Transformatoranordnung mit regelbarer Übersetzung. Zum Kuppeln von. Netzen oder eines Netzes mit einem Verbraucher verwendete man bisher entweder Transformatoren mit unveränderlicher Übersetzung oder aber solche, deren Übersetzung durch Stufen schalter oder andere mechanische Einrich tungen (Drehtransformatoren) nur verhält nismässig langsam verändert werden' konnte. Die Erfindung gibt einen Weg an, wie zwei gleichfrequente oder zumindest annähernd gleichfrequente Netze, deren Spannungs- phasenlage nicht übereinzustimmen braucht, miteinander gekuppelt werden können.
Man verwendet hierzu gemäss der Erfindung eine Transformatoranordnung mit regelbarer Übersetzung, bei der Mittel vorgesehen sind; um das Übersetzungsverhältnis wenigstens eines Teils der Transformatoranordnung periodisch im Takte der doppelten Netz frequenz von positiven zu negativen Werten zu ändern.
Das - Übersetzungsverhältnis ü muss also, zumindest in erster Annäherung, der Gleichung Ü =cl <I>.</I> sin <I>(2</I> 0o t-8) <I>(1)</I> genügen. Darin bedeuten cl und ö beliebige Konstanten und a) die Kreisfrequenz des speisenden Netzes. Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist schematisch in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt.
Ein bei spielsweise einphasiges Wechselstromnetz 1 speist die Transformatoranordnung 2 mit der Sekündärwicklung 3, von deren Mitten anzapfung eine Leitung zu dem nicht näher dargestellten Verbraucher 5 geführt ist. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung des Transforma tors 2 wird im Takt der doppelten Netz frequenz mit Hilfe des Gleitkontaktes 4 zwi schen positiven und negativen Werten ge ändert und eine Leitung von dem Gleitkon- takt 4 zu dem andern Pol des nicht darge stellten Verbrauchers 5 geführt.
Der Antrieb des Gleitkontaktes 4 kann zum Beispiel von einem Motor aus, der eine der doppelten Netzfrequenz entsprechende Drehzahl be sitzt, über ein Schubkurbelgetriebe erfolgen.
In Fig. 2 sind die Spannungsverhältnisse für eine Anordnung gemäss Fig. 1 graphisch dargestellt. U bezeichnet die Spannung des Netzes 1, ü das Übersetzungsverhältnis, das im Takt der doppelten Netzfrequenz schwankt, und zwar ebenfalls sinusförmig. Die Schwankungen erfolgen zwar synchron mit der Spannung U,, jedoch mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung, die voll kommen beliebig sein kann und mit dem Winkel d bezeichnet wurde.
Die Folge einer solchen Übersetzungsschwankung auf der Sekundärseite ist zwar die, dass ein solcher Transformator eine urspünglich rein sinus- förmige Primärspannung (U,) in eine Se kundärspannung mit überlagerter dritter Harmonischer (UJ verwandelt; daher wird auch der ursprünglich rein sinusförmige Sekundärstrom im Primärstrom ebenfalls eine dritte Harmonische erzeugen.
Bei den in Fig. 2 dargestellten Verhältnissen ist an genommen worden, dass im Scheitelwert der zeitlich sinusförmigen veränderlichen Über setzung die Übersetzung 1 : 1, bezogen auf den Mittelpunkt und ein Ende der Wick lung 3, besteht.
Wie der Fig. 2, Kurve U, zu entnehmen ist, besitzt die (nicht mass üblich gezeichnete) Grundwelle U" der Ver braucherspannung U, gegenüber der Primär spannung U, eine mit cp bezeichnete Phasen verschiebung, die abhängig von der Phasen lage der Sinuskurve für die Übersetzung in bezug auf die Primärspannung ist.
Die aus dritten Harmonischen bestehenden Ober wellen der Sekundärspannung U, lassen sich bei geeigneten Mehrphasenschaltungen, zum Beispiel bei Dreieck-Sternschaltungen, sehr leicht schon im Transformator selbst kom pensieren, so dass die zu kuppelnden Netze praktisch oberwellenfrei bleiben.
Handelt es sich hingegen, wie in dem Ausführungsbei spiel gemäss Fig. 1 um Einphasentransforma- toren, so können entsprechende Glättungs- kreise angewendet werden (Siebkreise), die die Sekundärspannung bis zu dem gewünsch ten Mass glätten. Gemäss der Erfindung wird also mit vollem Bewusstsein eine von der Sinusform abweichende Spannungskurve auf der Sekundärseite erzeugt, und zwar ergibt sich dabei der Vorteil, dass sich die Sekun därspannung in ihrer Phasenlage stufenlos verschieben lässt.
Bei einer derartigen über synchronen Änderung des Übersetzungsver hältnisses wird, wie leicht nachweisbar ist, ein Leistungsfaktor des Sekundärnetzes, in einem beispielsweise induktiven Sinne, in einen solchen in anderem Sinne, beispiels weise kapazitiven Sinne, im Primärnetz ver wandelt. Die gewünschte Sinusform der Aus gangsspannung ergibt sich, wie bereits ge sagt, entweder aus geeigneter Zusammen setzung von einzelnen Phasenspannungen bei Mehrphasenbetrieb oder mit Hilfe von Glät- tungseinriohtungen.
Gemäss einem weiteren Ausführungsbei spiel der Erfindung kann die Transformator anordnung aus einem solchen Transformator mit periodisch geänderter Übersetzung zu sammen mit einem bekannten normalen Transformator mit unveränderlicher Über setzung bestehen.
Da der normale Transfor mator nacheilende Blindlast der Grösse und dem Vorzeichen nach unverändert auf die Primärseite überträgt, der Transformator ge mäss der Erfindung, wie bereits gesagt, nacheilende Blindlast in voreilende umwan delt, so heisst. das, dass ein sekundärseitig aus den beiden Transformatoren zusammenge setzte Transformatoranordnung primärseitig gewissermassen zugleich vor- und nacheilende Blindlast aufweisen kann, die sich bei geeig neter Auslegung der einzelnen Komponenten gerade aufheben (vergleiche hierzu auch Fig. 5).
Die zusammengesetzte Transforma- toranordnung ist somit imstande, von sich aus Blindleistung an das Sekundärnetz ab zugeben und dabei das Primärnetz mit einem Leistungsfaktor von 1 zu belasten, unab hängig von der sekundären Phasenverschie bung.
Lässt man gewisse Unvollkommen- heiten in der gegenseitigen Kompensation zu, das heisst also, dass sich die beiden Teiltrans- formatoren in ihrer Blindlastlieferung im vor- bezw. nacheilenden Sinn nicht immer genau ausgleichen, so ist diese zusammen gesetzte Transformatoranordnung imstande,
durch Verändern der Phasenlage der vom Teiltransformator mit veränderlichem Über setzungsverhältnis erzeugten Sekundärspan nung im gespeisten Sekundärnetz auch eine Wirklastregelung durchzuführen, da dann gleichzeitig mit der Summe der Blindleis tungen, die nicht Null wird, eine entspre chende andere Wirklastsumme auftritt.
Zur Durchführung der Erfindung sind alle Anordnungen geeignet, die gestatten, die Übersetzung ü zwischen Primär- und Sekun därseite periodisch so zu ändern, dass sie der bereits genannten Gleichung 1 entsprechen.
Handelt es sich um eine Zusammensetzung eines Transformators mit unveränderlichem Übersetzungsverhältnis und eines Transfor mators mit veränderlichem Übersetzungsver hältnis, so nimmt die Gleichung unter der Voraussetzung gleicher Primärspannungen beider Transformatoren, die bei einer ge meinsamen Primärwicklung wie in dem Aus führungsbeispiel gemäss Fig: 5 gegeben ist, die Form an:
ü <I>=</I> cl + c_ . sin <I>(2</I> a) <I>t -</I> d). <I>(2)</I> mit cl- ist also das unveränderliche Über setzungsverhältnis des normalen Transfor mators bezeichnet worden.
Die Richtigkeit dieser Überlegungen sowie die Tatsache, dass der Transformator gemäss der Erfindung tat sächlich in der Lage ist, die eine Art der Blindleistung auf der Sekundärseite in die andere Art der Blindleistung für die Primär seite umzuwandeln, können leicht aus den folgenden Überlegungen und Umformungen der Gleichung erhalten werden.
Bekanntlich ist die Sekundärspannung u3 gleich 25B <I>-</I> 26 <I>'</I> 24p, wobei 24I, den Augenblickswert der Primär spannung bedeuten soll.
Es ist aus der Wechselstromfheorie her bekannt, dass diese Primärspannung durch folgenden Ausdruck ersetzt werden kann: 24p - Up # sin (co <I>t</I> -J a,,). <I>(4)</I> Dabei bedeuten Up die Amplitude und a, die Phasenverschiebung der Primärspannung gegenüber einem beliebig wählbaren Bezugs- zeitpunkt. Setzt man den Wert dieser Glei chung in diejenige für den Augenblickswert der Sekundärspannung ein und multipliziert ihn aus, so erhält man:
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24S <SEP> = <SEP> [cl <SEP> + <SEP> c_ <SEP> . <SEP> sin <SEP> <I>(2a) <SEP> t <SEP> - <SEP> ö)] <SEP> . <SEP> Up</I> <SEP> sin <SEP> <I>(co <SEP> t <SEP> - <SEP> a,)</I>
<tb> = <SEP> cl <SEP> . <SEP> Up <SEP> sin <SEP> <I>(co <SEP> t <SEP> - <SEP> cep)</I> <SEP> -f- <SEP> Ui, <SEP> . <SEP> c;
<SEP> sin <SEP> <I>(2 <SEP> co <SEP> t <SEP> - <SEP> 8)</I> <SEP> sin <SEP> <I>(co <SEP> t <SEP> -</I> <SEP> az,)
<tb> cl <SEP> U <SEP> sin <SEP> <I>(c) <SEP> t</I> <SEP> - <SEP> ap) <SEP> <U>UP <SEP> C <SEP> z</U>
<tb> = <SEP> . <SEP> p <SEP> -I- <SEP> <U>2</U> <SEP> [cos <SEP> <I>(co <SEP> t</I> <SEP> -I- <SEP> ap <SEP> - <SEP> IS) <SEP> - <SEP> cos <SEP> <I>(3 <SEP> c</I><B>)</B> <SEP> <I>t</I> <SEP> (5)
<tb> <I>- <SEP> ap <SEP> - <SEP> d)]</I>
<tb> 1 <SEP> 2 und zwar unter der Voraussetzung, dass man noch die bekannte Umformung
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durchführt.
Aus dieser Gleichung ist nun zu erkennen, dass der Ausdruck 1 für den be kannten normalen Transformator mit unver änderlichem Übersetzungsverhältnis gilt, und dass dieser Transformator die Blindleistung mit gleichem Vorzeichen von der Sekundär auf die Primärseite überträgt. Der Aus- druck 2 jedoch, der für den Transformator gemäss der Erfindung Gültigkeit hat, weist unter anderem das Glied cos (U) t +,a, - ö) auf.
Daraus ist zu ersehen, dass gegenüber der Primärspannung, in der das Glied sin (a) <I>t -</I> a,) <I>(8)</I> auftritt, eine Phasenverschiebung von 2 ap - ö + <B>90'</B> auftritt. Ferner kann dem Teil 2 der Gleichung entnommen - werden, dass eine dritte Harmonische wegen des Gliedes cos <I>(3</I> w <I>t -</I> a,, <I>- d)</I> (9) auftreten wird.
Die Erfindung kann beispielsweise auch dadurch verwirklicht werden, dass man zwei Drehregler, die in bekannter Weise mecha nisch so miteinander gekuppelt sind, dass sich ihre Drehmomente gerade aufheben, mit Hilfe eines zusätzlichen kleinen Motors so betreibt, dass sich das Übersetzungsverhält nis in der gewünschten Weise ändert. Dieser Gedanke kann so durchgeführt werden, dass ein Antriebsmotor verwendet wird, dessen Polpaarzahl gleich der Hälfte der Polpaar zahl der Drehregler ist. Dadurch wird er reicht, dass ohne jedes Übersetzungsgetriebe das Übersetzungsverhältnis stets mit der doppelten Netzfrequenz zwischen positiven und negativen Werten schwankt.
Es sind ferner Anordnungen bekannt ge worden, bei denen das Übersetzungsverhält nis eines Transformators zum Zwecke der Konstauthaltung der sekundär abgegebenen Spannung auch bei steigender Belastung mit Hilfe einer zusätzlichen Gleichstromvormag- netisierung geändert werden kann. Dabei muss, damit keine gegenseitige Steuerung der verschiedenen Flüsse eintritt, dafür gesorgt werden, dass die Wechselstromwicklungen und die Gleichstromwicklung keine gegen seitige Kopplung aufweisen.
Der Erfin dungsgedanke kann nun so verwirklicht wer den, dass an Stelle der bisher verwendeten Gleichstromwicklung, die, beispielsweise in Abhängigkeit von der Belastung, allmählich das Übersetzungsverhältnis ändert, eine Wechselstromwicklung vorgesehen wird, die von einem Magnetisierungsstrom der doppel ten Netzfrequenz erregt wird, der beispiels weise einer Hilfsmaschine entnommen wird.
Legt man auf die Möglichkeit, die Phasenlage der Sekundärspannung verschie ben zu können, keinen Wert, so 'kann man es so einrichten, dass jedem Augenblickswert der konstanten Primärspannung ein ganz be stimmter Wert der zeitlich sinusförmig ver- änderlichen Übersetzung entspricht. Man kann also. auch Anordnungen zur Durchfüh rung des Erfindungsgedankens verwenden, bei denen der Scheitelwert des zeitlich sinus- förmig veränderlichen Übersetzungsverhält nisses von der Grösse der zugeführten im Effektivwert schwankenden Primärspan nung abhängt, und trotzdem eine konstante Sekundärspannung geliefert wird.
Dies sind insbesondere Transformatoren, die leicht zu sättigende Kernteile enthalten, so dass sich je nach Grösse des primär erzeugten Flusses die Flussverteilung und damit die Verkettung zwischen Primär- und Sekundärwicklung ändert. Um diese Änderung besonders stark werden zu lassen, kann man in bekannter Weise den ganzen Transformatorkern oder auch Teile desselben aus Speziallegierungen, insbesondere Eisen- und Nickellegierungen (zum Beispiel Mu-Metall) herstellen.
Das Übersetzungsverhältnis kann ferner auch durch Schaltvorgänge geändert werden. lTrn die Zahl der Schaltstellen nicht zu gross zu erhalten, wird man sich im allgemeinen damit begnügen, den gewünschten zeitlichen Verlauf der Übersetzung stufenweise anzu nähern, und wird die hierbei entstehende, meist geringe Verzerrungsleistung in Kauf nehmen.
Die einfachste dieser Schaltanord nungen dürfte ein Transformator sein, so wie er auch in Fig. 1 dargestellt ist, der eine aussenliegende, eine blanke Kontaktbahn auf weisende Sekundärwicklung erhält, auf der ein Rollkontakt nach Massgabe der gewünsch ten Frequenz (doppelte Netzfrequenz) auf- und abbewegt wird. Von diesem einfachen Beispiel bis zum Anzapftransformator, des sen Anzapfungen in gegenseitiger Reihen folge zu- und abgeschaltet werden können, lassen sich alle der vielen bekannten Schalt anordnungen zur Durchführung des Erfin dungsgedankens benutzen.
Fig. 3 zeigt eine einfache, einphasige An ordnung, die mit einem Anzapfungstransfor- mator und mit zu beliebig wählbaren Zeit punkten in beliebig wählbarer Richtung durchlässigen Entladungsstrecken arbeitet. (Es können hierzu beispielsweise auch je Schaltstelle zwei gegensinnig parallel ge schaltete, gittergesteuerte Entladungsstrecken angewendet werden). An den Enden und An zapfungen der Sekundärwicklung 3 des Transformators 2 befinden sich die Ent ladungsstrecken 11', 12', 11", 12" und 13. Die Entladungsstrecke 13 entspricht dem Übersetzungsverhältnis Null.
Es sei beispiels weise angenommen, dass die Entladungs strecken 11' und 11" dem Übersetzungsver- hältnis 1, die Entladungsstrecken 12' und 12" dem Übersetzungsverhältnis 2 entspre chen. Die Übersetzungskurve ist, wie Fig. 4 zeigt, eine Treppenkurve. Von der Steuerung der Entladungsstrecken ist die. Phasenlage der Übersetzungskurve der Fig. 4 abhängig. Durch Verändern der Phasenlage, das heisst durch Verändern der Zündzeitpunkte der ein zelnen Entladungsstrecken, kann die über tragene Scheinleistung des Transformators im gewünschten Sinn geändert werden.
Be züglich des Aufbaues der Steuerung, der Steuer- und Kommutierungsverhältnisse, gel ten die gleichen Bedingungen, wie für eine der bekannten Umrichtersteuerungen. Zweck mässigerweise wird die Brenndauer der ein zelnen Entladungsstrecken von dem Augen blickswert der zeitlichen Änderung der Se- kundärspannung beeinflusst;
soll die An näherung der Übersetzung utats der Fig. 4 an die gewünschte Sinusform üia möglichst er reicht werden, so kann dies durch entspre ahende Vergrösserung der Zahl der Aaszapf stellen unter Anwendung weiterer Entla dungsstrecken erreicht werden. Bei einer solchen Spannungserzeugung treten wegen der unstetigen Änderung des Übersetzungs verhältnisses ausser der dritten noch weitere Harmonische in der Ausgangsspannung auf.
Soll, wie bereits weiter oben angegeben, eine Kompensation der sekundären Blindlast auf der Primärseite durch geeignete Zusam mensetzung eines normalen und eines Trans formators mit gemäss der Erfindung ver änderlicher Übersetzung erreicht werden, so genügt es, wie Fig. 5 zeigt, eine weitere Sekundärwicklung 6 in den Sekundärstrom kreis einzufügen.
Soll die im Netz auftretende bezw. die dem Transformator zugeführte Schein leistung geregelt werden, so können Grösse und Phasenlage der in Fig. 2 mit ü be zeichneten Übersetzungsschwankung geän dert werden. Es ist bereits ausgeführt wor den, dass damit die Grösse und die Phasen lage der erzeugten Spannung geändert wer den kann.
Bei geeigneter, gleichzeitiger An wendung eines Transformators mit unver änderlichem- und eines Transformators mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis wird es also dann gelingen, die Scheinleistung dem gewünschten Wert vollständig auszugleichen.
Transformer arrangement with adjustable translation. For coupling. Networks or a network with a consumer have so far been used either transformers with an unchangeable translation or those whose translation by tap changers or other mechanical devices (rotary transformers) could only be changed relatively slowly. The invention specifies a way in which two networks with the same frequency or at least approximately with the same frequency, the voltage phase positions of which do not need to match, can be coupled to one another.
For this purpose, according to the invention, a transformer arrangement with an adjustable translation is used, in which means are provided; in order to change the transformation ratio of at least part of the transformer arrangement periodically in the cycle of twice the network frequency from positive to negative values.
The transmission ratio ü must therefore, at least as a first approximation, the equation Ü = cl <I>. </I> sin <I> (2 </I> 0o t-8) <I> (1) </I> suffice. Here cl and ö mean any constants and a) the angular frequency of the feeding network. An embodiment of the subject matter of the invention is shown schematically in FIG. 1 of the drawing.
For example, a single-phase alternating current network 1 feeds the transformer arrangement 2 with the secondary winding 3, from the center tapping a line to the consumer 5, not shown in detail. The transformation ratio between the primary and the secondary winding of the transformer 2 is changed in the cycle of double the network frequency with the help of the sliding contact 4 between positive and negative values and a line from the sliding contact 4 to the other pole of the not shown Consumer 5 led.
The sliding contact 4 can be driven, for example, by a motor that is seated at a speed corresponding to twice the mains frequency, via a slider crank mechanism.
In FIG. 2 the voltage ratios for an arrangement according to FIG. 1 are shown graphically. U denotes the voltage of the network 1, ü the transmission ratio, which fluctuates in the cycle of twice the network frequency, also sinusoidally. The fluctuations occur synchronously with the voltage U ,, but with a mutual phase shift, which can be completely arbitrary and has been designated by the angle d.
The consequence of such a translation fluctuation on the secondary side is that such a transformer converts an originally purely sinusoidal primary voltage (U,) into a secondary voltage with a superimposed third harmonic (UJ; therefore the originally purely sinusoidal secondary current is also in the primary current generate a third harmonic.
In the relationships shown in Fig. 2 it has been assumed that the ratio 1: 1, based on the center and one end of the winding 3, exists in the peak value of the temporally sinusoidal variable ratio.
As shown in Fig. 2, curve U, has the (not customary drawn) fundamental wave U "of the consumer voltage U, compared to the primary voltage U, a phase shift designated cp, which depends on the phase position of the sine curve for the translation with respect to the primary voltage.
The harmonics of the secondary voltage U, consisting of third harmonics, can be compensated very easily in the transformer itself with suitable multi-phase connections, for example with delta-star connections, so that the networks to be coupled remain practically harmonic-free.
If, on the other hand, it is a question of single-phase transformers, as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, corresponding smoothing circles can be used (filter circles) which smooth the secondary voltage up to the desired level. According to the invention, a voltage curve deviating from the sinusoidal shape is generated on the secondary side with full awareness, and this results in the advantage that the phase position of the secondary voltage can be continuously shifted.
With such a synchronous change in the transmission ratio, as can easily be demonstrated, a power factor of the secondary network, in an inductive sense, for example, in another sense, e.g. capacitive sense, is converted in the primary network. As already mentioned, the desired sinusoidal shape of the output voltage results either from a suitable combination of individual phase voltages in multi-phase operation or with the help of smoothing devices.
According to a further Ausführungsbei game of the invention, the transformer arrangement can consist of such a transformer with periodically changed translation to together with a known normal transformer with invariable translation.
Since the normal transformer transmits lagging reactive load unchanged in terms of size and sign to the primary side, the transformer according to the invention, as already said, converts lagging reactive load into leading one, so called. the fact that a transformer arrangement composed of the two transformers on the secondary side can, to a certain extent, have leading and lagging reactive load on the primary side, which with a suitable design of the individual components cancel each other out (see also FIG. 5).
The assembled transformer arrangement is thus able to supply reactive power to the secondary network of its own accord and thereby load the primary network with a power factor of 1, regardless of the secondary phase shift.
If one allows certain imperfections in the mutual compensation, that means that the two partial transformers in their reactive load delivery in the pre- or. not always exactly compensate for the lagging sense, this composite transformer arrangement is capable of
by changing the phase position of the secondary voltage generated by the sub-transformer with a variable transmission ratio in the powered secondary network, an active load control can also be carried out, since then, at the same time as the sum of the reactive powers, which does not become zero, a corresponding other active load sum occurs.
To carry out the invention, all arrangements are suitable that allow the translation ü between the primary and secondary side to change periodically so that they correspond to Equation 1 already mentioned.
If it is a combination of a transformer with an invariable transformation ratio and a transformer with a variable transformation ratio, the equation assumes the same primary voltages of both transformers, which is given with a common primary winding as in the exemplary embodiment according to FIG. the shape to:
ü <I> = </I> cl + c_. sin <I> (2 </I> a) <I> t - </I> d). <I> (2) </I> with cl- is the unchangeable transmission ratio of the normal transformer.
The correctness of these considerations and the fact that the transformer according to the invention is actually capable of converting one type of reactive power on the secondary side into the other type of reactive power for the primary side can easily be derived from the following considerations and conversions Equation can be obtained.
As is known, the secondary voltage u3 is equal to 25B <I> - </I> 26 <I> '</I> 24p, where 24I is intended to mean the instantaneous value of the primary voltage.
It is known from AC theory that this primary voltage can be replaced by the following expression: 24p - Up # sin (co <I> t </I> -J a ,,). <I> (4) </I> Here, Up denotes the amplitude and a, the phase shift of the primary voltage with respect to an arbitrarily selectable reference point in time. If you insert the value of this equation into that for the instantaneous value of the secondary voltage and multiply it, you get:
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24S <SEP> = <SEP> [cl <SEP> + <SEP> c_ <SEP>. <SEP> sin <SEP> <I> (2a) <SEP> t <SEP> - <SEP> ö)] <SEP>. <SEP> Up </I> <SEP> sin <SEP> <I> (co <SEP> t <SEP> - <SEP> a,) </I>
<tb> = <SEP> cl <SEP>. <SEP> Up <SEP> sin <SEP> <I> (co <SEP> t <SEP> - <SEP> cep) </I> <SEP> -f- <SEP> Ui, <SEP>. <SEP> c;
<SEP> sin <SEP> <I> (2 <SEP> co <SEP> t <SEP> - <SEP> 8) </I> <SEP> sin <SEP> <I> (co <SEP> t < SEP> - </I> <SEP> az,)
<tb> cl <SEP> U <SEP> sin <SEP> <I> (c) <SEP> t </I> <SEP> - <SEP> ap) <SEP> <U> UP <SEP> C < SEP> z </U>
<tb> = <SEP>. <SEP> p <SEP> -I- <SEP> <U> 2 </U> <SEP> [cos <SEP> <I> (co <SEP> t </I> <SEP> -I- <SEP > ap <SEP> - <SEP> IS) <SEP> - <SEP> cos <SEP> <I> (3 <SEP> c </I> <B>) </B> <SEP> <I> t </I> <SEP> (5)
<tb> <I> - <SEP> ap <SEP> - <SEP> d)] </I>
<tb> 1 <SEP> 2 on the condition that one still uses the known forming
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performs.
From this equation it can now be seen that expression 1 applies to the known normal transformer with an unchangeable transformation ratio, and that this transformer transfers the reactive power with the same sign from the secondary to the primary side. Expression 2, however, which is valid for the transformer according to the invention, has, inter alia, the term cos (U) t +, a, - δ).
It can be seen from this that, compared to the primary voltage in which the term sin (a) <I> t - </I> a,) <I> (8) </I> occurs, there is a phase shift of 2 ap - ö + <B> 90 '</B> occurs. It can also be seen from part 2 of the equation - that a third harmonic due to the term cos <I> (3 </I> w <I> t - </I> a ,, <I> - d) </ I > (9) will occur.
The invention can also be implemented, for example, by operating two rotary controls, which are mechanically coupled in a known manner so that their torques just cancel each other out, with the help of an additional small motor so that the gear ratio is in the desired manner changes. This idea can be carried out in such a way that a drive motor is used whose number of pole pairs is equal to half the number of pole pairs of the rotary control. This means that without any transmission gear, the transmission ratio always fluctuates between positive and negative values at twice the mains frequency.
Arrangements have also become known in which the transformation ratio of a transformer can be changed with the aid of additional direct current pre-magnetization for the purpose of maintaining the secondary voltage output constant, even with increasing load. In this case, so that no mutual control of the various flows occurs, it must be ensured that the alternating current windings and the direct current winding do not have any mutual coupling.
The concept of the invention can now be realized in such a way that instead of the previously used direct current winding, which, for example, depending on the load, gradually changes the transmission ratio, an alternating current winding is provided which is excited by a magnetizing current of twice the mains frequency, the example is taken from an auxiliary machine.
If no value is placed on the possibility of being able to shift the phase position of the secondary voltage, it can be set up in such a way that every instantaneous value of the constant primary voltage corresponds to a very specific value of the temporally sinusoidally variable translation. So you can. also use arrangements for the implementation of the inventive concept in which the peak value of the temporally sinusoidal variable transmission ratio depends on the size of the supplied primary voltage, which fluctuates in the rms value, and a constant secondary voltage is still supplied.
These are in particular transformers that contain core parts that are easy to saturate, so that, depending on the size of the primarily generated flux, the flux distribution and thus the linkage between the primary and secondary winding changes. In order to make this change particularly strong, the entire transformer core or parts of it can be produced in a known manner from special alloys, in particular iron and nickel alloys (for example mu-metal).
The transmission ratio can also be changed by shifting. If the number of switching points is not too large, one will generally be content with gradually approaching the desired time course of the translation, and will accept the mostly low distortion power that this creates.
The simplest of these Schaltanord voltages should be a transformer, as shown in Fig. 1, which receives an external, a bare contact track pointing secondary winding on which a rolling contact according to the desired frequency (double the network frequency) and is moved away. From this simple example to the tap transformer, the sen taps can be switched on and off in mutual order, all of the many known switching arrangements can be used to carry out the inven tion.
3 shows a simple, single-phase arrangement that works with a tapping transformer and with discharge paths that are permeable in any direction that can be selected at any time. (For this purpose, for example, two grid-controlled discharge paths connected in parallel in opposite directions can be used for each switching point). At the ends and taps of the secondary winding 3 of the transformer 2 are the Ent charge paths 11 ', 12', 11 ", 12" and 13. The discharge path 13 corresponds to the transformation ratio zero.
It is assumed, for example, that the discharge paths 11 ′ and 11 ″ correspond to the transmission ratio 1, and the discharge paths 12 ′ and 12 ″ correspond to the transmission ratio 2. As shown in FIG. 4, the translation curve is a step curve. The control of the discharge paths is the. Phase position of the translation curve of FIG. 4 depends. By changing the phase position, that is to say by changing the ignition times of the individual discharge paths, the apparent power transmitted by the transformer can be changed in the desired sense.
Regarding the structure of the control, the control and commutation ratios, the same conditions apply as for one of the known converter controls. Appropriately, the burning time of the individual discharge paths is influenced by the instantaneous value of the change in the secondary voltage over time;
If the approximation of the translation utats of FIG. 4 to the desired sinusoidal shape is as much as possible, this can be achieved by appropriately increasing the number of tapping points using further discharge routes. With such a voltage generation, due to the discontinuous change in the translation ratio, other harmonics in the output voltage occur in addition to the third.
If, as already stated above, a compensation of the secondary reactive load on the primary side is to be achieved by suitable composition of a normal and a transformer with a variable ratio according to the invention, a further secondary winding 6 is sufficient, as FIG. 5 shows to be inserted into the secondary circuit.
Should the respectively occurring in the network. the apparent power supplied to the transformer can be regulated, so the size and phase position of the translation fluctuation marked with ü in FIG. 2 can be changed. It has already been stated that the size and the phase position of the voltage generated can thus be changed.
With a suitable, simultaneous use of a transformer with an unchangeable and a transformer with a variable transformation ratio, it will then be possible to fully compensate the apparent power to the desired value.