CH226544A - Self-regulating transformer. - Google Patents

Self-regulating transformer.

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CH226544A
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Apparate-Fabrik G Sueddeutsche
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Sueddeutsche Apparate Fabrik G
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/04Regulating voltage or current wherein the variable is ac
    • G05F3/06Regulating voltage or current wherein the variable is ac using combinations of saturated and unsaturated inductive devices, e.g. combined with resonant circuit

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Description

  

      Selbsttätig    regelnder Transformator.    Es sind Regeltransformatoren bekannt ge  worden, mit deren Hilfe eine Wechsel- oder  Gleichspannung an einem Verbraucher zwi  schen Leerlauf und Vollast konstant gehal  ten wird. Eine besondere Bedeutung haben  diese Regelanordnungen in den Fällen er  langt, in denen sie zur Speisung von Metall  trockengleichrichtern dienen. Der mit steigen  der Gleichstrombelastung am Trockengleich  richterelement auftretende, nicht unerhebliche  Spannungsabfall kann durch     Vorschaltung     eines der bekannten     Spannungsregler    selbst  tätig ausgeglichen werden.  



  Auch für die     Pufferladung    von     Akkumu-          latorenbatterien    sind die bekannten Regel  anordnungen häufig verwendet worden. Bei  diesen Ladeschaltungen hat sich durch die  Vereinigung der Eigenschaften der Regel  anordnungen mit der Eigenschaft einer     Ak-          kumulatorenbatterie,        derzufolge    mit fort  schreitender Ladung die Klemmenspannung  der Batterie steigt, der besondere Verlauf der       Ladekennlinie    ergeben, der durch das Kippen    des Ladestromes an zwei bestimmten Punk  ten der Kennlinie gekennzeichnet ist.  



  Die bekannten     Regelanordnungen    mit  diesen Eigenschaften sind entweder mit be  sonderen Regeldrosseln ausgerüstet oder sind  als Regeltransformatoren ausgebildete Netz  transformatoren. Bei diesen bekannten Dros  seln oder Transformatoren erfolgt die Rege  lung oft durch die     Beeinflussung    ihres Eisen  kernes durch den Verbraucherstrom. Es sind  aber auch selbsttätige Spannungsregler be  kannt, bei denen die Regelung durch     einen          Schwingungskreis    geschieht, der auf einem  Schenkel der     Anordnung    sitzt.  



  Die bekannten Regelanordnungen mit einer  vormagnetisierenden Wicklung, die sogenann  ten     Kippdrosselschaltungen,    erfordern, sobald  sie zur Speisung eines Gleichrichters dienen,  wofür sie oft verwendet werden, besondere  Vorkehrungen und damit     einen    besonderen  Aufwand an Material und Arbeit, um Wech  selspannungen von dem Gleichstromkreis  fernzuhalten. Auch die bekannten Regel-           schaltungen    mit einem Resonanzkreis erfor  dern eine     Spezialausführung    des Eisenkernes.  



  Die Regelanordnung gemäss der Erfin  dung ist ein Transformator, der mit einer  Resonanzschaltung arbeitet und der es er  möglicht, die obengenannten Mängel teilweise  zu beseitigen.  



  In der Zeichnung ist der Aufbau eines       Beispiels    des Erfindungsgegenstandes sche  matisch dargestellt.  



  Ein     Drehstromtransformatorkern        E    hat  auf dem einen Schenkel eine Primärwicklung  I und eine Sekundärwicklung     II,    auf einem  der beiden andern Schenkel eine Wicklung       III.    Der dritte Schenkel des Transformators  ist     unbewickelt.    Der Wicklungssinn der  Wicklungen I und     III    ist so gewählt, dass die  von diesen Wicklungen induzierten magneti  schen Kraftflüsse den     unbewickelten    Trans  formatorschenkel im gleichen Sinne durch  fliessen. Parallel zu der Wicklung     III    und  in Reihe mit der Primärwicklung I ist. ein  Kondensator C geschaltet.

   Das freie Ende b  der     Primärwicklung    und das mit dem Kon  densator C verbundene freie Ende a der  Wicklung     III    liegen an der Spannung eines  Wechselstromnetzes. An die Sekundärwick  lung     II    kann ein beliebiger Stromverbraucher  angeschlossen werden. In der Zeichnung ist  dieser ein Trockengleichrichter in     Gra.etz-          schaltung,    auf dessen Gleichstromseite eine       Glättungsdrossel    D eingeschaltet ist. Diese  Drossel ist hier nur erforderlich, wenn er  höhte Anforderungen an die     Oberwellenfrei-          heit    des gleichgerichteten Stromes gestellt  werden.  



  Die dargestellte Anordnung kann auch  zur Regelung der Spannung an einem     Wech-          selstromverbraucher    dienen.  



  Der aus der     Transformatorwicklung        III     und dem Kondensator     C,    gebildete Stromkreis  stellt einen     Stromresonanzkreis    dar und der  von der     Primärwicklung    I     und    dem gleichen  Kondensator C gebildete     Kreis    einen Span  nungSresonanzkreis.  



  Die Wicklung     III    ist dabei mit dem Kon  densator C so abgeglichen, dass der Kreis     III,       C bei Leerlauf in Resonanz für die angelegte       Wechselspannung        ist,    während der Kreis I,  C so bemessen ist, dass er sich bei voller Be  lastung der Anordnung seinem     Spannungs-          resonanzpunkt    nähert. Ist der Kreis     III,    C  im     Leerlauffalle    in Resonanz, so ist sein  Scheinwiderstand sehr hoch, und der grösste  Teil der Netzspannung wird infolgedessen  von diesem     Resonanzkreise    verbraucht.

   An  der Primärwicklung I liegt dann nur ein Teil  der Netzspannung, der in der Wicklung     II     eine solche Sekundärspannung induziert, dass  auch bei Leerlauf an den     Gleiehstroman-          schlussklemmen        -S-    und - die Betriebsspan  nung nicht. über ihren Nennwert steigen kann.  



  Wird     derVerbraucherkreis    belastet, so steigt  zunächst der Strom in der Sekundärwick  lung     II.    Damit fliesst auch in den Wick  lungen I und     III    ein grösserer     Strom.    Durch  die durch den erhöhten     Stromfluss    hervor  gerufene grössere Sättigung im Schenkel der  Wicklung     III    wird der     Stromresonanzkreis     aus der Resonanzlage gebracht. Hierdurch  sinkt der Scheinwiderstand dieses Kreises.  Mit dem Sinken des Scheinwiderstandes er  folgt eine Phasendrehung der Kondensator  spannung. Die     Phasendrehung    ist solcher  Art, dass die Spannung an der Primärwick  lung steigt.

   Die erhöhte Spannung an der  Primärwicklung hat eine erhöhte Sättigung  des zu den Wicklungen I und     II    gehörigen       Transformatorschenkels    zur Folge. Die Pri  märwicklung ist nun so bemessen, dass sich  der     Spannungsresonanzkreis    mit grösser wer  dender Sättigung des     Transformatorsehenkels     seinem Resonanzpunkt mehr und mehr  nähert. Bekanntlich steigen in einem Span  nungsresonanzkreis die Teilspannungen, das  heisst in unserem Beispiel die Spannungen am  Kondensator C und an der Wicklung I, mit  Annäherung an den Resonanzpunkt.  



  Mit zunehmender Belastung des Gleich  stromkreises steigt also die Spannung in der       Primärwicklung,    und zwar einerseits in  folge des sinkenden     Scheinwiderstandes    des       Stromresonanzkreises        III,    C, anderseits in  folge der dann durch den Anstieg des Kraft  linienflusses im Eisenkern der Wicklung I      bewirkten Näherung des Spannungsresonanz  kreises I, C an seinen Resonanzpunkt.  



  Die in     Reihe    geschalteten Resonanzkreise  wirken also beide bei zunehmender Belastung  des Transformators auf eine Erhöhung der  Spannung an der Primärwicklung I und  damit auch an der     Sekundärwicklung        II    hin.  In der gleichen Weise, aber in entgegenge  setztem Sinne,     wirken    die beiden Resonanz  kreise bei abnehmender Belastung. Die Wick  lungen des Transformators und der Konden  sator C sind so bemessen, dass der Spannungs  anstieg an der Primär- und Sekundärwick  lung die Spannungsverluste am Verbraucher  kreis bei     zunehmender    Last gerade deckt. Die  Spannung am Verbraucher bleibt infolge  dessen auch bei schwankender Belastung kon  stant.

   Der Regeltransformator kann aber  auch so bemessen     werden,    dass die Spannung  am Verbraucher nicht konstant bleibt, son  dern einer andern gewünschten     Kennlinie     folgt.  



  Durch die im gleichen Sinne erfolgende  Regelung zweier Resonanzkreise kann bei der  beschriebenen Anordnung gegenüber den be  kannten, dem gleichen Zweck dienenden Ein  richtungen eine besonders kräftige, genaue  Regelung der Sekundärspannung erreicht  werden. Auch ist der Regelverlauf über einen  verhältnismässig weiten Bereich sehr gleich  mässig, weil infolge der engen Kopplung  zwischen Primär- und     Sekundärwicklung    im  Gegensatz zu den bekannten Anordnungen  praktisch keine     Stromverluste    auftreten.  



  Wird der     Resonanztransformator    zur     Puf-          ferung    einer     Akkumulatorenbatterie    verwen  det, so ist eine Umschaltung von Dauer  ladung auf     Schnelladung    auf besonders ein-    fache Weise durch blosse     Ausschaltung    des       Kondensators    C und     nötigenfalls    eines Teils  der Wicklung     III    möglich. Der dann in Reihe  mit der Primärwicklung I an der Netzspan  nung verbleibende Teil der Wicklung HI  wirkt in diesem Falle wie eine Ladedrossel.



      Self-regulating transformer. There are regulating transformers known ge, with the help of which an AC or DC voltage on a consumer between idle and full load is kept constant th. These control arrangements are particularly important in cases where they are used to feed metal dry rectifiers. The not inconsiderable voltage drop that occurs on the dry rectifier element as the direct current load increases can be actively compensated for by connecting one of the known voltage regulators upstream.



  The known rule arrangements have also been used frequently for the buffer charging of accumulator batteries. In these charging circuits, the combination of the properties of the rule arrangements with the property of an accumulator battery, according to which the terminal voltage of the battery rises as the charge progresses, results in the special course of the charging characteristic, which results from the tilting of the charging current at two specific points the characteristic is marked.



  The known control arrangements with these properties are either equipped with special control chokes or are designed as control transformers network transformers. In these known throttles or transformers, the regulation is often done by influencing their iron core through the consumer current. But there are also automatic voltage regulators be known in which the control is done by a resonant circuit that sits on one leg of the arrangement.



  The known control arrangements with a bias winding, the so-called trigger throttle circuits, require, as soon as they are used to feed a rectifier, for which they are often used, special precautions and thus a special amount of material and work to keep Wech selspannungen away from the DC circuit. The known control circuits with a resonance circuit also require a special design of the iron core.



  The control arrangement according to the invention is a transformer which works with a resonance circuit and which it enables the above-mentioned deficiencies to be partially eliminated.



  In the drawing, the structure of an example of the subject invention is shown schematically.



  A three-phase transformer core E has a primary winding I and a secondary winding II on one leg, and a winding III on one of the other two legs. The third leg of the transformer is not wound. The direction of winding of the windings I and III is chosen so that the magnetic force fluxes induced by these windings flow through the unwound transformer legs in the same way. In parallel with winding III and in series with primary winding I. a capacitor C connected.

   The free end b of the primary winding and the capacitor C connected to the free end a of the winding III are connected to the voltage of an alternating current network. Any power consumer can be connected to the secondary winding II. In the drawing, this is a dry rectifier in a Gra.etz- circuit, on whose DC side a smoothing choke D is switched on. This choke is only required here if there are increased demands on the freedom from harmonics of the rectified current.



  The arrangement shown can also be used to regulate the voltage at an alternating current consumer.



  The circuit formed by the transformer winding III and the capacitor C represents a current resonance circuit and the circuit formed by the primary winding I and the same capacitor C is a voltage resonance circuit.



  The winding III is balanced with the capacitor C so that the circuit III, C is in resonance for the applied AC voltage when idling, while the circuit I, C is dimensioned so that it is loaded with full loading of its voltage - approaching the resonance point. If the circuit III, C is in resonance in the no-load case, its impedance is very high and the majority of the mains voltage is consequently consumed by this resonance circuit.

   Only part of the mains voltage is then applied to the primary winding I, which induces such a secondary voltage in the winding II that the operating voltage is not applied even when the DC connection terminals -S- and - are idle. can rise above their face value.



  If the consumer circuit is loaded, the current in secondary winding II rises first. This means that a greater current also flows in windings I and III. Due to the greater saturation in the leg of winding III caused by the increased current flow, the current resonance circuit is brought out of the resonance position. This reduces the impedance of this circuit. As the impedance drops, the capacitor voltage changes phase. The phase shift is such that the voltage on the primary winding increases.

   The increased voltage on the primary winding results in increased saturation of the transformer leg belonging to windings I and II. The primary winding is now dimensioned such that the voltage resonance circuit approaches its resonance point more and more as the saturation of the transformer handle increases. It is well known that the partial voltages rise in a voltage resonance circuit, that is to say in our example the voltages on the capacitor C and on the winding I, as the resonance point approaches.



  As the load on the DC circuit increases, the voltage in the primary winding rises, on the one hand as a result of the falling impedance of the current resonance circuit III, C, and on the other hand as a result of the approximation of the voltage resonance circuit I caused by the increase in the line flow of force in the iron core of the winding I. , C at its resonance point.



  As the load on the transformer increases, the resonance circuits connected in series both have an effect on increasing the voltage on primary winding I and thus also on secondary winding II. The two resonance circuits work in the same way, but in the opposite sense, when the load decreases. The windings of the transformer and capacitor C are dimensioned so that the increase in voltage on the primary and secondary windings just covers the voltage loss in the consumer circuit with increasing load. As a result, the voltage at the consumer remains constant even with fluctuating loads.

   The regulating transformer can also be dimensioned in such a way that the voltage at the consumer does not remain constant, but follows another desired characteristic.



  Due to the regulation of two resonance circuits taking place in the same sense, a particularly powerful, precise regulation of the secondary voltage can be achieved in the described arrangement compared to the known devices serving the same purpose. The control curve is also very uniform over a relatively wide range because, in contrast to the known arrangements, practically no current losses occur due to the close coupling between the primary and secondary windings.



  If the resonance transformer is used to buffer an accumulator battery, switching from permanent charge to rapid charge is possible in a particularly simple manner by simply switching off the capacitor C and, if necessary, part of the winding III. The part of the winding HI remaining in series with the primary winding I at the mains voltage acts in this case like a charging choke.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Zur selbsttätigen Regelung der einem Ein phasenwechselstromnetz entnommenen Span nung dienender Transformator mit einem dreischenkligen Eisenkern, dessen einer Schenkel unbewickelt ist, dadurch gekenn zeichnet, dass auf dem einen Transformator schenkel die Wicklung (III) eines aus der Kapazität (C) und dieser Wicklung (III) gebildeten Stromresonanzkreises, auf dem an dern Transformatorschenkel zusammen mit der Sekundärwicklung (II) die Primärwick lung (I), die mit dem Kondensator (C) einen Spannungsresonanzkreis bildet, aufgewickelt ist. PATENT CLAIM: For the automatic control of the voltage drawn from a single-phase AC power supply transformer with a three-legged iron core, one leg of which is unwound, characterized in that on one leg of the transformer, the winding (III) one of the capacitance (C) and this winding (III) formed current resonance circuit, on which on the transformer leg together with the secondary winding (II) the primary winding (I), which forms a voltage resonance circuit with the capacitor (C), is wound. UNTERANSPRüCHE: 1. Transformator nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Strom resonanzkreis (III, C) bei Leerlauf in Re sonanz befindet und der Spannungsresonanz- kreis (I, C) sich mit zunehmender Belastung seinem Resonanzpunkt nähert. 2. Transformator nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass Schalteinrichtungen vorgesehen sind, mit denen der Kondensator (C) und ein Teil der Transformatorwicklung (III) ausgeschal tet werden können. SUBClaims: 1. Transformer according to claim, characterized in that the current resonance circuit (III, C) is in resonance when idling and the voltage resonance circuit (I, C) approaches its resonance point with increasing load. 2. Transformer according to claim and dependent claim 1, characterized in that switching devices are provided with which the capacitor (C) and part of the transformer winding (III) can be switched off.
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