DE1949617C3 - Spannungseinstellbarer Transformator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen spannungseinslellbarcn Transformator mit Abgriffen, die über Abgriffsleitimgen zu von einer Bürste überstreichbaren Koniaktslücken herausgeführt sind, und mit einem Eisenkern, dessen magnetischer Hauptflußweg sich in zwei magnetische Zweige spaltet, von denen jeweils nur ein magnetischer Zweig mit einem zwischen benachbarten Abgriffen gebildeten Kurzschlußstromkreis verkettet ist.

Bei gewöhnlichen Transformatoren, bei denen die Spannung fein einstellbar ist. entsteht beim Umschalten in einem Teil der Wicklung ein Kurzschluß mit resultierendem Kurzschlußstrom. Es ist jedoch bekannt, diesen Kurzschlußstrom unabhängig von einem zusätzlichen Widerstand, einer Reaktanz od. dgl. durch Ausnutzung der magnetomotorischen Kraft, die vom Kurzschlußstrom erzeugt wird, niedrig zu halten.

Hierbei besitzen jeweils zwischen zwei Abgriffen liegende hintereinandergcschaltete Windungsgruppen einschließlich der Leitungen zu den Abgriffen getrennte Magnetl'hißwege. Bei einem Kurzschluß einer der Windungsgruppen wird der Magnetfluß in einen anderen Eiseinveg verdrängt, der mit der kurzgeschlossenen Windlingsgruppe nicht verkettet ist. Der Kurzschlußstrom wird dadurch erheblich erniedrigt.

So sind beispielsweise Transformatoren der eingangs genannten Art bekannt (österreichische Patentschrift 56 130). bei denen die in Reihe geschalteten und jeweils zwischen sich abgegriffenen Windungsgruppen auf getrennten Transformatoren, deren Primärwicklungen in Reihe geschaltet sind, oder auf getrennten Schenkeln eines Mantelkcnis sitzen. Im Fall des Manielkerns ist der Miitelschenkel normalerweise magnetflußfrei, er nimmt jedoch den Magnetfluß dann auf, wenn eine Windungsgruppe auf einem der Schenkel durch die Überbrückung zweier benachbarter Abgrilf-Kontaktstüeke kurzgeschlossen ist und damit in diesem Schenkel der durch den Kurzschlußstrom einerseits und den Erregerstrom andererseits erzeugte Magnetfluß sich zu Null aufheben; da der Erregerstrom durch den intakt gebliebenen Magneikreisteil begrenzt ist. nimmt der Kurz- !•chlußstrom keine allzu hohen Werte an.

Der bekannte Transformator erweist sich jedoch, insbesondere für eine feinstufige Spannungseinstellung, als kaum darstellbar, da die vielen Verbindungen der beiden Wicklungen untereinander und zu den Abgriffs-Kontaktstücken einen erheblichen Raum von ständig stromdurchflossenen Leitern beanspruchen. Die Folge ist darüber hinaus ein wesentliclur Streufluß.

Es sind auch fein einstellbare Transformatoren mit einer Erniedrigung des Kurzschlußstroms durch Flußverdrünsuinu bekannt (deutsche Auslegeschrift 1103 592. deufsches Gebrauchsmuster 1774 900).

Diese Transformatoren weisen Abgriffe im Abstand von einer halben Windung und einen Eisenkern auf, dessen magnetischer Kreis sich in zwei Zweige spaltet. Am Mittelschenkel sitzen zwei einander parallelgeschaltete. nach Art einer zweigängigen Schraube gewickelte Wicklungen, die an den beiden Enden miteinander verbunden sind. Die benachbarten Abgriffe sitzen jeweils abwechselnd auf einer der beiden Wicklungen. Der Kurzschlußstrom zwischen benachbarten Abgriffen durchfließt die Wicklung bis zu mindestens dem näheren Wicklungsende. Die beiden parallelgeschaltetcn Wicklungen müssen so ausgeführt sein, daß jede von ihnen ^ilein die gesamte Belastung aufnehmen kann. Zwar ist, wenn die Bürste nur an einem einzigen Abgriff anliegt, die andere Wicklung doch thermisch als Wärmespeicher an der auftretenden Verlustwärme beteiligt, diese Verlustwärme ist jedoch im Vergleich zu einer Spule mit den gleichen Spulenraum ausfüllendem und damit um so dickerem einfach liegendem Draht wenigstens doppelt so hoch. Zumindest für die Lieferung von Starkstrom ist damit der Wicklungsraum sehr schlecht ausgenützt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Feineinstellung mit guter Ausnutzung des Transformators zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einem Transformator der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Spannungseinstellung nur eine den Hauptflußweg umschlingende Wicklung vorgesehen ist. deren Abgriffe jeweils im Abstand einer halben Windung angeordnet und deren Abgriffsleitungen abwechselnd auf beiden Seiten des einen der beiden magnetischen Zweige herausgeführt sind. Durch diese Ausbildung wird mit der einzigen, nur den Hauptflußweg umschlingenden Wicklung die Feineinstellung in Halbwindungsstufen unter voller Ausnützung des Effekts der Flußverdrängung ermöglicht. Die Aufteilung des Magnetflusses erfolgt nämlich bei dieser einfachen Konstruktion beispielsweise bei einem Mantel-Eisenkern insofern, als ein Fluß durch jeden der beiden Seitenschenkel, die je einen Zweig des magnetischen Kreises darstellen, fließt, der dem Fluß im Mittclschenkel etwa gleich ist. Es sei nun

angenommen. (JitIA hei einer Llm^-'uiltima ein Kur/-schluUkreis aus einer halben Windung und den jeweiligen Alyiiifsleilungen einsieht, der mit dem einen der m.i!!iietis<j|ien Zweige verkette; ist.· Durch den Kur/schlul'.lsimm nimmt der Fluß in diesen Zweig, also auf der Seite des Kurzschlußkreises, ah und erhöht sich im anderen Zweig. Der FIuB im Haupli'luU-weg, also im Mittelsehenkel, bleib! unverändert.

Wahrend hei Manielkerncn die Aufteilung in die beiden magnetischen Zweige durch die Kernsehenk.-I gegeben ist, kann die Aufteilung auch bei anderen Kernen zweckmäßigerweise dadurch erfolgen, daß die zwei magnetischen Zweige nur an einzelnen Stellen durch Bohrungen getrennt sind, durch die die Abgriffsleitungen herausgeführt sind. Diese Bohrungen ,teilen eine sehr einfache Maßnahme zur Ermöglichung der Flußaufspaltung "dar.

Auch bei Großtransformatoren ist durch die Erfindung eine feinstufige Einstellung mit günstigen Mitteln möglich, indem der erfindungsgemüße spannungseinstellbare Transformstor als Feinstufentransformator in Zusammenarbeit mit einem Grobstufentransformator angewandt wird. Am Grobstufentransformator sind nur wenige Abgriffe mit großem Spannungsunterschied vorgesehen, während der kleine nachgeschaltcte Feinstufentransformator mit seiner jeweils an ihren gegenüberliegenden Seiten im HaIbwindungsabstand angezapften Wicklung, die in ihrer elektromotorischen Kraft den Wicklungsteilen zwischen je zwei Abgriffen des Grobstufentransformators entspricht, an eine oder maximal zwei Abnehmerbürsten anlegbar ist. die mit den Abgriffen des Grobstufentransformators verbunden sind, über mit den Abgriffen des Feinstufentransformators verbundene Kontaktstücke gleiten und in ihrem gegenseitigen Abstand dem Abstand der äußersten Kontaktstücke des Feinstufentransformators entsprechen. Hierdurch läßt sich die Erfindung auf einen weiten Bereich \on Transformatoren anwenden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale dtr Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Schaltplan eines spannungseinstellbaren Transformators mit Mantelkern.

F i g. 2 einen Schaltplan eines spannungseinslellbaren Transformators vom Kernt} ρ und

F i g. 3 einen Schaltplan eines die Erfindung verwendenden zweistufig schaltenden Transformators für 100 oder 200 V.

Der in F i g. 1 gezeigte Transformator verwende' einen Mantclkern. Windungen 1 und 17 sind um einen einen Hauptflußvveg2 darstellenden Mittelschenkel gewickelt. Jede Windung hat an ihren beiden Seiten je einen Aberiff. An der Vorderseite der Wicklung sind Abgriffe mit Abgriffsleitungen 3.4 uws. abgenommen und der Reihe nach mit Kontaktstücken 5.6 usw. verbunden, während Abgriffe mit Abgriffsleitungen 7.8 an der Hinterseite der Wicklung angebracht und mit Kontaktstücken 9, 10 usw. verbunden sind. Auf den Kontaktstücken schleift eine Bürste 11. Der Transformator weist an seinem Eisenkern Schenkel als parallele Zweige 12 und 13 des Magnetkreises und Klemmen 14. 15 und 16 für Eingang und Ausgang auf.

Ist über die Bürste 11 das Kontaktstück 5 mit dem Kontaktstück 9 verbunden, so ergibt sich ein Kurzschluß über die Abgriffsleitung 3, die Windung 17 und die Ahgrilfsleituiii! 7. Dk-se η Kur/schlul!kieis durchsei/t der Zweig 12 des Transformators, m· duü ein Kur/schluÜMrom lliel.lt. der wiederum den nuiguctiselKii F⁷IuU im Zweig 12 erniedrigt und gleich-/Jiiu den FIuIi im Zweiy 13 erhöht.

Ist andererseits das Kontaktstück 6 über die Bürste 11 mit dem Kontaktstück 10 verbunden, so ist der Kreis mit der Ahyriifsleilung 8. der Windung 1 und der Ahuriffsleiiung4 kurzgeschlossen. Hieraus ergibt

ίο sich, dal.'» der Magnetfluß im Zweig 13 abnimmt und derjenige im Zweig 12 wächst. Der Fluß erniedrigt sich also in einem der heiden Zweige 12 oder 13. sobald von derßürste 11 Kontaktstücke kurzgeschlossen werden, und der Kurzschlul.islrum bleibt gering.

Γ i ü. 2 erläutert die Erfindung an einem Transformator mit rechteckigem Eisenkern. Die Anordnung, beispielsweise die Art der Anzapfung an der Wicklung, entspricht derjenigen gemäß Fig. 1.

Die Wicklung weist Abgriffe mn Ahgriffsleitungen 'S. 19 und 20 auf. die von der Innenseite der Windung herausgeführt sind, .-.ntsprechend der Zahl dieser Abgriffe sind im Eisenkern 21 in dessen minierem Bereich Bohrungen 22. 23 und 24 vorgesehen, durch welche die Abgriffsleitungen 18. 19 und 20.

die an der inneren Seite der Wicklung ansetzen, hindurchgelührt sind und der Reihe nach zu Konlaktstücken 25. 26 bzw. 27 verlauten. Durch diese Anordnung wird der Magnetfluß bei jedem Loch in zwei Zweige aufgeteilt.

Es wurde experimentell ermittelt, daß der Wert eines Kurzschlußstroms bei einem Transformator ohne Flußverdrängung, bei dem zwei Klemmen zwei Windungen verbinden. 2W) Ampere beträgt. Durch den Zwischenabgriff nach der Erfindung wird der Kurzschlußstrom auf etwa 50 Ampere erniedrigt.

Es sind zwei Abgriffe je Windung herausgeführt. Dies ergibt eine sehr feine Unterteilung, es kann jedoch bauliche Schwierigkeiten bereiten, die Spannung bei einem Transformator mit größerer Windungszahl einstellbar zu machen. Die Erfindung eignet sie!: in der beschriebenen Ausführungsform deshalb hauptsächlich für spannungscinstcllbare 1 ransformatoren mit verhältnismäßig niedriger Windungszahl, die K)V od. dgl. haben. Für eine Spannung von KK) und 2Oo V kann ein Spannungsumschalter gemüß F i g. 3 zur Anwendung kommen. Hierbei ist in an sich bekannter Weise ein Feinstufentransformator mit Abgriffen von kleiner Spannungsdifferenz mit einem Grobstufentransformator mit Abgriffen von um ein mehrfaches größerer Spannungsdifferenz in Reihe geschaltet. Der Feinstulcntransformator kann im wesentlichen der Ausführung nach F i g. 1 oder 2 entsprechen.

Die Wicklung 28 des Felnstufcntransformators hat

Abgriffe mit Abgriffsleitungen 29 und 30, die zu auf einer isolierenden Scheibe 31 angeordneten beweglichen kommuiatorarüg angeordneten Kontaktstücken 32 geleitet sind. Die Wicklung 33 des Grobstufentransformators ist mit verschiedenen Abgriffen ausgestattet, wobei zwischen berlacnbarten Abgriffen stets eine gleiche Spannung liegt. Eine Wicklung 34 hat Klemmen 35 und 36. die mit den Klemmen 37 und 38 der Wicklung 28 verbunden sind. Die Wicklung 34 erregt also die Wicklung 28. Die Abgriffe

der Wicklung 33 sind der Reihe nach an ruhende Abnehmerbürsten 39, 40 angeschlossen. Der Abstand zwischen den Abnehmerbürsten 39 und 40 ist demjenigen zwischen End-Kontaktstücken 41 und 42

(!er kommutatorartigcn beweglichen Kontaktstücke. 32 gleich. Kommen die Koniaktstücke 41 und 42 in Merülminü mit (.Wn Bürsten 3·) b/w. 40 (gestrichelt eingezeichnet), mi liegt die Wicklung 28 parallel zu einem Wiekhingstei! 43. der den Teil /wischen den ö Nbgiüfen der Wicklung 33 darstellt. Hierbei fließt kein Kui/schlußstrom. tla die beiden Wicklungen gleiche Spannung aufweisen.

Der Spannungswähler fühlt hierbei einen \eihiiltnismiißig hohen Strom. Die Anordnung kann deshalb m so getroffen sein, daß die .Migiiffsleitungen 29 und .¹C. die die Abgrille mit den koutaklstücken \erbinilen. nicht biegsam sind und der Femstiifer.transforiiKitor selbst /usammen mit seinen Kontaklstiieken 32 inte<iial bewcjbar aii^iiel'ührt ist: flexible Leitung ist nur für Leitungen 44 und 45 verwandt, welche die Wicklung 34 anschließen. Λη deren Stelle können auch Schleifringe od. dgl verwendet werden.

Die Anordnung wird über Klemmen 46 und 4"J eiiiiiangsscitig angeschlossen und hat Ausgangsklemmen 47 und 48.

Hei der beschriebenen Anordnung kann die Umschaltung der Spannung leicht durch Verdrehen dei Kontaktstücke 32 erfolgen. Durch eine derartige Anordnung ist es verhältnismäßig leicht möglich, cinci spaniHMigseinstcllbarcn Transformator für Schaltun gen HKI. 200 V oder darüber zu schaffen, der eini iiute Raumausnützung. einen hohen Wirkungsgrat und sehr kleinen Spannungsabfall ohne Widerstand Reaktor od. del. hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   I. SpaniHingscinstellhaivr Transformator mit Abgriffen, die über Abgriffsleiiungen zu von einer Bürste iibcrstreichharen Kontaktstücken herausgeführt sind, und mit einem Eisenkern, dessen magnetischer HauptlluLisveg sieli in zwei magnetische Zweige spaltet, von denen jeweils nur ein magnetischer Zweig mit einem zwischen benachbarten Abgriffen gebildeten Kurzschlußslromkreis verkettet ist. dadurch gekennz e i e h net. daß zur Spannungseinstellung nur eine den 1 laupUlußweg (2) umschlingende Wicklung vorgesehen ist, deren Abgriffe jeweils im Abstand einer halben Windung (1. 17) angeordnet und deren Abmilfsleituneen (3. 4; 7.8; 18. 19. 20; 29, 30) abwechselnd "auf beiden Seiten des einen ck~r beiden magnetischen Zweige (12. 13) herausgeführt sind.
2. 2. .Spannungseinstellbarer Transformator nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die zwei magnetischen Zweige nur an einzelnen Stellen durch Bohrungen (22. 23. 24) getrennt sind, durch die die Abgriffsleitungen (18, 19. 20) herausgeführt sind.
3. 3. Spaniningseinstellbarer Transformator nach Anspruch 1 oder 2. gekennzeichnet durch seine Anwendung als Feinstufentransformator in Zusammenarbeit mit einem Grobstufentransformator.