DE1282784B

DE1282784B - Stufenlos verstellbarer Transformator mit einem feststehenden magnetischen Ringkern

Info

Publication number: DE1282784B
Application number: DE1964ST022164
Authority: DE
Inventors: Heinz Strecke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-05-26
Filing date: 1964-05-26
Publication date: 1968-11-14

Description

Stufenlos verstellbarer Transformator mit einem feststehenden magnetischen Ringkern Die Erfindung bezieht sich auf einen stufenlos verstellbaren Transformator mit einem feststehenden magnetischen Ringkern, der von feststehenden Wicklungen nach Art ringförmiger Spiralen umschlungen ist, und mit einem im Innern des Ringkernes angeordneten drehbaren Kernteil, dessen Enden der Rundung des Ringkern-Innendurchmessers angepaßt sind.
Bei Festtransformatoren mit festem Übersetzungsverhältnis kann die abgegebene Spannung U2 nicht geändert werden. Wird also eine Spannung U1 auf der Primärseite eines Transformators angelegt, so ergibt das auf der Sekundärseite, je nach übersetzungsverhältnis, Streuung und Belastung, eine feste Spannung U2. Soll diese Spannung U2 in ihrer Höhe verändert werden, muß die Speisespannung U1 bereits in veränderter Höhe zugeführt werden.
Es ist bekannt, daß zur Veränderung der Speisespannung U1 Vorsatzgeräte eingebaut werden können. Im einzelnen handelt es sich hierbei um 1. Vortransformatoren mit Stufenschaltern, 2. Schiebetransformatoren mit Abgriff für die Spannung an der Wicklung, 3. Drehtransformatoren, 4. Geräte für Phasenausschnittssteuerung (Transduktoren, steuerbare Halbleiter).
Will man bei Festtransformatoren das Verhältnis Speisespannung U1 zur abgegebenen Spannung U2 ändern, so muß das Übersetzungsverhältnis geändert werden.
Bei den bisher verwendeten Regeltransformatoren mit dem Hauptmerkmal der kontaktlosen Spannungsregulierung sind verschiedene Ausführungen bekannt: Geräte, deren konstruktiver Aufbau vom Drehstrommotor abgeleitet ist und mit den daraus resultierenden bekannten Eigenschaften arbeiten.
Geräte, die in ihrem Aufbau mit einem durchgeschnittenen Manteltransformator verglichen werden können, wobei an den sich gegenüberliegenden Polflächen starke magnetische Kräfte in nur einer Richtung auftreten, die mechanisch abgefangen werden müssen, so daß sich diese Ausführung nur für sehr kleine Leistungen (z. B. für Spielzeugtransformatoren) eignet.
Geräte, bei denen in einem bewickelten Ringkern ein drehbarer Eisenkern angeordnet ist, der die Aufgabe hat, den Streufluß zu verändern. Auch hier sind die damit verbundenen Mängel bekannt.
Geräte, die als Kern- oder Manteltransformator ausgebildet sind, wobei das Blechpaket derart unterbrochen ist, daß ein drehbarer Anker mit Wicklung den magnetischen Kreis schließt. Die Sekundärwicklung ist zu je einer Hälfte auf dem Kern und auf dem Anker untergebracht. Diese Transformatoren können auf Grund ihrer konstruktiven und technischen Eigenschaften unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nur für kleine Leistungen im Bereich der Meß- und Regeltechnik Verwendung finden.
Geräte, bei denen in einem bewickelten Ringkern ein drehbarer Eisenkern angeordnet ist, um den Magnetfluß im Ringkern so abzuleiten, daß im Bereich verschiedener Sektoren die Wiedungsspannung so weit reduziert wird, daß die Spannung ohne zu hohen Kurzschlußstrom gleichzeitig von mehreren Windungen mechanisch abgenommen werden kann. Hierbei wird jedoch keine kontaktlose Regulierung erreicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen kontaktlos arbeitenden Regeltransformator zu schaffen, der im gesamten Bereich des Transformatorenbaus wirtschaftlich eingesetzt werden kann und im ganzen Regelbereich weitgehend die elektrischen Eigenschaften eines Festtransformators besitzt, sowie unabhängig von Spannung und Stromstärke für ein und drei Phasen gebaut werden kann.
Bei einem Transformator der eingangs genannten Art ist nun erfindungsgemäß vorgesehen, daß der drehbare Kernteil die Primärwicklungen, der Ringkern die Sekundärwicklungen trägt und auf der Innenseite des Ringkernes Nuten für die Drähte der Sekundärwicklungen vorgesehen sind.
Die Erfindung gestattet während des Betriebs eine kontaktlose Regulierung der abgegebenen Spannung U2 durch Veränderung der magnetischen Kraftflußrichtung an den Sekundärwicklungen 6. Der Regelbereich der Erfindung reicht bei voller Ausnutzung von der Nennspannung (F i g, 1) über Null (F i g. 3) zur Nennspannung (F i g. 1, mit um 180° gedrehtem Transformatorenschenkel), wobei eine Phasenumkehr stattfindet. Beschrieben wird eine Wechselstromausführung. Die Drehstromausführung (F i g. 5) ist sinngemäß gegeben.
Der konstruktive Aufbau der Erfindung hat einen Ringkern 1, auf dem zwei oder mehrere Sekundärwicklungen 6 so aufgebracht sind, daß sie gegenüberliegend einen Teil des Umfanges einnehmen. An der Innenseite des Ringkernes sind zur Aufnahme der Sekundärwicklungen 6 Nuten S angebracht. Die Sekundärwicklungen 6 können aus mehreren Einzelwicklungen bestehen.
Im Ringkern 1 ist ein Transformatorschenkel 2 auf einer Achse 3 drehbar angeordnet, er trägt die Primärwicklung 5. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, daß der Kraftlinienftuß unabhängig von der Stellung des Transformatorschenkels 2 im Ringkern gewährleistet ist. Befindet sich der Transformatorschenkel mit seinen Enden zwischen den zwei Wicklungshälften (F i g. 1), so werden alle Windungen durchflutet und induzieren dem übersetzungsverhältnis entsprechend eine Spannung U.: Zur Regulierung der Spannung U2 wird der TransformatGrschenkel gedreht: Mit ihm -dreht--sieh das-Magnetfeld gegenüber den feststehenden Sekundärwicklungen. Erreichen die Enden des Transformatorschenkels den Bereich der Sekundärwicklungen (F i g. 2), so wird je nach Stellung ein Teil der Sekundärwicklungen 6 in entgegengesetzter Richtung durchflutet. Dadurch wird die abgegebene Spannung U2 kleiner. Wird der Transformatorschenkel so weit gedreht, daß seine Enden in- der Mitte der Sekundärwicklungen stehen (F i g. 3), heben sich die in einer Spulenhälfte induzierten Spannungen auf und die abgegebene Spannung U2 wird null. Beim Weiterdrehen in gleicher Richtung steigt die Spannung wieder bis zu ihrem Endwert an, wobei die Phasenlage jetzt um 180°' versetzt ist. Der Transformatorschenkel steht dann, wie in Fig. 1, jedoch um 180° gedreht.
Schaltungstechnisch bieten sich weitere technische Möglichkeiten durch die Anordnung nach F i g. 6, 7 und B. Hier werden je nach Bedarf ein oder mehrere Wicklungsteile (4 und 6) in den Umkehrbereich des Transformatorschenkels einbezogen. Während also die Spannung in dem einen Wickelbereich reduziert wird, steigt sie im anderen an.
Die Erfindung gestattet, bei diesem konstruktiven Aufbau in einfacher Weise große übersetzungsverhältnisse zu verwirklichen, wobei auch Ringkern-Drehsehenkeltransformatoren für mehrere tausend Ampere Sekundärstrom besonders wirtschaftlich gefertigt werden können. Zur vollen Ausnutzung des-Regelbereiches mit Phasenumkehr wird zu einem Festtransformator der Ringkern-Drehschenkeltransformator, als Zusatztransformator geschaltet. Die Sekundärwicklungen beider-Transfoxmatoxen werden in Serie gelegt. Die Durchgangsleistung des Ringkern-Drehschenkeltransformators braucht dabei nur halb so groß zu sein, wie sie vom gesamten Regelbereich verlangt wird.
Besondere Bedeutung hat der Ringkern-Drehschenkeltransformator zur Regulierung von Gleichrichtern. Hier kann auf einfache Weise eine kontaktlose. Regulierung durchgeführt werden, ohne die Restwelligkeit zu beeinflussen, wie das bei kontaktlos arbeitenden Geräten mit Phasenausschnittssteuerung der Fall ist.
Um mit einem möglichst kleinen Luftspiel arbeiten zu können, kann eine Schmiervorrichtung vorgesehen -werden, welche sicherstellt, daß während der Drehbewegung der Innenflächen des Ringkern-Drehschenkeltransformators und damit auch die Polflächen des Transformatordrehschenkels, mit Öl oder Fett bezogen werden. _

Claims

Patentansprüche: 1. Stufenlos verstellbarer Transformator mit einem feststehenden magnetischen Ringkern, der von feststehenden Wicklungen nach Art ringförmiger Spiralen umschlungen ist, und mit einem im Innern des Ringkernes angeordneten drehbaren Kernteil, dessen Enden der Rundung des Ringkern-Innendurchmessers angepaßt sind, dädurch gekennzeichnet, daß der drehbare Kernteil (2) die Primärwicklungen (5)T der Ringkern (1) die Sekundärwicklungen (6) trägt und auf der Innenseite des Ringkernes Nuten (8) für die Drähte der Sekundärwicklungen vorgesehen sind.
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (8) offen oder geschlossen sied.
3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (8) schräg oder versetzt angeordnet sind.
4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis. 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkern (1) eine Vielzahl von .potentialgetrennten Wick-Jungen trägt (F i g. 5 bis 8).
5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Kernteil (2) drei radial gerichtete Enden besitzt, die je eine Primärwicklung eines Dreiphasensystems tragen, und der Ringkern drei Sekundärwicklungen aufweist (F i g. S). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 379' 119, 379119T 63E1516, 854 548= Patentschrift des Amtes. für Erfndungs- und Patentwesen in Ost-Berlin Nr. 18 954= österreichische Patentschrift Nr. 174 977; französische Patentschriften Nr..1022 035, 1239490.