two wound legs of the two fisenkeme which are jointly encompassed by the high-current winding. The winding itself, which is invariably excited by the network, is expediently designed as a regulating winding and equipped with the current collectors that can be adjusted on it, to which the winding arranged on the other iron core is connected. Preferably, two current collectors which can be adjusted independently of one another are provided in a manner known per se in such a way that the voltage supplied by one winding to the other winding can be changed as required in terms of magnitude and sign.
The two cores expediently have the same iron cross-section, but they can also have different iron cross-sections if the overall control range is to be smaller than from zero to the total voltage, for example between 3/4 of the voltage and full voltage. In this case, the iron core that carries the winding excited with the controllable voltage could be designed to be weaker than the other iron core, since the outputs to be delivered differ significantly in both cores.
Further features, advantages and possible applications of the invention can be found in the attached illustrations of exemplary embodiments and in the following description.
The figures show: FIG. 1, as already mentioned, a known controllable high-current transformer system with two transformers and one control transformer, and FIG. 2 a single controllable high-current transformer according to the invention.
According to FIG. 2, the core 6 of the sub-transformer operated with a fixed voltage and the core 7 of the sub-transformer operated with a variable voltage are arranged in a common housing 5. Both cores are encompassed by the secondary high-current winding 8. The primary winding 9 of the transformer 6 operated with a fixed voltage is designed as a regulating winding and equipped with a finely stepped tap with two contact pieces 10, 11. According to FIG. 2, this transformer works in economy circuit. But you can also provide electrically separate windings or an additional compensating winding. The latter is recommended for larger outputs in order to achieve an ampere-turn compensation in the various positions of the consumers on the control winding.
The primary winding 12 of the partial transformer 7 operated with variable voltage is located on the shaft pieces 10, 11, so that a special transformer 3, as is required for the system according to FIG. 1, is omitted.
Depending on the position of the contact pieces 10, 11 relative to one another, the winding 12 is supplied with a voltage that can be varied in terms of magnitude and sign. With a fixed primary voltage at terminals 13 and at terminals 14, a secondary voltage that can be regulated between the lower and a maximum value can be taken from terminals 14.
The controllable high-current transformer according to the invention is characterized by a relatively low cost of materials, low production costs and savings in terminals, high-voltage bushings, etc. Reduced overall weight and space requirements make it easier
Installation in the company. It is also very advantageous that the current heat loss and the reactive power requirement are lower, and the efficiency is accordingly higher.
PATENT CLAIMS:
1. Adjustable high-current transformer with at least three windings, one of which is invariably energized by the mains and is used via current collectors to supply a controllable excitation voltage for the second winding in such a way that a variable voltage can be removed from the terminals of the third high-current winding is, characterized in that it has two iron cores, one of which carries the winding that is invariably excited by the mains on its one leg, the other on its one leg carries the winding fed via current collectors with an adjustable excitation voltage, and that the high-current winding carries the wrapped legs of both iron cores together.