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Transformator zum kontaktlosen sekundärseitigen Steuern und Schalten
Es sind bereits Transformatoren bekannt, bei denen eine sekundärseitige Steuerung
mittels eines magnetischen Nebenschlusses mit veränderbarem magnetischem Widerstand
erfolgt. Derartige Transformatoren besitzen zwar gegenüber älteren Ausführungen
den Vorteil, daß sie bei beliebiger Verstellbarkeit des Nebenschlusses gegen Durchbrennen
oder zumindest gegen überhöhte Stromaufnahme dadurch gesichert sind, daß zusätzlich
zu dem Nebenschluß ein stets geschlossener, aus einem ortsfesten Primärkernteil
und einem Sekundärkernteil bestehender Hauptschlußkreis vorhanden ist. Sie besitzen
aber andererseits den schwerwiegenden Nachteil, daß sekundärseitig nur eine Steuerung
bis auf eine in jedem Fall über Null liegende Restspannung möglich ist, weil in
der Ausschaltstellung trotz voll wirksamen Nebenschlusses nicht verhindert werden
kann, daß ein erheblicher Anteil des Magnetisierungsflusses auch über den Hauptschlußkreis
verläuft und in der dort enthaltenen Sekundärwicklung Spannung induziert. Diese
Restspannung kann unter Umständen erheblich groß sein und ist unbeschadet von ihrer
Größe in jedem Fall von Nachteil.
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Aus den vorgeschilderten Gründen ist auch bei weiterhin bekannten
Anordnungen mit mehrschenkligem Kern, bei denen eine sekundärseitige Steuerung mittels
eines verstellbaren Ankers oder mittels einer schwenkbaren Weichenzunge bewerkstelligt
wird, eine Steuerung bis auf den absoluten Nullwert der Sekundärspannung ausgeschlossen.
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Es sind auch Transformatoren bekannt, bei denen eine Steuerung bis
auf Null möglich ist, die aber andere schwerwiegende Nachteile aufweisen. So wird
beispielsweise bei einer weiteren bekannten Anordnung der Nullwert in der Ausschaltstellung
dadurch erzwungen, daß zwei von einem gemeinsamen Primärfluß durchflutete Sekundärwicklungen
vorgesehen sind, welche elektrisch derart miteinander verbunden sind, daß sich die
in ihnen induzierten Spannungen subtrahieren. Da diese Gegeneinanderschaltung der
beiden Sekundärwicklungen in allen Steuerstellungen des Transformators vorhanden
ist, stellt wechselweise jeweils eine der Sekundärwicklungen einen komplexen Widerstand
für die andere Wicklung dar, was insbesondere bei größeren Leistungen sehr nachteilig
ist. Außerdem ist nur jeweils ein Zweig dieses bekannten Transformators wirksam,
so daß für eine vorgegebene übertragungsleistung eine nachteilig große Bauweise
erforderlich ist.
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Zu dieser zuletzt genannten Art von Transformatoren, bei denen eine
Steuerung bis auf den Nullwert möglich ist, zählen auch solche, bei denen die Achsen
des Primärkernteiles und des Sekundärkernteiles in magnetische Neutralstellung zueinander
verstellbar sind. Ein großer Nachteil solcher Transformatoren, der eine praktische
Verwendung insbesondere bei größeren Leistungen unmöglich macht, ist jedoch darin
zu sehen, daß sie primärseitig paradoxerweise gerade in der Nullstellung den größten
Strom aufnehmen, weil dann die Pole der Primär-und Sekundärwicklung den größten
Luftspalt zueinander haben. Dies erklärt sich daraus, daß beim Durchfluten von Wicklungen
mit Wechselstrom der komplexe Widerstand mit Vergrößerung des Luftspaltes im magnetischen
Kreis rapide abnimmt und die Stromaufnahme dementsprechend ansteigt. Derartige bekannte
Transformatoren haben einen schlechten Wirkungsgrad, weil auch in allen von der
Nullstellung abweichenden Steuerstellungen die Verlustleistung in Abhängigkeit von
der Größe des Polabstandes steht. Da auch keine Vorkehrungen getroffen sind, die
ein beliebiges Verstellen der Eisenkernteile verhindern, besteht außerdem bei größeren
Leistungen die Gefahr einer Beschädigung des Transformators durch Wärmeentwicklung
infolge überhöhter Stromaufnahme, und es ist mit Rücksicht hierauf notwendig, den
Eisenquerschnitt, den Drahtdurchmesser, die Kühlfläche u. dgl. entsprechend aufwendig
zu bauen. Auch ist es ein weiterer Nachteil dieser bekannten Transformatoren, daß
bewegte Wicklungen vorhanden sind, was eine Verwendung bei hoher Schalthäufigkeit
behindert.
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Weiterhin sind Drehtransformatoren bekannt, bei denen der Luftspalt
dadurch konstant bleibt, daß
nach Art eines Elektromotors ein die
Sekundärwicklung tragender Rotor zwischen den Polen eines die Primärwicklung tragenden
Statorkernes drehbar ist. Diese bekannten Transformatoren haben aber den Nachteil,
daß die Sekundärwicklung bewegt wird, was bei größeren Leistungen und insbesondere
bei hoher Steuergeschwindigkeit Schwierigkeiten in der Stromableitung mit sich bringt.
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Der zuletzt genannte Nachteil ist zwar bei einem weiteren bekannten
Stelltransformator mit ortsfesten Spulen und einem nicht bewickelten verstellbaren
Eisenkernteil vermieden, jedoch besitzt diese bekannte Anordnung den Nachteil, daß
der verstellbare Kernteil aus zwei Teilen mit einer zwischenliegenden unmagnetischen
Schicht aufgebaut ist, die zur Vermeidung von unerwünschter, die übertragungsleistung
schmälernder Streuwirkung entsprechend groß sein muß, so daß der Transformator insgesamt
eine nachteilig große Bauweise hat. Außerdem werden der Raumbedarf und infolge erhöhten
Materialaufwandes schließlich auch die Herstellungskosten des Transformators noch
dadurch nachteilig erhöht, daß sowohl der ortsfeste als auch der verstellbare Eisenkernteil
querschnittsmäßig für einen verdoppelten magnetischen Fluß ausgelegt werden müssen,
weil in gewissen Steuerstellungen die Flüsse der beiden vorgesehenen Primärwicklungen
mit gleicher Flußrichtung sich addieren. Diese notwendige Vergrößerung des effektiven
Eisenquerschnittes hat zudem noch elektrische Nachteile, weil sich der mittlere
Windungsdurchmesser der Wicklungen entsprechend erhöht und damit der vergrößerte
innere Widerstand des Transformators, insbesondere bei größeren Belastungen, nachteilig
spürbar wird. Ferner besitzt diese bekannte Anordnung auch einen geringen Wirkungsgrad,
weil sich über die im verstellbaren Kernteil vorhandene unmagnetische Zwischenschicht
unvermeidbare Streuflüsse ausbilden, welche sich über den ortsfesten äußeren Ringkern
schließen. Dabei sind diese Streuflüsse den wirksamen Flüssen entgegengesetzt gerichtet
und verringern so die induzierte Spannung in den Sekundärwicklungen, was durch erhöhte
Leistungsaufnahme auf der Primärseite ausgeglichen werden muß.
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Darüber hinaus ist diesem wie auch allen im vorhergehenden erwähnten
Stelltransformatoren der Nachteil gemeinsam, daß an dem verstellbaren Kernteil magnetische
Kräfte wirksam sind, weil beim Verstellen entweder die Flußweglänge oder die Kopplungsfläche
oder wie im Fall der zuletzt genannten Ausführung sogar beide Faktoren gleichzeitig
verändert werden. Diese magnetischen Verstellkräfte bedeuten aber, daß zur Steuerung
mehr oder weniger erhebliche Kräfte aufgewendet werden und außerdem selbstsperrende
Verstelleinrichtungen, wie Schneckenradantriebe od. dgl., vorgesehen werden müssen,
damit der verstellbare Kernteil in seine gewünschte Stellung gebracht werden kann
und diese Einstellung nach Wegnahme der Steuerkraft nicht wieder verlorengeht. Diese
notwendige, hohe Steuerleistung behindert den Einsatz des Transformators für größere
Leistungen und bereitet auch Schwierigkeiten für eine oft erwünschte Fernsteuerung.
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Insgesamt gesehen besitzen die bisher bekanntgewordenen Transformatoren
zum kontaktlosen Steuern und Schalten jeweils zwar gewisse vorteilhafte, aber in
jedem Fall auch gewisse, zum Teil schwerwiegende nachteilige Eigenschaften. Keine
der bekannten Ausführungsformen ist für alle in Frage kommenden Steuer- und Schaltaufgaben
universal geeignet.
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Beim Steuern und Schalten sind nämlich folgende Eigenschaften gleichzeitig
erwünscht: Völlig kontaktloser Betrieb, exakter Nullwert der Sekundärspannung in
der Ausschaltstellung, unbewegte Wicklungen, stufenlose, sprungfreie Steuerkennlinie,
minimale Leerlaufleistung der Nullstellung ähnlich der eines normalen Transformators,
Konstanz der Verlustleistung unabhängig von der Steuerstellung und damit gleichbleibend
guter Wirkungsgrad, Indifferenz des bewegten Kernteiles und damit auch bei großen
übertragungsleistungen praktisch kein der Verstellung entgegenwirkendes Bremsmoment,
möglichst kleine Masse der bewegten Teile, ohne Gleichstrom und Vorschaltgeräte,
kontaktloser Phasentausch der Sekundärspannung, Spannungswandlung in beliebigem
Verhältnis und schließlich galvanische Trennung zwischen Primär- und Sekundärwicklung.
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Keiner der bisher bekannten Transformatoren für den eingangs genannten
Verwendungszweck besitzt jedoch diese Eigenschaften in ihrer Gesamtheit.
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Diesem Stand der Technik gegenüber soll mit der vorliegenden Erfindung
ein Transformator zum kontaktlosen, sekundärseitigen Steuern und Schalten mit zwei
in ihrer Relativlage zueinander verstellbaren Eisenkernteilen, von denen ein erster
Eisenkernteil endlos ausgebildet und nur dieser von Transformatorwicklungen umschlossen
ist, geschaffen werden, der sich durch den Gesamtbesitz aller im vorhergehenden
erwähnten wünschenswerten Eigenschaften auszeichnet.
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Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß der erste Eisenkernteil
von zwei einander entgegengesetzt gerichtete magnetische Flüsse erzeugenden Primärwicklungen
und zumindest einer zwischen den Primärwicklungen angeordneten Sekundärwicklung
so umschlossen ist, daß jeweils beide Pole jeder Wicklung in Umfangsrichtung des
ersten Eisenkernteiles liegen und daß zwischen diesen Polenden der Wicklungen jeweils
zur magnetischen Ankopplung des zweiten Eisenkernteiles dienende, frei liegende
Polschuhe vorgesehen sind, und daß weiterhin der erste und der zweite Eisenkernteil
so ausgebildet sind, daß in Abhängigkeit von der Relativlage beider Eisenkernteile
zueinander entweder beide zwischen den Polenden der Sekundärwicklung und den hieran
angrenzenden Polenden der Primärwicklungen befindlichen Polschuhe oder stufenlos
über alle Zwischenstellungen nur einer der vorgenannten Polschuhe mit zumindest
einem der zwischen den anderen Polenden der Primärwicklungen befindlichen Polschuhe
über den zweiten Eisenkernteil magnetisch so miteinander verbunden sind, daß der
magnetische Gesamtwiderstand des Transformators konstant bleibt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der erste Eisenkernteil
von zwei jeweils im Bereich zwischen den beiden Primärwicklungen angeordneten Sekundärwicklungen
umschlossen ist und daß am ersten Eisenkernteil insgesamt vier Polschuhe vorgesehen
sind. Dies stellt eine für die Praxis besonders vorteilhafte Ausführungsform dar,
weil einmal ohne sonderlichen Mehraufwand zwei Sekundärspannungen induziert werden,
die je nach Auslegung der Windungszahlen unterschiedlichen Wert haben können und
die wahlweise entweder getrennt anschaltbar
sind oder auch in Serie
geschaltet werden können, und weil zum anderen in den Einschaltstellungen beide
von den Primärwicklungen ausgehenden Magnetisierungsflüsse wirksam ausgenutzt sind.
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Werden gemäß einer Fortbildung der Erfindung die Eisenkernteile aus
geschichteten Blechen aufgebaut und die Einzelbleche der Polschuhe des ersten und/oder
des zweiten Eisenkernteiles mit in Verstellrichtung des zweiten Eisenkernteiles
unterschiedlicher Ausdehnung bemessen, so läßt sich durch die hierdurch beim Steuern
eintretende Änderung der Kopplungsfläche ein entsprechender Ausgleich der sich ebenfalls
ändernden Flußweglänge erzielen, der eine Konstanthaltung des magnetischen Gesamtwiderstandes
des Transformators sicherstellt.
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Ein gleicher Effekt kann auch dadurch erzielt werden, daß gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung die Bleche bei untereinander gleichartiger Ausbildung
in Verstellrichtung des zweiten Eisenkernteiles gegeneinander verschoben sind.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die beiden
Eisenkernteile als jeweils in bezug auf die in ihrer Ebene liegenden Längs- und/
oder Querachsen symmetrische Teile ausgebildet. Dies erleichtert die Bemessung der
Eisenkernteile sowie der Wicklungen und ermöglicht ferner eine zweckdienliche übereinstimmung
der magnetischen mit der geometrischen Mittelstellung für den verstellbaren Eisenkernteil
in seiner Nullstellung.
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Die magnetische Kopplung der beiden Eisenkernteile kann nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung über luftspaltlos stumpf miteinander zur Anlage
kommende Stirnflächen erfolgen, was fertigungstechnisch und beim Zusammenbau Vorteile
bringt.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung können jedoch die
Bleche der Eisenkernteile derart ausgebildet und geschichtet sein, daß sie in den
miteinander zur magnetischen Kopplung kommenden Bereichen in einer bei Drehkondensatoren
bekannten Art wechselweise ineinandergreifen, was den Vorteil einer besonders guten
magnetischen Kopplung bietet.
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Hierbei erleichtert es den Zusammenbau des Transformators, wenn die
Polschuhe des ersten Eisenkernteiles über dessen Umfang so verteilt sind, daß die
beiden Eisenkernteile als fertig geschichtete Eisenkernpakete senkrecht zur Schichtebene
bajonettverschlußartig ineinander einsetzbar sind.
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Gleichermaßen erleichternd für den Zusammenbau des Transformators
ist es, wenn der erste Eisenkernteil derart in zumindest zwei fertig geschichtete
Eisenkernpakete zerlegbar ist, daß der fertig geschichtete zweite Eisenkernteil
mit wechselweise ineinandergreifenden Blechen einschiebbar ist. Wird der Transformator
nach einem der zuletzt genannten Ausführungsbeispiele ausgebildet, so ist es vorteilhaft,
wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die wechselweise ineinandergreifenden
Bleche der beiden Eisenkernteile in der Ruhestellung aneinandergepreßt werden, beispielsweise
durch Preßringe, Gewindeteile, Elektromagnete od. dgl. Hiernach kann nämlich einerseits
bei nicht wirksamen Preßmitteln eine leichtgängige Verstellung vorgenommen werden
und andererseits der magnetische Widerstand verbessert werden, wenn Preßdruck ausgeübt
wird.
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Zweckdienlich ist es, wenn die Polschuhe des ersten endlos ausgebildeten
Eisenkernteiles nach innen gerichtet sind, weil hierbei eine bei gegebener Leistung
des Transformators kleinstmögliche Bauweise erzielbar ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der zweite Eisenkernteil
aus zwei einzeln oder in gegenseitiger Abhängigkeit nacheinander verstellbaren Teilen
aufgebaut sein kann, was in gewissen Grenzen eine Beeinflussung der Steuerkennlinie
gestattet.
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Nach Fortbildungen der Erfindung kann die Verstellung des beweglichen
Eisenkernteiles durch Verdrehen oder lineares Verschieben erfolgen, was insbesondere
bei maschinell-mechanischer Steuerung eine gute Anpassungsmöglichkeit an gegebene
Steuerverhältnisse ermöglicht.
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Werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zumindest die gegeneinander
verstellbaren Teile des Transformators in einem mit Transformatoröl gefüllten Gehäuse
gekapselt, so wird hierdurch in vorteilhaft einfacher Weise einerseits eine erhöhte
elektrische Isolation der stromführenden Teile und andererseits gleichzeitig eine
Schmierung der beweglichen Teile sichergestellt.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigen im einzelnen F i g. 1 bis 4
einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Transformator in verschiedenen Steuer- und
Schaltstellung bei schematischer Darstellung, F i g. 5 den Schnitt A -B durch
die Anordnung nach Fig.1. F i g. 6 einen Ausschnitt aus der Darstellung in F i g.
3 in perspektivischer Ansicht, F i g. 7 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung
in perspektivischer, vereinfachter Darstellung, F i g. 8 ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit nur einer Sekundärwicklung, in schematischer Darstellung, F i
g. 9 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiebbarem Kernteil in Nullstellung
bei vereinfachter Darstellung, F i g. 10 die Anordnung nach F i g. 9 in Einschaltstellung.
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Der in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Transformator besitzt einen
kreisringförmigen Eisenkern, der aus einem von zwei Primärwicklungen P
1 und P 2 und von zwei Sekundärwicklungen S1 und S2 umschlossenen
Kernteil 1 und einem Kernteil 2 besteht. Letzterer ist über eine Welle 3 drehbar
gelagert, wogegen der Kernteil 1 ortsfest angeordnet ist, so daß die vorgenannten
Wicklungen und deren Anschlüsse unbewegt sind. Der Kernteil 1 ist aus lamelliert
geschichteten Trafoblechen aufgebaut und besitzt vier radial nach innen gerichtete
Polschuhe 4 bis 7, von denen die Polschue 4 und 5 bzw. 6 und 7 jeweils einen Arbeitsluftspalt
8 und 9 bilden. Der ebenso wie der Kernteil 1 aus lamellierten
Blechen aufgebaute Kernteil 2 greift mit den freien Enden seiner Bleche in einer
aus den F i g. 5 und 6 deutlicher erkennbaren Weise ähnlich wie die Platten eines
Drehkondensators wechselweise zwischen die einzelnen Bleche der Polschuhe
4 bis 7, wozu die Bleche beider Kernteile abwechselnd kürzere und
längere radiale Ausdehnungen aufweisen. Durch diese Maßnahme wird die magnetische
Kopplungsfläche zwischen den beiden Kernteilen 1 und 2 bedeutsam erhöht, was der
übertra5 baren Leistung des Transformators bei kleinstmöb licher Bauweise zugute
kommt. Die magnetische Kopplung der beiden Kernteile 1 und 2 kann aber
auch
in der Weise erfolgen, wie sie bei dem in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung gewählt ist.
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Die Wirkungsweise des Transformators ist folgende: Werden die beiden
Primärwicklungen P 1 und P2 gleichzeitig erregt und nimmt der Kernteil
2 die in F i g. 1 gezeigte Stellung ein, so schließen sich die von den Primärwicklungen
P 1 und P 2 ausgehenden Magnetisierungsflüsse (strichpunktiert gezeichnet)
in ersichtlicher Weise über die Polschuhe 4/6 bzw. 5/7 und den Kernteil 2. Sind
dabei die AW-Zahlen beider Primärwicklungen und die magnetischen Kopplungen beider
Flußkreise untereinander gleich, so findet eine derartige Flußverzweigung statt,
daß weder in der Sekundärwicklung S1 noch in der Sekundärwicklung S2 eine Spannung
induziert wird.
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Es läßt sich ein absoluter Nullwert der induzierten Spannung in den
SekundärwicklungenS1 und S2 auch dann erreichen, wenn eine Unsymmetrie in den vorerwähnten
Verhältnissen vorliegt. Es bedarf hierzu lediglich einer dementsprechenden Verstellung
des Kernteiles 2 in entsprechender Drehrichtung so lange, bis zwischen dem
Kernteil 2 einerseits und den Polschuhen 4/6 bzw. 5/7 andererseits eine solche Aufteilung
der magnetischen Flüsse eintritt, daß die beidseitig jeder Sekundärwicklung anstehenden
magnetischen Potentiale gleich groß sind. Aus Symmetriegründen gilt dieses auch
für etwaige Streuflußanteile.
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Wird nun ausgehend von der vorerwähnten Relativlage der beiden Kernteile
zueinander der Kernteil 2
verdreht, was bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
wahlweise mit als auch entgegen dem Uhrzeigersinn geschehen kann, so wird hierbei
unter Wahrung eines konstanten magnetischen Gesamtwiderstandes des Transformators
das Verhältnis der magnetischen Teilkopplungen zwischen dem Kernteil 2 einerseits
und jeweils den Polschuhen 4/5 bzw. 6/7 andererseits verändert. So läßt die F i
g. 2 erkennen, daß der Kernteil 2 mit den Polschuhen 4 und
7 weniger, mit den Polschuhen 5 und 6 dagegen mehr gekoppelt ist, wobei es
für das Wesen der Erfindung wichtig ist, daß der magnetische Gesamtwiderstand des
Transformators zwischen Kernteil l und 2 die konstant gleiche Größe hat wie
in der Ausschaltstellung der Vorrichtung gemäß F i g. 1. Dies wird durch eine solche
Ausbildung des Kernteiles 2 und der Polschuhe 4 bis 7 erreicht,
daß an den Polschuhen 5
und 6 beim Verdrehen des Kernteiles
2 die Kopplungsfläche um genauso viel vergrößert wird, wie sie an den Polschuhen
4 und 7 verkleinert wird, zusätzlich eines Kopplungsanteiles als Ausgleich für etwa
vergrößerte Flußweglänge mittels unterschiedlicher Ausbildung oder Verschiebung
einer gewissen Anzahl von Transformatorblechen des einen oder beider Kernteile in
der Verstellrichtung. Der Kernteil 2
ist durch diese Maßnahme indifferent
und also keinem der Verstellung entgegenwirkenden Drehmoment ausgesetzt, so daß
er auch bei großen übertragungsleistungen des Transformators mit relativ geringen
Kräften verstellbar ist. Die gegenüber den Polschuhen 4 und 7 vergrößerte
magnetische Teilkopplung des Kernteiles 2 mit den Polschuhen 5 und 6 führt dazu,
daß von dem von der Primärwicklung P 1
ausgehenden Magnetisierungsfluß nur
noch ein kleinerer Anteil über den Polschuh 4, der größere Anteil hingegen
unter gleichzeitiger magnetischer Durchflutung der Sekundärwicklung S1 über den
Polschuh 5 auf den Kernteil 2 übertritt, und daß sich auch der von
der Primärwicklung P 2 ausgehende Magnetisierungsfluß in analoger und aus
der F i g. 2 ohne weiteres erkennbarer Weise aufteilt. In den beiden Sekundärwicklungen
S1 und S2 wird folglich jeweils eine Spannung induziert, deren Größe von dem der
jeweiligen Steuerstellung entsprechenden Verhältnis der genannten Teilkopplungen
abhängt. Die Spannungen in den Sekundärwicklungen S1 und S2 können wahlweise
entweder jeweils für sich allein abgegriffen oder auch galvanisch verbunden werden.
An Hand des strichpunktiert eingezeichneten Flußverlaufes ist ferner gut erkennbar,
daß die von P 1
und P 2 ausgehenden, an sich einander entgegengesetzt
gerichteten Magnetisierungsflüsse über den Kernteil 2 gleichgerichtet verlaufen
und daß die Summe beider Teilflüsse unabhängig von der Steuerstellung konstant bleibt.
Es findet also weder eine Ummagnetisierung noch eine von Null ausgehende Aufmagnetisierung
der Eisenkreisteile, sondern nur eine Flußverlagerung statt, weshalb der gemäß der
Erfindung ausgebildete Transformator eine vorteilhaft kleine elektrische Zeitkonstante
besitzt.
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Wird der Kernteil 2 beispielsweise in die in F i g. 3 gezeichnete
Stellung verdreht, so steigt die in SI und S2 induzierte Spannung weiter an, weil
die Teilkopplung zwischen den beiden Kernteilen zugunsten der Polschuhe 5 und 6
vergrößert ist. Von Bedeutung ist bei allen beispielsweise in den F i g. 3 und 4
dargestellten Steuerstellungen, in denen der Kernteil 2 nur noch mit jeweils
einem der je eine Sekundärwicklung einschließenden Polschuhe, nämlich mit 5 und
6 oder bei entgegengesetzter Drehrichtung mit 4 und 7, magnetisch
verbunden ist, daß keine sprunghafte Veränderung der Steuerkennlinie eintritt. Dies
erklärt sich daraus, daß der Kernteil 2 zwar den einen Polschuh verläßt und den
Arbeitsluftspalt 8 und 9 durchschreitet, andererseits aber mit dem
jeweils anderen Polschuh in direkter magnetischer Verbindung Eisen zu Eisen verbleibt.
Ganz im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen, bei denen der verstellbare Eisenkernteil
zum Zweck des Steuerns und Schaltens nur entweder mit dem einen oder dem anderen
Polschuh verbunden wird, d. h. also beim Durchschreiten deü Arbeitsluftspaltes zwangläufig
aus seiner Verbindung mit Eisen austritt, in Luft eintritt und dann wieder mit Eisen
in Verbindung kommt und auf diese Weise mit zwei in ihrem magnetischen Leitwert
höchst unterschiedlichen Medien in Verbindung gelangt, bleiben die beiden Kernteile
des gemäß der Erfindung ausgebildeten Transformators unabhängig von der Steuerstellung
stets in der Weise magnetisch miteinander verbunden, daß Eisen direkt mit Eisen
gekoppelt ist.
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Die in der F i g. 4 dargestellte Relativlage der beiden Kernteile
1 und 2 zueinander entspricht der vollen Einschaltstellung, in welcher in den beiden
Sekundärwicklungen S1 und S2 in einer aus der Darstellung unschwer erkennbaren Weise
jeweils ein Maximum an Spannung induziert wird. Wichtig ist, daß auch in dieser
wie in allen anderen gezeichneten und nicht gezeichneten Steuerstellungen der magnetische
Gesamtwiderstand des Transformators zwischen den beiden Kernteilen konstante Größe
hat.
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Die F i g. 5 und 6 dienen lediglich zur Verdeutlichung des wechselweisen
Ineinandergreifens der Trafobleche beider Kernteile 1 und 2 und bedürfen
keiner weiteren Erläuterung.
Bei dem in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel
besitzt der Transformator einen Eisenkern, der aus einem Kernteil 10 und
aus einem als Rotor ausgebildeten Kernteil 11 besteht, welcher über eine Welle
12 drehbar gelagert ist. Beide Kernteile sind in ersichtlicher Weise aus
lamellierten Trafoblechen geschichtet, wobei der Kemtei110 von zwei Primärwicklungen
P 1 und P 2 und von zwei Sekundärwicklungen S1 und S2 umschlossen ist. Mit 13 bis
16 sind vier Polschuhe bezeichnet, die mit dem Kernteil 11
in der Weise magnetisch
verbunden sind, daß die Stirnseiten zylindrisch geschliffen sind und ohne Luftspalt
mit Gleitsitzpassung satt aneinanderliegen. Der Kernteil 11 kann ebenso wie bei
dem in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl im Uhrzeigersinn
als auch entgegengesetzt verdreht werden, wodurch ein Steuern und Schalten zwischen
Null und zwei Maximalwerten verschiedener Phasenlage, also ein kontaktloser Phasentausch
der in den Sekundärwicklungen S1 und S2 induzierten Spannungen möglich ist. Flußverlauf
und Wirkungsweise des Transformators entsprechen sinngemäß denjenigen, wie sie zu
den F i g. 1 bis 4 in vorhergehenden bereits erläutert wurden. Daß auch bei diesem
Ausführungsbeispiel die Bleche der beiden Kernteile so ausgebildet sein können,
daß sie in einer in den F i g. 5 und 6 näher dargestellten Weise wechselseitig überlappend
ineinandergreifen, ist selbstverständlich.
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Der Transformator nach dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 8 ist
in ähnlicher Weise aufgebaut wie das Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 bis 4,
wobei abweichend hiervon lediglich nur eine einzige Sekundärwicklung vorgesehen
ist. Der Eisenkern ist bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem von zwei Primärwicklungen
P 1 und P 2 und einer Sekundärwicklung S1 umschlossenen Kernteil 17 und aus einem
wiederum verdrehbar angeordneten Kernteil 18 aufgebaut, die in erkennbarer Weise
über Pole 19, 20 und 21 magnetisch miteinander gekoppelt sind. Die Darstellung zeigt
den Transformator in seiner Nullstellung, d. h. bei Null der induzierten Spannung
in der Sekundärwicklung S1.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 9 und 10 ist der Eisenkern
des Transformators aus einem Kernteil 33 mit Polschuhen 22 bis 25 und aus einem
Kernteil 26 gleichfalls mit Polschuhen 27 bis 30 aufgebaut. Der Kernteil
26 ist, wie durch Doppelpfeil angedeutet wird, in einander entgegengesetzter
Richtung gegenüber dem Kernteil 33 längsverschieblich angeordnet. Beide Kernteile
sind wiederum aus Trafoblechen geschichtet, wobei der Kernteil 33 zwei- oder mehrteilig
ist und seine Bleche z. B. bei 31 und 32 wechselweise überlappend geschichtet sind.
Durch die mehrfache Teilung des Kernteiles 33 lassen sich die beiden Primärwicklungen
P 1 und P 2 und die beiden Sekundärwicklungen S1 und S2 als fertig gewickelte und
bandagierte Spulen leicht auf den Kernteil aufbringen. Es liegt im Rahmen der Erfindung,
daß der Kernteil 33 auch als endlos geschlossenes Eisenkreisteil ausgebildet sein
kann und daß die Wicklungen in einer bei Ringkerntransformatoren bekannten Weise
aufgebracht sind. Die F i g. 9 zeigt den Transformator in Ausschaltstellung, d.
h. in einer solchen Stellung der beiden Kernteile zueinander, daß weder in der Sekundärwicklung
S1 noch in der Sekundärwicklung S2 Spannung induziert wird. Der Verlauf der von
den Primärwicklungen P 1 und P 2 ausgehenden Magnetisierungsflüsse
ist wiederum strichpunktiert eingezeichnet und läßt die Wirkungsweise des Transformators
unschwer erkennen. Die F i g. 10 zeigt demgegenüber den Transformator in Einschaltstellung,
d. h. in einer solchen Relativlage der beiden Kernteile zueinander, daß in den beiden
Sekundärwicklungen S1 und S2 jeweils ein Maximum an Spannung induziert wird. Durch
Verschieben des Kernteiles 26 in entsprechend entgegengesetzte Stellung läßt sich
gleichfalls ein Maximum an Spannung erzielen, jedoch mit entgegengesetzter Phasenlage.
In allen nicht gezeichneten Zwischenstellungen des Kernteiles 26 zwischen den beiden
in F i g. 9 und 10 gezeigten Grenzstellungen wird eine von der jeweiligen Relativlage
beider Kernteile abhängige stufenlose Steuerung erzielt, was durch eine unter anderem
das Wesen der Erfindung kennzeichnende Aufteilung der magnetischen Teilkopplung
zwischen dem Kernteil 26 einerseits und jeweils den Polschuhen 22 und 23 bzw. 24
und 25 andererseits erreicht wird. In der Darstellung erfolgt die magnetische Kopplung
der Polschuhe beider Kernteile durch plane gegenseitige Auflage, jedoch können die
Bleche auch in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 bis
6 wechselweise ineinandergreifen.