Einrichtung zur Entnahme einer von einer gegebenen veränderlichen Primärspannung in weiten Grenzen nahezu unabhängigen Sekundärspannung. Es zeigt sich in der Elektrotechnik oft rnals das Bedürfnis nach einem Transformator mit einer von der Primärspannung in weiten Grenzen nahezu unabhängigen Sekundärspan nung. Gegenstand der Erfindung ist eine Ein richtung, welche diese Eigenschaft besitzt, und deren Wesen in der Reihenschaltung der Primärwicklung eines magnetisch hoch ge sättigten Transformators mit einem relativ grossen ohrn'schen Wiederstand besteht.
Diese Einrichtung soll an dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 näher erläutert werden.
In Fig. 1 stellt T einen Transformator dar, welcher die Primärwicklung Z., und die Sekundärwicklung Zb besitzt. In Reihe zur Primärwicklung Z., ist ein ohm'scher Wider stand R geschaltet, und die Enden dieser Reihe sind an die Spannung Ei des Wechsel stromnetzes<I>N</I> gelegt. Ist der Transformator<I>T</I> derart dimensioniert, dass er sich schon bei relativ kleinen Spannungen im Zustand hoher Sättigung befindet, dann zeigt er in Reihen schaltung mit dem Widerstand R bei Varia tion der Netzspannung eine fast unveränder liche Sekundärspannung. Dieses ist leicht zu erkennen, wenn man folgende Überlegungen anstellt.
Geht man von einer relativ kleinen Netzspannung E aus, dann wird diese teils im Widerstand R, in welchem hierbei auch der ohm'sche Widerstand der Primärwicklung einzubeziehen ist, teils im Transformator T verbraucht. Der auf den Transformator T entfallende Spannungsteil Ei bedingt ein Transformatorfeld, welches in den Schenkeln a. und b und im Joch q bei deren geeigneter Bemessung bereits eine hohe Sättigung er zeugt.
Nimmt man zunächst an, der Sekun därstromkreis des Transformators sei offen, dann wird der Schaltung gemäss die Span nung Er am ohm'schen Widerstand lediglich durch den hohen Magnetisierungsstrom des Transformators T bedingt sein.
Steigert man nun die Spannung des Netzes El, dann kann eine wesentliche Steigerung der Spannung Ei am Transformator nicht auftreten, weil der steigende illagnetisierungstrom eine derartige Vergrösserung der Spannung Er am Wider stand R zur Folge hat, dass die Zunahme der Netzspannung fast ausschliesslich durch die Zunahme der Spannung am Widerstand ver- braucht wird. Wegen der hohen Sättigung bleibt die Primär- und Sekundärspannung am Transformator aber trotz des steigenden Magrretisierungsstromes nahezu unverändert.
Ist der Sekundärkreis des Transformators auf eine konstanten oder variablen Strom verzehrende Einrichtung" geschlossen, dann kommt es darauf an, dass der Belastungsstrom <I>i</I> gegenüber dem Magnetisierungsstrom i" klein ist.
Bei relativ kleinem Verhältnis
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bleiben die Überlegungen im Prinzip die gleichen, da der durch den Strom i bedingte zusätzliche Spannungsabfall im ohm'schen Widerstand die Spannungsverteilung unwesentlich beein- flusst. Bei der Dimensionierung.des Transfor nrators muss im voraus bestimmt werden, welche Leistung P bei voller Spannung im Widerstand R vernichtet werden soll. Hier aus bestimmt sich dann der zu wählende Wert der Kraftlinieninduktion B im Eisen und des lyIagnetisierungsstromes in.
Auch auf die Streuung ist dabei Rücksicht zu nehmen, die aber eine für den gewollten Zweck sehr vorteilhafte Rolle spielt. Je mehr Verlustlei stung P man im Widerstand R zulässt, uni so kleiner und billiger wird der Transformator; deshalb wird es nötig sein, einen guten Mittel weg zu finden. Es zeigt sich ferner, dass bei zunehmender primärer Netzspannung Ei die Einrichtung teuer und die Verlustleistung P grösser wird, weshalb es bei höheren Span nungen (über einige Tausend Volt) vorteilhaft ist, die Einrichtung über einen normalen Spannungswandler zu speisen.
Zu beachten ist, dass die Phasenverschie bung zwischen der sekundären Spannung E8 des Transformators und der primären Netz spannung Ei von<B>180'</B> abweicht und eine Funktion der Spannung Ei selbst ist. Bei hoher Netzspannung und Sättigung des Trans formators ist sie z:- <B>900,</B> bei sinkender Spannung nähert sie sich dein Wert von <B>1800.</B> Dies ist für die meisten .Anwendungen ein Vorteil. Die beschriebene Einrichtung eignet sich hauptsächlich zur Speisung von Stromkreisen mit konstanter Impedanz (Relais, Messeinrichtungen). Induktive Belastung wirkt für die sekundäre Kurvenform günstig.
Der Widerstand R kann auch in dein Transformator selbst untergebracht werden, indem man die Primärwicklung aus Nickeliri macht. Voraussetzung ist hierbei, dass die Erwärmungsverhältnisse des Transformators es zulassen. Eine andere Ausführungsform des Erfin- dungsgegenstandes ist durch Fig. 2 veran schaulicht. Bei dieser Ausführungsform ist für die Streulinien ein besonderer Eisenweg durch den dritten Kern c gegeben.
Der die Sekundärwicklung tragende Kern b ist von kleinerem Querschnitt als der die Primär- wicklung tragende Kern a, so dass sich Kern b früher sättigt als Kern a. Die Streuung des Transformators ist nun eine variable, bei kleiner Sättigung ist sie gering, sie wächst aber mit zunehmender Primärspannung bezw. mit zunehmendem Feld.
Bei hoher Sättigung geht nur ein Teil Ob des den Kern a durch setzenden Flusses (D", durch den Kern b, der andere Teil (I), dagegen schliesst sich über den Kern c und ,stellt für den Transformator somit ein starkes Streufeld dar. Trägt in dieser Weise die Zunahme des Streuflusses wesentlich zur Konstanthaltung der Sekun- därspannung bei, dann kommt man auch finit kleineren Widerständen aus, was auf die Kurvenform der Spannungen und Ströme ei nen günstigen Einfluss hat.
Der Streulinien weg c kann auch in anderer fG'eise ausge bildet sein, zum Beispiel durch Anordnung und Lage der Pressbolzen oder anderer kon struktiver Teile des Transformators.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung dieser Ausführungsform ist durch Fig. 3 veranschau licht. Der die Streulinien führende Kern trägt in diesem Falle ebenfalls eine Wicklung Z" welche derart mit der Sekundärwicklung Zb in Reihe geschaltet ist, dass die in Z, indu zierte Spannung der in der Sekundärwick- lung Zb induzierten Spannung entgegenwirkt.
Dadurch ist es erreichbar, dass die Sekundär spannung von einem gewissen Betrag ab mit zunehmender Netzspannung Ei sogar abnimnrt und somit für eine bestimmte Spannung Ei ein 11Taaimum aufweist.
Das Anwendungsgebiet der beschriebenen Einrichtung ist ein mannigfaches; besonders geeignet ist sie für diejenigen Fälle, bei denen ein empfindliches Relais auch bei stark redu zierter Spannung ansprechen soll, oder bei denen eine Messeinrichtung möglichst unab hängig von den Schwankungen des Netzes betätigt werden soll.
Device for the removal of a secondary voltage which is almost independent of a given variable primary voltage within wide limits. In electrical engineering there is often a need for a transformer with a secondary voltage that is almost independent of the primary voltage within wide limits. The invention relates to a device which has this property, and the essence of which is the series connection of the primary winding of a magnetically highly saturated transformer with a relatively large Ohrn'schen resistance.
This device will be explained in more detail using the exemplary embodiment in FIG.
In Fig. 1, T represents a transformer which has the primary winding Z., and the secondary winding Zb. In series with the primary winding Z., an ohmic resistance R is connected, and the ends of this series are connected to the voltage Ei of the alternating current network <I> N </I>. If the transformer <I> T </I> is dimensioned in such a way that it is in the high saturation state even at relatively low voltages, then when connected in series with the resistor R it shows an almost unchangeable secondary voltage when the mains voltage varies. This is easy to see if you make the following considerations.
If one assumes a relatively low network voltage E, then this is partly consumed in the resistor R, in which the ohmic resistance of the primary winding is also included, and partly in the transformer T. The voltage part Ei allotted to the transformer T causes a transformer field, which in the legs a. and b and in the yoke q with their suitable dimensioning already a high saturation he testifies.
If one initially assumes that the secondary circuit of the transformer is open, then according to the circuit, the voltage Er at the ohmic resistor will only be due to the high magnetizing current of the transformer T.
If you now increase the voltage of the network El, then a significant increase in the voltage Ei on the transformer cannot occur because the increasing illagnetization current has such an increase in the voltage Er on the resistance R that the increase in the network voltage is almost exclusively due to the increase the voltage across the resistor is consumed. Because of the high saturation, the primary and secondary voltage at the transformer remains almost unchanged despite the increasing magnetizing current.
If the secondary circuit of the transformer is closed to a constant or variable current-consuming device ", then it is important that the load current <I> i </I> is small compared to the magnetizing current i".
With a relatively small ratio
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In principle, the considerations remain the same, since the additional voltage drop in the ohmic resistance caused by the current i has an insignificant influence on the voltage distribution. When dimensioning the transformer, it must be determined in advance which power P is to be destroyed in resistor R at full voltage. The value to be selected for the line of force induction B in iron and the magnetization current in.
The dispersion must also be taken into account, but it plays a very advantageous role for the intended purpose. The more power loss P one allows in the resistor R, the smaller and cheaper the transformer becomes; therefore it will be necessary to find a good remedy. It is also shown that with increasing primary line voltage Ei the device becomes expensive and the power loss P is greater, which is why it is advantageous at higher voltages (over a few thousand volts) to feed the device via a normal voltage converter.
It should be noted that the phase shift between the secondary voltage E8 of the transformer and the primary mains voltage Ei differs from <B> 180 '</B> and is a function of the voltage Ei itself. With a high line voltage and saturation of the transformer it is, for example: - <B> 900, </B> When the voltage drops, it approaches your value of <B> 1800. </B> This is an advantage for most applications. The device described is mainly suitable for supplying electrical circuits with constant impedance (relays, measuring devices). Inductive loading has a favorable effect on the secondary waveform.
The resistor R can also be placed in your transformer itself by making the primary winding out of Nickeliri. The prerequisite for this is that the transformer's heating conditions allow it. Another embodiment of the subject matter of the invention is illustrated by FIG. In this embodiment, there is a special iron path through the third core c for the scatter lines.
The core b carrying the secondary winding has a smaller cross section than the core a carrying the primary winding, so that core b saturates earlier than core a. The spread of the transformer is now variable, with low saturation it is low, but it increases with increasing primary voltage respectively. with increasing field.
In the case of high saturation, only part Ob of the flux passing through core a (D ", through core b, the other part (I), on the other hand, closes over core c and thus represents a strong stray field for the transformer. If the increase in the leakage flux contributes significantly to keeping the secondary voltage constant, then finitely smaller resistances can also be used, which has a favorable influence on the curve shape of the voltages and currents.
The scatter lines path c can also be designed in a different way, for example by the arrangement and position of the press bolts or other structural parts of the transformer.
Another advantageous development of this embodiment is illustrated by FIG. In this case, the core guiding the scatter lines also carries a winding Z ″ which is connected in series with the secondary winding Zb in such a way that the voltage induced in Z1 counteracts the voltage induced in the secondary winding Zb.
As a result, it can be achieved that the secondary voltage even decreases from a certain amount with increasing line voltage Ei and thus has a minimum for a certain voltage Ei.
The area of application of the device described is manifold; It is particularly suitable for those cases in which a sensitive relay is to respond even with strongly redu ed voltage, or in which a measuring device is to be operated as independently as possible of the fluctuations in the network.