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Die Erfindung betrifft einen stufenlosen Stelltransformator mit einem Transformatorkern, einer Primärwicklung, einer einlagigen, kontaktierbaren Stellwicklung, einem entlang der Stellwicklung verstellbaren Stellkontakt und einem mit einem Ende der Stellwicklung verbundenen Kontaktelement.
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Transformatoren werden in vielfältiger Weise eingesetzt. Meistens dienen sie dazu, die Spannung einer Stromquelle an einen Verbraucher anzupassen, wenn dieser eine andere Spannung benötigt. Ein Beispiel für eine derartige Anwendung ist ein Netzteil. Der Transformator in einem derartigen Netzteil besteht meist aus einem Transformatorkern aus Eisen, um den jeweils zwei elektrische Spulen so gewickelt sind, dass der Strom mehrfach um den Eisenkern herum geführt wird. Legt man an die eine Spule, die sogenannte Primärwicklung, einen Wechselstrom an, dann wird elektrische Energie durch elektromagnetische Induktion auf die zweite Spule, die sogenannte Sekundärwicklung, übertragen. Hierbei ist bei einem idealen Transformator das Verhältnis der Spannungen und Ströme in beiden Stromkreisen zum Verhältnis der Wicklungszahlen direkt proportional. Bei einem realen Transformator kommt es dagegen durch verschiedene Effekte zu Spannungs- und Stromverlusten.
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Bei dem beschriebenen Grundtyp des Transformators wird die Spannung um einen konstanten Faktor transformiert. Oftmals werden jedoch Transformatoren benötigt, die eine Eingangsspannung in verschiedene Spannungen transformieren. Ein stufenloser Stelltransformator ist in der Offenlegungsschrift
DE 3744436 A1 beschrieben. Dieser ist jedoch nur für kleine Leistungen geeignet. Für Eisenbahnen und Kraftwerke werden jedoch regelbare Leistungstransformatoren benötigt. Hierfür werden Stelltransformatoren verwendet, die mehrere Anzapfungen haben, wobei die Entnahme verschiedener Ausgangsspannungen durch Laststufenschalter erfolgt. Es kann auch ein Spannungsabgriff an den freigelegten Windungen mittels eines Schleifkontaktes erfolgen. Diese Stelltransformatoren haben jedoch erhebliche Nachteile. So werden Stufenschalter oder Schleifkontakte durch die hohen Spannungen und Ströme und die damit verbundene Funkenbildung sowohl mechanisch als auch elektrisch stark belastet und erfordern einen hohen Wartungsaufwand. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass eine Spannungsanpassung nur stufenweise erfolgen kann und eine zusätzliche Feinanpassung zusätzlichen technischen Aufwand erfordert.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Stelltransformator vorzuschlagen, der sowohl stufenlos einstellbar ist als auch für sehr hohe Leistungen geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Kontaktelement zum Anschluss an einen Verbraucher außerhalb des Transformatorkerns angeordnet ist. Im Transformatorkern selbst und in seinem Inneren wird bei einer an die Primärwicklung angelegten Wechselspannung ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Dieses magnetische Wechselfeld induziert wiederum Wirbelströme in elektrischen Leitern innerhalb des Wechselfeldes. Die Wirbelstromverluste steigen quadratisch mit der Frequenz an. Durch die Anordnung des Kontaktelementes außerhalb des Transformatorkerns ist das Kontaktelement außerhalb des magnetischen Wechselfeldes angeordnet. Hierdurch wird die Induktion von Wirbelströmen innerhalb des Kontaktelementes vermieden und es treten keine Wirbelstromverluste auf. Überraschenderweise kann hierdurch die Effizienz des Stelltransformators erheblich verbessert werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
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Indem die Stellwicklung eine Spule bildet, die um ihre Längsachse drehbar ist, muss der Stellkontakt nicht um die Stellwicklung herum geführt werden, sondern kann durch eine vertikale Bewegung bei einer Rotation der Stellwicklung jede Stelle auf der Stellwicklung kontaktieren.
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Zur Verstärkung des von der Stellwicklung erzeugten Magnetfeldes ist ein Spulenkern vorgesehen, der insbesondere ferromagnetisch ist.
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Der ferromagnetische Transformatorkern weist als Basis ein unteres horizontales Kernelement auf, welches mittels eines vertikalen Kernelements mit einem oberen Kernelement verbunden ist, so dass sich annähernd eine um 90 Grad gedrehte U-Form ergibt. Der Spulenkern mit der Stellwicklung ist im Zwischenraum zwischen dem unteren horizontalen Kernelement und dem oberen horizontalen Kernelement angeordnet. Hierdurch ergibt sich die für Transformatorenkerne übliche rechteckige Form, wobei jedoch der Spulenkern mit der Stellwicklung beweglich, d. h. um seine Längsachse drehbar, ist. Alle Kernelemente einschließlich des Spulenkerns bestehen vorzugsweise aus Dynamoblechen, um den Wirkungsgrad des Stelltransformators zu erhöhen.
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Zwischen der Stellwicklung und dem Spulenkern ist ein Spulenkörper aus dielektrischem Material, insbesondere aus Polyethylen, vorgesehen, welcher eine umlaufende Vertiefung als Führung für die Stellwicklung aufweist. Hierdurch wird die frei liegende Stellwicklung von dem Spulenkern einerseits elektrisch isoliert und andererseits auf dem Spulenkern fest gehalten, so dass die Wicklungen sich nicht gegenseitig kontaktieren können. Bei einer Drehung von Stellwicklung und Spulenkern dreht sich der Spulenkörper mit.
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Die Stellwicklung ist mittels eines Verbindungsleiters mit einem elektrischen Innenleiter verbunden, der mit dem außerhalb des Transformatorkerns angeordneten Kontaktelement elektrisch verbunden ist. Hierdurch kann ein Verbraucher an die Stellwicklung angeschlossen werden, und zwar mit einem Anschluss an das Kontaktelement und mit dem anderen Anschluss an den Stellkontakt.
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Die Leitfähigkeit des Innenleiters für Wechselstrom wird dadurch verbessert, dass dieser aus einer Litze aus isolierten, parallel geschalteten Einzelleitern, insbesondere aus Kupfer, besteht. Um den Innenleiter vom Spulenkern abzuschirmen, ist ein Isolator vorgesehen, der ihn umgibt.
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Der Spulenkörper, der Spulenkern und der Isolator sind jeweils als ein Kreishohlzylinder ausgebildet, wobei der Spulenkern im Hohlraum des Spulenkörpers, der Isolator im Hohlraum des Spulenkerns und der Innenleiter im Hohlraum des Isolators angeordnet ist. Hierdurch sind die genannten Elemente elektrisch voneinander isoliert und dennoch kompakt angeordnet.
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Die Stellwicklung, der Spulenkörper, der Spulenkern, der Isolator sowie der Innenleiter sind fest miteinander verbunden und gemeinsam drehbar. Sie sind über ein Getriebe mit einer Gewindespindel, zum Antrieb des Stellkontakts dient gekoppelt, um bei einer Drehung eine damit synchronisierte vertikale Bewegung des Stellkontakts entlang der Stellwicklung zu bewirken.
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Das außerhalb des Transformatorkerns angeordnete Kontaktelement ist als Gleitkontakt, insbesondere als Schleifring mit einer Bürste ausgebildet. Durch den Gleitkontakt kann die drehbare Stellwicklung über den mitdrehenden Innenleiter mit einem ortsfesten, d. h. nicht mitdrehenden Anschlusskontakt verbunden werden.
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Spulenkörper, Spulenkern und Isolator weisen jeweils eine Öffnung für die Durchführung des Verbindungsleiters auf. Die Öffnungen verlaufen insbesondere orthogonal zu der gemeinsamen Zylinderachse von Spulenkörper, Spulenkern und Isolator. Die Öffnungen sind so hintereinander angeordnet, dass sie einen durchgehenden Kanal für die Durchführung des Verbindungsleiters bilden. Hierdurch kann das Ende der Stellwicklung, welches dem Stellkontakt entgegengesetzt ist, über den Verbindungsleiter mit dem Innenleiter und dem Gleitkontakt verbunden werden.
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Für die beiden horizontalen Kernelemente ist jeweils eine Kernelementöffnung zur Durchführung des Isolators und des Innenleiters aus dem Transformatorkern vorgesehen. Eine Kernelementöffnung ist vorzugsweise kreiszylindrisch. Sie weist insbesondere einen Durchmesser auf, der dem Innendurchmesser des Spulenkerns entspricht. Hierdurch ist es vorteilhafterweise möglich, den Isolator innerhalb der Kernelementöffnungen und dem Hohlraum des Spulenkerns anzuordnen.
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Weil außerdem jeweils eine Kernelementöffnung von zwei sich gegenüberliegenden Segmenten eines Kreishohlzylinders gebildet wird, dessen Außendurchmesser vorzugsweise dem Außendurchmesser des Spulenkerns entspricht, weisen Kreishohlzylindersegmente und Spulenkern auch denselben Außendurchmesser und dieselbe Mantelstärke auf. Ein magnetisches Feld verläuft daher durch die Kreiszylindersegmente und durch den Spulenkern. Durch die identischen Innen- und Außendurchmesser des Spulenkerns und der Kreiszylindersegmente werden Streuinduktivitäten vermindert und so der Wirkungsgrad des Stelltransformators insgesamt verbessert.
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Die beiden Zylinderenden des Isolators sind jeweils innerhalb einer Kernelementöffnung angeordnet und bilden so zwei Lager. Dadurch ist der Isolator zusammen mit dem Innenleiter, dem Spulenkern, dem Spulenkörper und der Stellwicklung in den horizontalen Kernelementen drehbar angeordnet.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
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Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
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1 eine schematische Ansicht des Stelltransformators 200;
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2 eine schematische Teilansicht des beweglichen Kernelements im axialen Schnitt;
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3a eine perspektivische Ansicht der horizontalen Kernelemente 2a, 2b und des Spulenkerns 3;
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3b eine perspektivische Ansicht der horizontalen Kernelemente 2a, 2b und des Spulenkerns 3 nach 3a in zusammengefügtem Zustand;
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4 eine perspektivische Gesamtansicht des Stelltransformators 200; und
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5 einen vertikalen Schnitt durch den Stelltransformator 200.
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1 zeigt eine schematische und vereinfachte Ansicht des Stelltransformators 200. Dieser umfasst einen ferromagnetischen Transformatorkern 100 mit einem unteren horizontalen Kernelement 2a und einem oberen horizontalen Kernelement 2b, die mittels eines vertikalen Kernelements 1 verbunden sind und so eine um 90 Grad gedrehte U-Form ergeben. Die Kernelemente 1, 2a, 2b sind fest miteinander verbunden, d. h. zueinander unbeweglich. Weiterhin besteht der Transformatorkern 100 aus beweglichen Elementen, insbesondere einem kreiszylindrischen Spulenkern 3, der im Zwischenraum zwischen den beiden horizontalen Kernelementen 2a, 2b drehbar angeordnet ist. Alle genannten Bauteile bestehen aus üblichen Dynamoblechen, d. h. aus gegeneinander isolierten Eisenschichten.
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Auf dem vertikalen Kernelement 1 ist eine Primärwicklung 7 aufgewickelt, die einen ersten Stromkreis bildet. Die Primärwicklung besteht aus isoliertem Kupferdraht. Durch die Isolierung ist der Kupferdraht gegenüber den anderen Windungen und gegenüber dem Transformatorkern 1 elektrisch isoliert. Wird an die Primärwicklung 7 ein Wechselstrom angelegt, dann wird in dem vertikalen 1 und den horizontalen Kernelementen 2a, 2b sowie in dem drehbaren Spulenkern 3 ein magnetischer Fluss erzeugt, der mit der Frequenz des Wechselstroms seine Richtung ändert. Ein zweiter Stromkreis wird durch eine Stellwicklung 30 gebildet, die auf den drehbaren Spulenkern 3 aufgewickelt ist. Die Stellwicklung 30 ist also die Sekundärwicklung und das sich ändernde Magnetfeld des Transformatorkerns 100 induziert in der Stellwicklung 30 eine Spannung.
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Im Unterschied zur isolierten Primärwicklung 7 ist die Stellwicklung 30 selbst nicht isoliert und liegt nach außen hin frei. Die Isolierung der Stellwicklung 30 von dem Spulenkern 3 erfolgt vielmehr durch einen nicht dargestellten Spulenkörper 5 (siehe 2). Die Stellwicklung 30 ist einlagig und die Windungen haben einen derartigen Abstand, dass kein elektrischer Kontakt zwischen den einzelnen Windungen besteht. Da die Windungen freiliegen, ist die Stellwicklung 30 auf ihrer gesamten Länge direkt kontaktierbar. Ein elektrischer Kontakt erfolgt mittels eines Stellkontaktes 22, der sich bei einer Drehung der Stellwicklung 30 bzw. des Spulenkerns 3 vertikal auf- oder abbewegt. Als Stellkontakt 22 dient eine Kohlebürste. Das untere Ende der Stellwicklung 30 endet blind. Das obere Ende der Stellwicklung 30 ist mit einem (nicht gezeigten) Verbindungsleiter 37 verbunden, durch einen vertikal verlaufenden Kanal 32 in den Spulenkern 3 hineingeführt und elektrisch mit einem Innenleiter 15 verbunden ist. Der Innenleiter 15 ist durch den Spulenkern 3 und das obere horizontale Kernelement 2b aus dem Transformatorkern 100 herausgeführt. Im Bereich des oberen horizontalen Kernelements 2b ist der Innenleiter 15 gestrichelt dargestellt. Das aus dem oberen horizontalen Kernelements 2b herausgeführte, obere Ende des Innenleiters 15 ist mit einem Kontaktelement 28 verbunden. Das Kontaktelement 28 besteht aus einem Schleifring 16 und einer Kohlebürste 20. Bei einer Drehung des Spulenkerns 3 dreht sich auch der Innenleiter 15 mit dem Schleifring 16, da sie fest verbunden sind. Schleifring 16 und Kohlebürste 20 bilden also einen Gleitkontakt. Die Kohlebürste 20 ist mit einem Anschlusselement 24 verbunden. Das zweite Anschlusselement 24 ist mit dem Stellkontakt 22 verbunden. Ist an die beiden Anschlusselemente 24 ein Verbraucher (nicht gezeigt) angeschlossen, so wird ein zweiter Stromkreis gebildet. Durch Drehung des Spulenkerns 3 und eine damit synchronisierte vertikale. Bewegung des Stellkontakts 22 entlang der Stellwicklung 30 ist deren effektive Länge bzw. deren effektive Windungszahl stufenlos veränderbar. Da das Verhältnis der Windungszahlen der beiden Wicklungen 7, 30 direkt proportional der in der Stellwicklung 30 induzierten Spannung ist kann somit die Spannung des Stelltransformators 200 stufenlos eingestellt werden.
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Zwischen dem Spulenkern 3 und den horizontalen Kernelementen 2a, 2b besteht jeweils ein Luftspalt 31. Dieser ist in der 1 aus Gründen der Anschaulichkeit sehr breit dargestellt. Tatsächlich sollte der Luftspalt 31 möglichst eng sein, um die Dämpfung des magnetischen Flusses zwischen den horizontalen Kernelementen 2a, 2b und dem Spulenkern 3 zu minimieren.
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2 zeigt eine Teilansicht des beweglichen Kernelements im axialen Schnitt. Dieses umfasst den Spulenkörper 5, den Spulenkern 3 und einen Isolator 11. Die drei Elemente sind jeweils als Hohlkreiszylinder ausgebildet, wobei der Isolator 11 im Spulenkern 3 und beide wiederum im Spulenkörper 5 angeordnet sind. Die Teile und deren Maße und Abstände zueinander sind aus Gründen der Anschaulichkeit lediglich schematisch dargestellt und geben nicht die realen Größenverhältnisse wieder. Der Spulenkörper 5 besteht aus einem dielektrischen Kunststoff, und zwar aus Polyethylen. Er weist eine umlaufende Vertiefung 33 auf, die als Führung und Einbettung für die Stellwicklung 30 dient. Die Stellwicklung 30 wird so in ihrer Position festgehalten. Der dielektrische Spulenkörper 5 isoliert außerdem die Stellwicklung 30 von dem ferromagnetischen Spulenkern 3. Der ferromagnetische Spulenkern 3 verstärkt das von der Stellwicklung 30 erzeugte Magnetfeld. In seiner Öffnung 23 ist ein dielektrischer Isolator 11 für einen elektrischen Innenleiter 15 angeordnet. Die Stellwicklung 30 ist mittels eines horizontal verlaufenden Verbindungsleiters 37 mit dem Innenleiter 15 verbunden. Der Verbindungsleiter 37 ist zu diesem Zweck durch einen horizontal verlaufenden Kanal 32 des Spulenkörpers 5, des Spulenkerns 3 und des Isolators 11 in der axialen Öffnung 14 des Isolators 11 geführt, wo er mit dem Innenleiter 15 elektrisch verbunden ist. Der Innenleiter 15 ist dann mit dem Isolator 11 durch das obere horizontale Kernelement 2b geführt und elektrisch mit dem Schleifring 16 verbunden.
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Die drei beschriebenen Hohlkreiszylinder sind im Transformator 200 fest miteinander verbunden, also nicht gegeneinander verschiebbar oder drehbar. Wird die Stellwicklung 30 gedreht, dann drehen sich zusammen mit der Stellwicklung 30 auch der äußere dielektrische Spulenkörper 5, der Spulenkern 3, der Isolator 11 sowie der Innenleiter 15 und der damit verbundene Schleifring 16 (nicht gezeigt, siehe 1) um ihre gemeinsame zentrale Längsachse.
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Um die Effizienz des Stelltransformators 200 zu erhöhen, besteht der Innenleiter 15 aus einer mit einem isolierenden Dielektrikum umhüllten Litze aus isolierten Einzeldrähten. Hierdurch Wird verhindert, dass ein so genannter Skin-Effekt auftritt, der die Impedanz des Innenleiters 15 erhöhen würde.
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3a zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des unteren horizontalen Kernelements 2a, des oberen Kernelements 2b und des Spulenkerns 3. Der Spulenkerns 3 ist zwischen den beiden Kernelementen 2a, 2b „schwebend” dargestellt, d. h. aus Gründen der Anschaulichkeit sind die Abstände zwischen dem Spulenkern 3 und den horizontalen Kernelementen 2a, 2b, also die Luftspalte 31, erheblich breiter dargestellt.
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Die beiden horizontalen Kernelemente 2a, 2b sind identische Bauteile, deren Längsachsen parallel zueinander verlaufen. Sie sind jeweils an ihrem einen Ende mit einem (nicht gezeigten) vertikalen Kernelement 1 verbunden, wodurch die Form eines um 90 Grad gedrehten U gebildet wird. Die horizontalen Kernelemente 2a, 2b haben eine quaderförmige Grundform. Im Bereich des drehbaren Spulenkerns 3 weist jedes horizontale Kernelement 2a, 2b jedoch eine Verdickung bzw. zwei Ausbuchtungen in Form eines vorderen 36' und eines hinteren Kreiszylindersegmentes 36'' auf. Die Kreiszylindersegmente 36', 36'' sind sich gegenüberliegend angeordnet und weisen eine gemeinsame zylindrische Kernelementöffnung 35 auf. Das untere oder obere horizontale Kernelement 2a, 2b wird daher im Folgenden auch als „Hohlkreiszylinder” bezeichnet, an dessen Mantelfläche zwei Quader angeformt sind.
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Der drehbare Spulenkern 3 ist ebenfalls ein Kreiszylinder mit einer einen zylindrischen Hohlraum bildenden Öffnung 23, also ein Hohlkreiszylinder. Es ist aus der 3a ersichtlich, dass der Durchmesser der Spulenkernöffnung 23 dem Durchmesser der Kernelementöffnung 35 entspricht, wobei beide Öffnungen 23, 35 eine (nicht dargestellte) gemeinsame Mittelachse haben. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass der Außendurchmesser des Spulenkerns 3 dem Außendurchmesser des durch die Kreiszylindersegmente 36', 36'' gebildeten Hohlkreiszylinders entspricht. Daraus folgt, dass der Spulenkern 3 und die Kreiszylindersegmente 36', 36'' auch dieselbe Mantelstärke aufweisen. Das von der Spule 7 erzeugte magnetische Feld verläuft daher von dem vertikalen Kernelement 1 durch das obere horizontale Kernelement 2b, dann durch dessen obere Kreiszylindersegmente 36', 36'', dann durch den Spulenkern 3 und die Kreiszylindersegmente 36', 36'' des unteren horizontalen Kernelements 2a, oder in umgekehrter Richtung. Durch die identischen Innen- und Außendurchmesser des Spulenkerns 3 und der Kreiszylindersegmente 36', 36'' werden Streuinduktivitäten vermindert und so der Wirkungsgrad des Stelltransformators insgesamt verbessert.
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3b zeigt eine perspektivische Ansicht der horizontalen Kernelemente 2a, 2b und des Spulenkerns 3 nach 3a in zusammengefügtem Zustand. Die Elemente sind so dargestellt, wie sie auch im Stelltransformator 200 angeordnet sind. Es ist dargestellt, dass die beiden Luftspalte 31 sehr eng sind. Zusätzlich zur 3a ist der dielektrische Isolator 11 dargestellt. Dieser ist in den Öffnungen 23, 35 (nicht sichtbar, siehe 3a) des Spulenkerns 3 und der Kreiszylindersegmente 36', 36'' angeordnet. Die zylindrischen Öffnungen 35 in der aus den beiden Kreiszylindersegmenten 36', 36'' gebildeten Verdickung bilden jeweils ein oberes und unteres Lager mit dem entsprechenden Mantelflächenabschnitt des Isolators 11. Dadurch ist der Isolator 11 drehbar gelagert.
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Die oberen und unteren Enden des Isolators 11 ragen aus den Kernelementöffnungen 35 heraus. Am (nicht gezeigten) unteren Ende ist er mit einem (nicht gezeigten) Zahnrad 26 gekoppelt. An seinem oberen Ende ist der (nicht gezeigte) Schleifring 16 angeordnet, der sich ebenfalls mitdreht.
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4 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht des Stelltransformators 200 mit den horizontalen Kernelementen 2a, 2b und dem vertikalen Kernelement 1, um das die Primärwicklung 7 mit einer Isolierung 6 gewickelt ist. An den beiden horizontalen Kernelementen 2a, 2b sind mit Isolierscheiben 27 insgesamt vier Verstärkungselemente 12 aus nicht magnetisierbarem Material befestigt. Diese stabilisieren die mechanische Struktur. Die beiden horizontalen Kernelemente 2a, 2b sind identische Bauteile, deren Längsachsen parallel zueinander verlaufen und die jeweils an ihrem einen Ende mit dem vertikalen Kernelement 1 verbunden sind, wodurch die drei Kernelemente die Form eines um 90 Grad gedrehten U bilden. Zwei gegenüberliegende Ausbuchtungen haben die Form von Kreiszylindersegmenten 36', 36''. Weiterhin ist für beide horizontale Kernelemente 2a, 2b jeweils eine Kernelementöffnung 35 vorgesehen, durch die der Isolator 11 mit dem Innenleiter 15 geführt ist. Auf dem oberen Ende des Isolators 11 sitzt der Schleifring 16 auf, wobei er den Innenleiter 15 kontaktierend umgibt. Der Schleifring 16 bildet mit der Kohlebürste 20 einen Gleitkontakt, welcher von einem Gleitkontaktgehäuse 17 mit einer Gehäuseklappe 19 geschützt wird.
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Da der Schleifring 16 und die Kohlebürste 20 außerhalb des Transformatorkerns 100 angeordnet ist, treten in ihm keine Wirbelströme auf und der Wirkungsgrad des Stelltransformators wird dadurch erheblich verbessert.
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Das Gleitkontaktgehäuse 17 weist eine Öffnung 34 für den Anschlusskontakt 24 auf, der mit der Kohlebürste 20 verbunden ist. Zwischen den beiden Verdickungen 36', 36'' der beiden unteren und oberen horizontalen Kernelemente 2a, 2b ist die Stellwicklung 30 auf dem drehbaren Spulenkörper 5 angeordnet. Der mit dem Spulenkörper 5 drehbare Isolator 11 weist an seiner Unterseite ein Zahnrad 26 auf, das sich bei einer Rotation mitdreht. Das Zahnrad 26 greift in ein kleineres Zahnrad 25 ein und bildet so ein Getriebe, welches eine Gewindespindel 10 antreibt. In die Vertiefung des Gewindes greift ein in einem Stellkontaktgehäuse 8 angeordneter Stift 13 (nicht sichtbar) ein, der die Drehung der Gewindespindel 10 in eine vertikale Aufwärts oder Abwärtsbewegung umsetzt. Dabei bewegt sich der (nicht sichtbare) Stellkontakt 22 zusammen mit seinem Stellkontaktgehäuse 8, der Stellkontaktgehäuseklappe 21 und dem Stift 13 vertikal. Die beiden hinteren Verstärkungselemente 12 dienen dabei als Führung für das Stellkontaktgehäuse 8. An den der Primärwicklung gegenüberliegenden Enden der horizontalen Kernelemente 2a, 2b ist jeweils eine Gewindespindelbasis 4 angesetzt, die als Halterung und Lager für die Gewindespindel 10 dienen. Die Gewindespindelbasen 4 bestehen aus dem gleichen unmagnetischen und nicht magnetisierbaren Material wie die Verstärkungselemente 12. Das Gewinde der Gewindespindel 10 und das aus den beiden Zahnrädern 25, 26 gebildete Getriebe sind so abgestimmt, dass sich bei einer Drehung der Stellkontakt 22 immer genau auf der Stellwicklung 30 befindet und diese kontaktiert. Hierdurch ist eine präzise stufenlose Einstellung des Stelltransformators 200 möglich.
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5 zeigt einen vertikalen Schnitt durch den Stelltransformator 200. Dieser umfasst die Primärwicklung 7, die um das vertikale Kernelement 1 gewickelt ist, das untere horizontale Kernelement 2a und das obere horizontale Kernelement 2b. Zwischen den beiden horizontalen Kernelementen 2a, 2b ist die Stellwicklung 30 in den Vertiefungen 33 des Spulenkörpers 5 angeordnet. Im Spulenkörper 5 befindet sich Spulenkern 3 mit dem Isolator 11. Im Inneren des Isolators 11 verläuft der Innenleiter 15. Der Innenleiter 15 ist mittels eines Verbindungsleiters 37 mit einem Ende der Stellwicklung 30 elektrisch verbunden. Der Verbindungsleiter 37 ist durch den Spulenkörper 5, den Spulenkern 3 und den Isolator 11 geführt. Der Innenleiter 15 und der Isolator 11 durchstoßen das obere 2b und das untere horizontale Kernelement 2a. Auf der Oberseite des Isolators 11 ist der Schleifring 16 befestigt, der den Innenleiter 15 kontaktiert. Auf den Schleifring 16 drückt eine Kohlebürste 20, die durch eine Feder 18 gegen den Schleifring 16 gedrückt wird. Bei einer Abnutzung der Kohlebürste 20 stellt sich diese automatisch nach.
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An der Unterseite des Isolators 11 ist das große Zahnrad 26 befestigt, das bei einer gemeinsamen Drehung von Stellwicklung 30, Spulenkörper 5, Spulenkern 3, Isolator 11, Innenleiter 15 und Schleifring 16 über das kleine Zahnrad 25 die Gewindespindel 10 antreibt. Der Stift 13 greift in die Vertiefungen des Gewindes der Gewindespindel 10 ein. Dadurch bewegt sich der Stift 13 und mit ihm der bei einer Drehung je nach Drehrichtung nach oben oder nach unten, wobei er den Stellkontakt 22 mitnimmt. Der durch eine Kohlebürste gebildete Stellkontakt 22 wird dabei durch eine (nicht gezeigte) Feder gegen die Stellwicklung 30 gedrückt.
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Der dargestellte Stelltransformator 200 hat einen sehr hohen Wirkungsgrad und ist für Leistungen im Bereich von 100 bis 250 Megavoltampere einsetzbar. Er eignet sich deshalb insbesondere für Kraftwerke, wo die Spannung stufenlos an unterschiedliche Netzverhältnisse angepasst werden muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vertikales Kernelement
- 2a
- Unteres horizontales Kernelement
- 2b
- Oberes horizontales Kernelement
- 3
- Spulenkern
- 4
- Gewindespindelbasis
- 5
- Spulenkörper
- 6
- Isolierung
- 7
- Primärwicklung
- 8
- Stellkontaktgehäuse
- 9
- Öffnung des Spulenkörpers
- 10
- Gewindespindel
- 11
- Isolator
- 12
- Verstärkungselement
- 13
- Stift
- 14
- Isolatoröffnung
- 15
- Innenleiter
- 16
- Schleifring
- 17
- Gleitkontaktgehäuse
- 18
- Feder
- 19
- Gleitkontaktgehäuseklappe
- 20
- Kohlebürste
- 21
- Stellkontaktgehäuseklappe
- 22
- Stellkontakt
- 23
- Spulenkernöffnung
- 24
- Anschlusselement
- 25
- Kleines Zahnrad
- 26
- Großes Zahnrad
- 27
- Isolierscheibe
- 28
- Kontaktelement
- 30
- Stellwicklung
- 31
- Luftspalt
- 32
- Kanal für Verbindungsleiter
- 33
- Vertiefung
- 34
- Gehäuseöffnung
- 35
- Kernelementöffnung
- 36'
- Vorderes Kreiszylindersegment
- 36''
- Hinteres Kreiszylindersegment
- 37
- Verbindungsleiter
- 100
- Transformatorkern
- 200
- Stelltransformator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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