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Anordnung zur Beeinflussung der Flußverteilung bei Kleintransformatoren,
Drosselspulen kleiner Leistung, Meßwandlern oder Induktivitäten in einem mehr als
zwei Schenkel aufweisendem Eisenkern in Abhängigkeit von seiner primären Erregung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für Kleintransformatoren, Drosselspulen
kleiner Leistung, Meßwandlem oder Induktivitäten, die mit einem mehr als zwei Schenkel
aufweisenden Eisenkern ausgerüstet sind. Diese Anordnung soll zur Beeinflussung
der Flußverteilung in diesem Eisenkern in Abhängigkeit von seiner primären Erregung
dienen.
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Um dies zu erreichen, ist auf einem Schenkel eine zur Magnetisierung
des mehrere magnetische Kreise verschiedenen magnetischen Widerstandes aufweisenden
Eisenkernes dienende Erregerwicklung angeordnet, die durch die anderen Schenkel
den verschiedenen magnetischen Widerständen derselben entsprechende Teilflüsse drückt.
Erfindungsgemäß ist auf einem dieser Schenkel eine zusätzliche Wicklung angeordnet,
die eine spannungs-, Strom- und/oder frequenzabhängige Zusatzbürde speist, wodurch
bei Änderung der primären Erregung eine infolge der Abhängigkeit der Zusatzbürde
von Spannung, Strom und/oder Frequenz sich ändernde Gegenmagnetisierung zwecks Verdrängung
des diesen Schenkel durchfließenden magnetischen Teilflusses hervorgerufen wird.
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Soweit die Verwendung eines Mantelkernes mit zusätzlichen Wicklungen
zur Flußbeeinflussung bekannt ist, handelt es sich um einen magnetischen Verstärker,
auf dessen die beiden Arbeitswicklungen tragenden Außenschenkeln die zusätzlichen
Wicklungen in Reihenschaltung aufgebracht sind; sie sind über Widerstände kurzgeschlossen.
Durch diese Anordnung soll eine Unsymmetrie des Sättigungszustandes der Außenschenkel
ausgeglichen werden. In Abweichung hiervon soll bei der erfindungsgemäßen Anordnung
durch die veränderbare Gegenmagnetisierung eine Flußverdrängung zwecks Erzielung
einer Unsymmetrie hervorgerufen werden.
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Zusätzliche Wicklungen außer den Arbeitswicklungen weist auch eine
bekannte Regeldrosselspule auf ihrem Schenkelkern auf, dessen Erregung in Abhängigkeit
vom Ankerstrom eines Gleichstrommotors erfolgt. Die über ein Ventil kurzgeschlossenen
zusätzlichen Wicklungen lassen bei Änderung des Ankerstromes einen Gleichstromstoß
entstehen, der der Sättigung der Drosselspule entgegenwirkt. Diese als Magnetverstärker
arbeitende Anordnung weist keine Kreise verschiedenen magnetischen Widerstandes
und keine Zusatzbürde mit Spannungs-, Strom- und/oder Frequenzabhängigkeit auf,
um die Flußverteilung in einem Eisenkern mit mehr als zwei Schenkeln zu beeinflussen.
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Sofern die Unterteilung eines magnetischen Flusses in Teilflüsse bekannt
ist, erfolgt diese Maßnahme zur Regelung des Übersetzungsverhältnisses eines Wandlers.
Diese Unterteilung des magnetischen Flusses in parallele Teilflüsse wird durch Öffnungen
im Schenkelkern des Wandlers erreicht, wobei durch die Öffnung eine Abgleichwindung
der Sekundärwicklung geführt ist. Die parallelen Kernteile sind, um den Fluß, dessen
Verteilung durch die Sekundärwicklung an sich gestört ist, hälftig zu teilen, von
gegensinnig in Reihe geschalteten Hilfswindungen umschlossen. Es wird hier also
eine symmetrische Flußverteilung angestrebt, während bei der Anordnung gemäß der
Erfindung gerade eine Flußverdrängung zur Erzielung einer Unsymmetrie erfolgen soll.
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Es ist auch bereits bekannt, bei Wandlern mit magnetischen Kreisen
verschiedenen magnetischen Widerstandes zu arbeiten. Hierbei handelt es sich um
ein Stromwandleraggregat, das aus zwei mit ihren Primärwicklungen in Reihe geschalteten
Stromwandlern besteht, deren Sekundärwicklungen in entgegengesetztem Sinn an das
Meßgerät angeschlossen sind. Der eine Wandler hat einen kleineren Eisenquerschnitt,
aber ein größeres Übersetzungsverhältnis als der andere. Diese Größen sind derart
abgeglichen, daß die auf die Sekundärwicklungen bezogenen primären Magnetisierungsstromkomponenten
bei beiden Wandlern nach Phase und Größe einander gleich sind und sich in dem Meßgerät
gegenseitig aufheben. Hierbei
dient eine an den Wandler mit dem
größerem Übersetzungsverhältnis angeschaltete Zusatzbürde zur Erltichterung der
Abgleichung der Magnetisierungssttomkomponenten. Die Anordnung dient zur Beseitigung
von Winkelfehlern. Wenn auch hier eine Zusatzbürde Anwendung findet, so entspricht
ihre Funktion nicht der bei der Anordnung gemäß der Erfindung ausgeübten Funktion;
sie dient auch einem anderen Zweck.
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Die Verwendung spannungsabhängiger Widerstände bei Transformatoren
ist z. B. insoweit bekannt, als mittels Glimmlampen eine Strombegrenzung
erzielt wird, indem diese Glimmlampen bei Spannungssteigerung ansprechen und durch
zusätzliche Belastung den Stromverbrauch des Transformators erhöhen, so daß der
Spannungsabfall im Transformator vergrößert wird und die angeschlossenen Meßgeräte
keinen Überstrom aufzunehmen brauchen. Zu diesem Zweck ist die Primärwicklung, der
zweckmäßigerweise auch noch spannungsabhängige Widerstände vorgeschaltet sind, auf
dem einen Schenkel des Transformators und die für den Anschluß des Meßgerätes bestimmte
Sekundärwicklung auf dem anderen Schenkel zusammen mit einer Tertiärwicklung für
die Glimmlampen aufgebracht. Es ist zwar bei dieser Anordnung eine Zusatzbürde vorhanden,
die über eine zusätzliche Wicklung auf einem Schenkel eines durch Luftspalte gescherten
Eisenkernes angeschlossen ist. Diese Bürde veranlaßt aber bei erhöhter primärer
Erregung keine Gegenmagnetisierung, um eine Flußverdrängung im Sinne der Erfindung
herbeizuführen.
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Schließlich sei noch eine Anordnung zur Konstanthaltung von Strom-
und Winkelfehlern erwähnt, bei der zwei nebeneinanderliegende Schenkelkerne Anwendung
finden, deren benachbarte Schenkel von der Primärwicklung und dem Hauptteil der
Sekundärwicklung gemeinsam umfaßt sind. Die Restwindungen der Sekundärwicklung sind
in ungleicher Anzahl auf die äußeren Schenkel der beiden Kerne verteilt. In dem
einen Kern, der im Normalbetrieb als Verbraucher wirkt, überwiegen die primären
Amperewindungszahlen, und im anderen, im Normalbetrieb Leistung in das Netz liefernden
Kern überwiegen die sekundären Amperewindungen. Der letztgenannte Kern stellt zwar
eine zusätzliche, veränderliche Bürde dar, die aber nicht im Sinne der Erfindung
wirkt, sondern zur Konstanthaltung von Strom- und Winkelfehlern dient. Im Überstromgebiet
kehrt der Kraftfluß in diesem Kern, sobald im anderen Kern Sättigung eintritt, seine
Richtung um, da der Sekundärstrom hinter seinem Sollwert zurückbleibt, so daß demzufolge
das überwiegen der sekundären Amperewindungen gegenüber der Primärseite auch bei
dem zweiten Kern fortfällt. Er bezieht nunmehr auch Leistung aus dem Netz und schaltet
sich mit seinem Eisen praktisch parallel zu dem anderen Kern. Die Wirkungsweise
dieser Anordnung ist somit eine andere als bei der Anordnung gemäß der Erfindung,
bei der gerade durch die zusätzliche strom-, spannungs- und/oder frequenzabhängige
Bürde eine veränderbare Gegenmagnetisierung veranlaßt wird, um eine Flußverdrängung
zu erzielen.
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Da die Zusatzbürde bei der Anordnung gemäß der Erfindung jeder realisierbaren
Gesetzmäßigkeit unterliegen kann, ist damit infolge einer ebenso gesetzmäßigen Verdrängung
des Kraftlinienflusses und einer damit verbundenen Erhöhung des magnetischen Widerstandes
die Möglichkeit gegeben, z. B. in Abhängigkeit von der Stromstärke die überstromziffer
eines Wandlers zu beeinflussen oder in Abhängigkeit von der Erzeugung einer konstanten
Sekundärspannung Konstanthaltungsaufgaben zu erfüllen oder in Abhängigkeit von der
Induktion durch Überspannungen hervorgerufene Schwingungen zu dämpfen oder in Abhängigkeit
von auftretenden Oberwellen die Oberwellenbildung zu vermindern oder in Abhängigkeit
von der Induktion eine von der Feldstärke unabhängige Induktivität in einem gewissen
Induktionsbereich zu erreichen.
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Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele
dargestellt.
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Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Stromwandler mit
Mantelkern, auf dessen Mittelschenkel die Primärwicklung P und die Sekundärwicklung
S aufgebracht sind. Der linke Außenschenkel, dessen Querschnitt größer als der Querschnitt
des rechten Außenschenkels ist, trägt die Wicklung W1, welche zur Speisung einer
Zusatzbürde dient. Diese Zusatzbürde besteht aus dem stromabhängigen Widerstand
R".
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Durch den die Primärwicklung P durchfließenden Strom erfolgt eine
Magnetisierung des Mantelkerns derart, daß die magnetischen Kreise I und 11 gemäß
der Darstellung in Fig. 1 entstehen. Erfährt der die Primärwicklung P durchfließende
Strom eine Erhöhung, so nehmen die Flüsse in den beiden magnetischen Kreisen zu.
Durch den zunehmenden Fluß des magnetischen Kreises I steigt der die Zusatzbürde
Rst speisende Strom, so daß der Widerstand dieser Bürde infolge seiner Stromabhängigkeit
kleiner wird; damit wird die Wicklung W1 von einem höheren Strom durchflossen, so
daß die größeren Gegenamperewindungen den Fluß aus dem magnetischen Kreis 1 in den
magnetischen Kreis 11 verdrängen. Da hierdurch der magnetische Widerstand im Kreis
Il größer wird, muß von der Primärwicklung P ein größerer Magnetisierungsstrom aufgebracht
werden, um den Fluß durch diesen Kreis zu drücken. Dadurch bleibt mit steigendem
Strom in der Primärwicklung P der von der Sekundärwicklung S gelieferte Strom immer
weiter hinter dem von der Primärwicklung P aufgenommenen Strom zurück, d. h., der
von der Sekundärwicklung gelieferte Strom steigt mit wachsendem Primärstrom nicht
mehr in gleicher Weise wie bisher an. Damit geht die überstromziffer des Wandlers
herunter, so daß also das überstromverhalten einer kleineren überstromziffer entspricht,
als dies bei einer Anordnung ohne Zusatzbürde der Fall wäre. Somit ist durch diese
Anordnung z. B. die Möglichkeit gegeben, mit gegenüber hochwertigen Eisensorten
billigerem Dynamoblech ein günstiges Überstromverhalten zu erzielen.
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In der Fig. 2 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Spannungswandler
mit Mantelkern dargestellt, bei dem Primärwicklung P und Sekundärwicklung S auf
dem linken Außenschenkel angeordnet sind und die Wicklung W1 zur Speisung der Zusatzbürde,
die hier aus dem spannungsabhängigen Widerstand R" besteht, auf den Mittelschenkel
aufgebracht ist. Der Querschnitt des Mittelschenkels ist gleich dem Querschnitt
des rechten Außenschenkels, wobei das verschiedene magnetische Verhalten durch Vorsehen
eines Luftspaltes im rechten Außenschenkel erreicht ist. Bei der Magnetisierung
des Mantelkerns durch die Primärwicklung P entstehen auch hier die beiden magnetischen
Kreise I und 1I, wie sie in der Fig. 2
durch gestrichelte Linien
angedeutet sind. Der Widerstandswert der Zusatzbürde R" wird bei Spannungserhöhung
an der Primärwicklung P kleiner, so daß die Wicklung W1 von einem größeren Strom
durchflossen wird und demzufolge auch die Gegenamperewindungen größer werden, so
daß auch in diesem Falle eine Flußverdrängung aus dem magnetischen Kreis I in den
magnetischen Kreis 1I erfolgt. Der magnetische Kreis 1I besitzt infolge des Luftspaltes
einen größeren magnetischen Widerstand. Außerdem sinkt die Induktivität des Wandlers
ab. Die Spannungsabfälle an der Streuinduktivität und dem ohmschen Widerstand der
Primärwicklung P werden größer, d. h., die Spannung an der Primärwicklung P muß,
um den Fluß aufrechtzuerhalten, vergrößert werden, während die EMK der Primärwicklung
P und die EMK der Sekundärwicklung S gleichbleiben. Da die EMK der Sekundärwicklung
S infolge der Nichtbelastung gleich der Spannung an der Sekundärwicklung S ist,
folgt daraus, daß die Spannung an der Sekundärwicklung S gegenüber der an die Primärwicklung
P angelegten Spannung mit steigender Primärspannung immer weiter zurückbleibt; d.
h., die Spannung an der Sekundärwicklung steigt mit wachsender Spannung an der Primärwicklung
nicht mehr in gleichem Maße wie bisher an; also das Übersetzungsverhältnis wird
größer.
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Man kann nun die Zusatzbürde auch als frequenzabhängige Zusatzbelastung
ausbilden. Sie wird dann, wenn sie z. B. auf die Betriebsfrequenz von 50
Hz abgestimmt ist, bei Auftreten einer Primärspannung höherer Frequenz in ihrem
Widerstandswert kleiner, so daß demzufolge wieder die gleichen Vorgänge eintreten,
wie sie z. B. an Hand der Fig. 2 geschildert sind.