DE211517C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 a. GRUPPE

HANS BOAS in BERLIN.

In der Patentschrift 95003 ist ein Induktionsapparat beschrieben, dessen wesentliches Merkmal darin bestand, daß sich die Primärwicklung auf dem Eisenkern außerhalb der in der Mitte liegenden Sekundärwicklung befand. Die Anordnung sollte den Vorteil haben, durch das Herauslegen der Primärwindungen, die ursprünglich im Innern der Sekundärspule angeordnet waren, an mittlerem Windungsradius für die Sekundärwicklung zu sparen und den Selbstinduktionskoeffizienten der Primärwicklung herabzusetzen.

Diese Induktortype hat sich neuerdings als außerordentlich brauchbar erwiesen, wenn es sich darum handelte, die Apparate ausschließlich zur Aufladung von Kapazitäten, die an den Sekundärkreis angeschlossen sind, zu verwenden. Es treten dabei eigentümliche Verhältnisse auf, die für diesen Spezialfall beson-

ao ders günstig sind.

Um eine Kapazität gegebener Größe mit einem Wechselstrom gegebener Periodenzahl mit günstigster Transformationsleistung aufzuladen, ist es bekanntlich erforderlich, die Schwingungsdauer der beiden Systeme, des Sekundärsystems mit der Kapazität und des Primärsystems mit der Wechselstromleitung, derartig abzustimmen, daß bei der gerade bestehenden Kopplung beider Systeme die gleiche Schwingungsdauer für das Doppelsystem eintritt. Es findet dann Resonanz statt. Die einzelnen Stromstöße verstärken sich bis zu einem gewissen Maximum, das durch die inneren Verluste im Transformator begrenzt ist.

Man erhält dadurch bei geringerer Funkenzahl eine weit höhere Spannung an der Kapazität, als sie sonst dem Übersetzungsverhältnis des Transformators entsprechen würde. Die damit erzeugten sekundären Funkenentladungen haben dann einen rein oszillatorischen Charakter, weil nach jeder Entladung die Energie im Sekundärsystem verschwunden ist und sich erst nach einigen Perioden bis zur gegebenen Überschlagsspannung heraufpendeln muß.

Hat das Sekundärsystem, das aus Kapazität und Selbstinduktion besteht, eine gegebene und bekannte Eigenschwingung, so wird diese Eigenschwingung durch die Verbindung mit dem Primärsystem, das aus Maschine und Primärspulen besteht, verändert, und zwar verkürzt, und um so mehr verkürzt, je fester die beiden Systeme aneinandergekoppelt sind. Daraus folgt, daß bei absoluter Kopplung keine Eigenschwingung des Gesamtsystems mehr besteht, sondern dann jede beliebige Kapazität mit gleicher Gunst bzw. Ungunst aufgeladen werden kann. Die damit erzeugten Funken leiden stark an Lichtbogenbildung.

Resonanztransformatoren mit regelbarer Kopplung sind bereits in dem Aufsatz von Seibt — Elektrotechnische Zeitschrift 1904, Seite 276 — sowie auch besonders in der deutschen Patentschrift 139580 beschrieben. Die dort beschriebenen Transformatoren ver- 6g wenden zur Veränderung des Kopplungsfaktors verschiedene Mittel,, die einesteils auf der vollkommen getrennten Anordnung von Primär- und Sekundärspulenüberleitung der magnetischen Kraftlinien durch den Luftraum,

andernteils auf der Verwendung eines äußeren magnetischen Nebenschlusses beruhen. Speziell die in der deutschen Patentschrift 139580 beschriebenen Wege sind nicht in der Lage, eine technischen Bedingungen genügende Konstruktion zu schaffen, weil sie den Fehler besitzen, gleichzeitig mit der Veränderung des Kopplungsgrades eine große Änderung der Transformationsleistung zu bewirken.

Wenn die Theorie für günstigsten Energieumsatz zweier auf Resonanz abgeglichener und gekoppelter Stromsysteme einen Kopplungsfaktor von 50 Prozent als günstigsten Wert angibt, so hat diese theoretische Ableitung zur unterstellten Grundlage, daß Strom- und Spannungskopplung gleich sind. Diese theoretische Grundlage ist allerdings durch die bisherige Bauart der Resonanztransformatoren gerechtfertigt und bedingt, daß mit der Verminderung der Kopplung auch der Energieumsatz entsprechend > vermindert wird. So geschieht das beispielsweise durch die Anordnung eines magnetischen Nebenschlusses, der einen bestimmten, zumeist sehr großen Teilbetrag der Energie ungenutzt an der induzierten Sekundärspule vorbeileitet.

Ordnet man endlich die Primär- und Sekundärspulen auf zwei voneinander durch einen größeren Luftweg getrennten Eisenkernen an, so hat man überhaupt nur einen so verschwindend kleinen Kopplungsgrad, der für praktische Zwecke gar nicht zur Energieumsetzung in Betracht kommen kann. Solche Konstruktionen sind nur dann möglich, wenn man von vornherein elektrische Energie sehr hoher Wechselzahl übertragen will und infolgedessen das ganze Spulensystem ohne Zuhilfenahme von Eisenkernen anordnet, so daß der gesamte Kraftlinienfluß in einem Medium gleicher Permeabilität erfolgt.

Verwendet man nun einen Transformator mit konzentrisch ineinanderliegenden Wicklungen, so ist die Kopplung im allgemeinen eine sehr feste, weil fast sämtliche von den Primärwindungen erzeugte Kraftlinien notwendigerweise die Windungsfläche der Sekundärspule durchsetzen müssen. Solche Transformatoren sind daher für Resonanzzwecke nur dann zu verwenden, wenn durch 'eine große Vorschaltselbstinduktionsspule, die außer-'halb des Transformators liegt, der Kopplungsgrad verringert wird. Die Vorschaltung einer Drosselspule außerhalb des Transformators bedingt aber eine große Energieentziehung für den. eigentlichen Stromwandler.

Wie schon hervorgehoben, ist durch theoretische Untersuchungen festgestellt, daß ein Kopplungsgrad von etwa 50 Prozent annähernd die günstigsten Verhältnisse für ein in Resonanz befindliches System ergibt. Dieser theoretisch gefundene Wert hat aber nur bedingte Gültigkeit, da er nur für Apparate gilt, bei denen Strom- und Spannungskopplung identisch sind.

Ordnet man aber jetzt die Primärspulen, wie schon oben auseinandergesetzt, außerhalb der Sekundärwicklung auf demselben Eisenkern an, so erhält man einen eigenartigen Kraftlinienverlauf, der je nach der Stromleistung der Sekundärspule verschieden sein wird. Sind die Klemmen der Sekundärspule offen, so wird die Streuung des Kraftflusses aus dem Eisenkern heraus eine sehr geringe sein, die Kraftlinien werden fast vollständig die Windungsfläche der Sekundärspüle durchsetzen. -Es besteht somit eine sehr enge Spannungskopplung, d. h. die an den Klemmen der Sekundärspule auftretende Spannung ist proportional dem Übersetzungsverhältnis des Transformators und der primären Spannung gesteigert.

Diese 'Anordnung hat aber außerdem den Vorteil, daß der Wicklungsraum für die Primärspule keiner Beschränkung mehr unterworfen ist, weil man nicht mehr gezwungen ist, die Wicklung im Innenraum der Sekundärspule unterzubringen und damit etwa ihren mittleren Windungsradius, mit anderen Worten, ihren Ohmschen Widerstand zu steigern. Man ist infolgedessen in der Lage, den Transformator so herzustellen, daß bei offenen Sekundärklemmen die primäre Leerlauf Stromstärke annähernd bis auf Null herabsinkt, weil sie dann nur noch die Hysteresis- und Wirbelstromverluste im Eisen zu decken hat.

Das Neue der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, daß nicht nur die Primärspulen außerhalb der Sekundärspule angeordnet werden, sondern daß der Eisenkern im Verhältnis zur achsialen Länge der Sekundärspule derart lang gewählt wird, daß die Primärspulen ohne sonderliche Veränderung ihrer eigenen Selbstinduktion auf dem Eisenkern verschoben und der Sekundärspule dadurch mehr oder minder genähert werden können. Durch diese Veränderung der Entfernung der Primärspulen von der Sekundärspule wird, wie aus dem oben Gesagten hervorgeht, eine Veränderung des Kopplungsgrades bewirkt, und zwar eine getrennte Ver- uo änderung für Spannungs- und Stromkopplung, indem die Spannungskopplung also bei offener Sekundäx-spule infolge des Kraftlinienverlaufs .im Eisen verhältnismäßig eng bleibt, während die Stromkopplung dadurch verändert wird, daß ' bei belasteter Sekundärspule die Kraftlinien aus dem Eisen zurückgedrängt werden und sich in zwei Kreisen durch die Luft um die Primärspulen herum schließen. Dadurch werden folgende, für die Praxis sehr bedeutende Vorteile erzielt:

Erstens bedarf ein solcher Transformator

Claims (2)

1. auch zu günstigster Ladeleistung einer sekundären Kapazität weder eines Energie verzehrenden Vorschaltwiderstandes noch einer Drosselspule zur Herabsetzung des Kopplungsgrades; zweitens ist derselbe Transformator in einem verhältnismäßig weiten Bereich, sei es der Größe der verwendeten Sekundärkapazität in bezug auf eine gegebene Periodenzahl des Wechselstromes oder umgekehrt auf eine

   ίο gegebene Kapazität bei veränderlicher Periodenzahl brauchbar; drittens kann der Transformator während des Betriebes durch Einstellung des Abstandes zwischen Primär- und Sekundärwicklung stets dahin gebracht wer-•15 den, daß für eine bestimmte sekundäre Stromstärke das günstigste Kopplungsverhältnis stattfindet — das günstigste Kopplungsverhältnis ist eine Funktion der im Sekundärkreise fließenden Energie.

   Natürlich müssen die Primärspulen mit einer Einrichtung versehen sein, die sie in ihren eingestellten Lagen festzuhalten gestattet, da andernfalls infolge der elektrodynamischen Wirkung der Wicklungen aufeinander die Primärspulen von der Sekundärspule zurückgestoßen' werden. Ebenso kann die ganze Anordnung asymmetrisch ausgeführt werden, d. h. derart, daß zu einer Sekundärspule nur eine an einer Seite sitzende Primärspule Verwendung findet. Auch kann selbstverständlich Primär- und Sekundärarmatur miteinander vertauscht, d. h. es kann eine in der Mitte liegende Primärspule eine oder zwei außenliegende Sekundärspulen induzieren, wobei dann die Sekundärspulen beweglich sein würden.

   Endlich kann auch die Einrichtung so getroffen werden, daß zwei Sekundärspulen in festem Abstand voneinander auf dem Eisenkern angeordnet, und daß zwei Primärspulen mitten zwischen ihnen verschiebbar liegen, so daß sie dicht aneinander oder übereinander geschoben bzw. voneinander entfernt und auf diese Weise den Sekundärspulen genähert werden, wodurch auch eine stetig variable Kopplung eintreten würde. Auch diese Anordnungen ■ würden Ausführungsformen des gleichen Erfindungsgedankens darstellen.

   In der Zeichnung ist ein solcher Trans-

   50" formator beispielsweise dargestellt. Darin bedeutet E den Eisenkern, auf dem in der Mitte die Sekundärspule S liegt. Außerhalb der Sekundärspule liegen die beiden Primärspulen P¹ und P², die an die Stange A angesetzt sind. Diese Stangen sind in einer Bohrung des Halters H, der am Eisenkern verschraubt ist, verschiebbar und können durch die Schrauben W in jeder beliebigen eingestellten Lage festgeklemmt werden. Die Leitung des Betriebswechselstromes wird an die beiden Enden der Primärspulen P¹ und P² angeschlossen, und die zu ladende Kapazität wird an die Enden der Sekundärspule festgelegt.

   Ausgeführte Transformatoren, selbst für größte Leistungen, haben sich aufs beste bewährt. Die Wattverlüste im Innern des Transformators sind sehr geringfügige, der Leerlaufstrom, wie schon oben angegeben wurde, fast gleich Null und die Schärfe der Resonanz eine so vorzügliche, daß es beispielsweise möglich ist, mit einem Wechselstrom von 50 Perioden bis auf eine Funkenzahl von zwei oder drei in der Sekunde herr unterzugehen, wodurch also eine 30 bis 5ofache Kumulierung der einzelnen Stromimpulse statthat. Die erzeugten Sekundärfunken sind bei jeder beliebigen Ladespannung gleich gut oszillatorisch.

   Paten τ-An Sprüche:

   ι . Resonanztransformator mit veränderlicher Kopplung zur Aufladung von Kapazitäten im sekundären Kreise, gekennzeichnet durch die Anordnung einer oder zweier außerhalb der Sekundärspule auf einem gemeinsamen Eisenkern liegenden Primärspulen, derart, daß die Spulenachsen zusammenfallen, und daß die Veränderung der Kopplung zwischen beiden Spulensystemen durch Veränderung ihres Abstandes in achsialer Richtung bewirkt wird, wodurch der Transformator in einem weiten Bereich der Periodenzahl des Betriebsstromes bzw. der Größen der aufzuladenden Kapazität brauchbar wird, und wodurch weiter bewirkt wird, daß der Kopplungsgrad des Transformators stets auf den der jeweiligen Stromleistung entsprechenden günstigsten Fall eingestellt werden kann.
2. 2. Eine Ausführungsform der im Anspruch ι beschriebenen Transformatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspulen mit einer beliebigen mechanischen Einrichtung versehen sind, um' sie in den eingestellten Abständen von der Sekundärspule festzulegen, zu dem Zweck, die elektrodynamischen Abstoßungskräfte der Sekundärspule auf die Primärspulen unwirksam zu machen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.