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.